Stjernes livssekvens, der slutter med dannelsen af et sort hul. Billedkredit: Nicolle Rager Fuller / NSF Klik for større billede
Bare et par hundrede millioner år efter Big Bang udtømte en massiv stjerne sit brændstof, kollapsede som et sort hul og eksploderede, da en gammastråle brast. Strålingen fra denne katastrofale begivenhed er først nået op på Jorden, og astronomer bruger den til at kigge tilbage til universets tidligste øjeblikke. Bursten, kaldet GRB 050904, blev observeret af NASAs Swift-satellit den 4. september 2005. En usædvanlig ting ved dette burst er, at det varede i 500 sekunder - de fleste er forbi i en brøkdel af den tid.
Det kom fra kanten af det synlige univers, den fjerneste eksplosion, der nogensinde er blevet opdaget.
I denne uges nummer af Nature diskuterer forskere ved Penn State University og deres amerikanske og europæiske kolleger, hvordan denne eksplosion, der blev opdaget den 4. september 2005, var resultatet af en massiv stjerne, der kollapset i et sort hul.
Eksplosionen, kaldet en gamma-ray burst, kommer fra en æra kort efter, at stjerner og galakser først blev dannet, ca. 500 millioner til 1 milliard år efter Big Bang. Universet er nu 13,7 milliarder år gammelt, så september-udbruddet tjener som en sonde til at studere forholdene i det tidlige univers.
”Dette var en massiv stjerne, der levede hurtigt og døde ung,” sagde David Burrows, seniorforsker og professor i astronomi og astrofysik i Penn State, en medforfatter til en af de tre rapporter om denne eksplosion, der blev offentliggjort denne uge i Nature. ”Denne stjerne var sandsynligvis meget forskellig fra den slags, vi ser i dag, den type, der kun kunne have eksisteret i det tidlige univers.”
Bursten, der blev benævnt GRB 050904 efter den dato, hvor den blev opdaget, blev opdaget af NASAs Swift-satellit, der betjenes af Penn State. Swift leverede burst-koordinaterne, så andre satellitter og jordbaserede teleskoper kunne observere burst. Bursts varer typisk kun 10 sekunder, men efterglødet dræber sig i et par dage.
GRB 050904 stammede 13 milliarder lysår fra Jorden, hvilket betyder, at det skete for 13 milliarder år siden, for det tog så lang tid for lyset at nå os. Videnskabsfolk har kun opdaget et par objekter, der er mere end 12 milliarder lysår væk, så udbruddet er ekstremt vigtigt for at forstå universet uden for de største teleskopers rækkevidde.
"Fordi brasten var lysere end en milliard solskin, kunne mange teleskoper studere det selv fra så stor afstand," sagde Burrows, hvis analyse hovedsageligt fokuserer på Swift-data fra dens tre teleskoper, der dækker en række gammastråler, røntgenstråler henholdsvis ultraviolette / optiske bølgelængder. Burrows er den førende videnskabsmand for Swifts røntgenteleskop.
Swift-teamet fandt flere unikke træk i GRB 050904. Bursten varede lang - varede ca. 500 sekunder - og halens ende af brasten udviste flere blusser. Disse egenskaber indebærer, at det nyoprettede sorte hul ikke formede sig øjeblikkeligt, som nogle forskere har troet, men snarere var det en længere, kaotisk begivenhed.
Tættere gamma-ray bursts har ikke så meget fakkel, hvilket antyder, at de tidligste sorte huller kan have dannet sig forskelligt fra dem i moderne tid, sagde Burrows. Forskellen kan være, fordi de første stjerner var mere massive end moderne stjerner. Eller det kan være resultatet af miljøet i det tidlige univers, da de første stjerner begyndte at omdanne brint og helium (skabt i Big Bang) til tungere elementer.
GRB 050904 viser faktisk antydninger af nyligt præciserede tungere elementer ifølge data fra jordbaserede teleskoper. Denne opdagelse er genstand for en anden Nature-artikel af en japansk gruppe ledet af Nobuyuki Kawai ved Tokyo Institute of Technology.
GRB 050904 udviste også tidsudvidelse, et resultat af den enorme udvidelse af universet i løbet af de 13 milliarder år, det tog lyset for at nå os på Jorden. Denne dilatation resulterer i, at lyset ser meget rødere ud, end da det blev udsendt i burst, og det ændrer også vores opfattelse af tid sammenlignet med burstens interne ur.
Disse faktorer fungerede til forskernes fordel. Penn State-teamet vendte Swifts instrumenter på burst cirka 2 minutter efter begivenheden. Bursten udviklede sig imidlertid som om den var i langsom bevægelse og var kun ca. 23 sekunder ind i sprængningen. Så forskere kunne se burst på et meget tidligt tidspunkt.
Kun et andet objekt - en kvasar - er blevet opdaget i en større afstand. Selvom kvasarer er supermassive sorte huller, der indeholder massen af milliarder af stjerner, kommer dette burst fra en enkelt stjerne. Påvisningen af GRB 050904 bekræfter, at massive stjerner blandet sig med de ældste kvasarer. Det bekræfter også, at endnu flere eksplosioner af fjerne stjerner - måske fra de første stjerner, siger teoretikere - kan studeres gennem en kombination af observationer med Swift og andre teleskoper i verdensklasse.
”Vi designede Swift til at se efter svage bursts fra kanten af universet,” sagde Neil Gehrels fra NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, Swifts største efterforsker. ”Nu har vi en, og det er fascinerende. For første gang kan vi lære om individuelle stjerner fra nær tidens begyndelse. Der er helt sikkert mange flere derude. ”
Swift blev lanceret i november 2004 og var fuldt operationelt i januar 2005. Swift har tre hovedinstrumenter: Burst Alert-teleskopet, røntgen-teleskopet og det ultraviolette / optiske teleskop. Swift's gamma-ray detektor, Burst Alert Telescope, giver den hurtige oprindelige placering, blev primært bygget af NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt og Los Alamos National Laboratory og blev konstrueret på GSFC. Swifts røntgen-teleskop og UV / optisk teleskop blev udviklet og bygget af internationale hold ledet af Penn State og trak stærkt på hver institutions oplevelse med tidligere rummissioner. Røntgen-teleskopet blev resultatet af Penn State's samarbejde med University of Leicester i England og Brera Astronomical Observatory i Italien. Det ultraviolette / optiske teleskop blev resultatet af Penn State's samarbejde med Mullard Space Science Laboratory fra University College-London. Disse tre teleskoper giver Swift muligheden for at gøre næsten øjeblikkelig opfølgningsobservationer af de fleste gammastråle-bursts, fordi Swift kan rotere så hurtigt for at pege mod kilden til gammastrålesignalet.
Original kilde: PSU News Release
