Ifølge astronom Andrew Levan er der et gammelt ordsprog i studiet af gammastråle-bursts: ”Når du har set en gammastråle brast, har du set ... kun en gammastråle brast. De er ikke alle de samme, ”sagde han under en presse briefing den 16. april, hvor han diskuterede opdagelsen af en meget anden type GRB - en type, der kommer i en ny langvarig smag.
Tre af disse usædvanlige langvarige stjernesexplosioner er for nylig blevet opdaget ved hjælp af Swift-satellitten og andre internationale teleskoper, og en, kaldet GRB 111209A, er den længste GRB, der nogensinde er observeret, med en varighed på mindst 25.000 sekunder, eller cirka 7 timer.
”Vi har observeret den længste gammastråle, der brast i moderne historie, og mener, at denne begivenhed skyldes døden af en blå supergiant,” sagde Bruce Gendre, en forsker, der nu er tilknyttet det franske nationale center for videnskabelig forskning, der ledede denne undersøgelse, mens han det italienske rumfartsagenturs Science Data Center i Frascati, Italien. ”Det forårsagede den mest kraftfulde stjernesexplosion i den nyere historie og sandsynligvis siden Big Bang fandt sted.”
Astronomerne sagde, at disse tre GRB'er repræsenterer en tidligere ukendt klasse af disse stellare eksplosioner, som opstår som følge af de katastrofale dødsfald fra supergigantiske stjerner hundreder af gange større end vores sol. GRB'er er de mest lysende og mystiske eksplosioner i universet. Sprængningerne udsender bølger af gammastråler - den mest kraftfulde form for lys - såvel som røntgenstråler, og de producerer efterglød, der kan observeres ved optiske og radioenergier.
Swift, Fermi-teleskopet og andet rumfartøj registrerer i gennemsnit ca. en GRB hver dag. Med hensyn til hvorfor denne type GRB ikke er blevet opdaget før, forklarede Levan, at denne nye type synes at være vanskelig at finde på grund af hvor længe de varer.
"Gamma-stråle-teleskoper detekterer normalt en hurtig spike, og du ser efter et burst - på hvor mange gammastråler der kommer fra himlen," fortalte Levan til Space Magazine. ”Men disse nye GRB'er udsætter energi over en lang periode, over 10.000 sekunder i stedet for de sædvanlige 100 sekunder. Fordi det er spredt, er det sværere at se, og kun siden Swift blev lanceret har vi evnen til at opbygge billeder af GBS'er på tværs af himlen. For at opdage denne nye art skal du tilføje alt lys over en lang periode. ”
Levan er astronom ved University of Warwick i Coventry, England.
Han tilføjede, at disse langvarige GRB'er sandsynligvis var mere almindelige i universets fortid.
Traditionelt har astronomer genkendt to typer GRB'er: kort og langt, baseret på varigheden af gammastrålesignalet. Korte bursts varer to sekunder eller mindre og menes at repræsentere en fusion af kompakte genstande i et binært system, hvor de mest sandsynlige mistænkte er neutronstjerner og sorte huller. Lange GRB'er kan vare overalt fra flere sekunder til flere minutter, med typiske varigheder, der falder mellem 20 og 50 sekunder. Disse begivenheder menes at være forbundet med sammenbruddet af en stjerne mange gange solens masse og den deraf følgende fødsel af et nyt sort hul.
”Det er en meget tilfældig proces, og enhver GRB ser meget anderledes ud,” sagde Levan under briefingen. ”De har alle en række varigheder og en række energier. Det vil tage meget større prøve at se, om denne nye type har mere kompleksitet end almindelige gammastråler. ”
Alle GRB'er giver anledning til kraftige jetfly, der driver materie med næsten lysets hastighed i modsatte retninger. Når de interagerer med stof i og omkring stjernen, producerer jetflyet en pigge med højenergielys.
Gendre og hans kolleger foretaget en detaljeret undersøgelse af GRB 111209A, der udbrudte den 9. december, 2011 ved hjælp af gammastråledata fra Konus-instrumentet på NASAs Wind-rumfartøj, røntgenobservationer fra Swift og Det Europæiske Rumorganisations XMM-Newton-satellit og optiske data fra robotobservatoriet TAROT i La Silla, Chile. 7-timers burst er den langt længste varighed, GRB nogensinde er registreret.
En anden begivenhed, GRB 101225A, eksploderede den 25. december 2010 og producerede højenergiemission i mindst to timer. Efterfølgende tilnavnet "julebrast", begivenhedens afstand var ukendt, hvilket førte til, at to hold nåede frem til radikalt forskellige fysiske fortolkninger. En gruppe konkluderede, at eksplosionen var forårsaget af en asteroide eller komet, der faldt ned på en neutronstjerne i vores egen galakse. Et andet hold konstaterede, at udbruddet var resultatet af en fusionsbegivenhed i et eksotisk binært system, der ligger omkring 3,5 milliarder lysår væk.
”Vi ved nu, at julebrasten forekom meget længere væk, mere end halvvejs over det observerbare univers og derfor var langt mere magtfuldt, end disse forskere forestillede sig,” sagde Levan.
Ved hjælp af Gemini North Telescope på Hawaii opnåede Levan og hans team et spektrum af den svage galakse, der var vært for julebrasten. Dette gjorde det muligt for forskerne at identificere emissionslinjer for ilt og brint og bestemme, hvor meget disse linjer blev forskudt til lavere energier sammenlignet med deres udseende på et laboratorium. Denne forskel, der er kendt af astronomer som en rødskift, placerer sprængningen ca. 7 milliarder lysår væk.
Levans team undersøgte også 111209A og det nyere burst 121027A, som eksploderede 27. oktober 2012. Alle viser lignende røntgenstråler, ultraviolet og optisk emission og alle opstod fra de centrale regioner i kompakte galakser, der aktivt dannede stjerner. Astronomerne har konkluderet, at alle tre GRB'er udgør en ny type GRB, som de kalder "ultra-lange" burst.
”Ultralange GRB'er stammer fra meget store stjerner,” sagde Levan, ”måske lige så stor som Jupiters bane. Fordi materialet, der falder ned på det sorte hul fra kanten af stjernen, skal falde længere, tager det længere tid at komme dertil. Fordi det tager længere tid at komme dertil, kræver det jetflyet i længere tid, hvilket giver det tid til at bryde ud af stjernen. ”
Levan sagde, at Wolf-Rayet-stjerner bedst passer til beskrivelsen. ”De er født med mere end 25 gange solens masse, men de forbrænder så varmt, at de driver deres dybe, yderste lag brint som en udstrømning, vi kalder en stjernevind,” sagde han. At fjerne stjernens atmosfære efterlader et objekt, der er massivt nok til at danne et sort hul, men lille nok til, at partikelstrålerne kan bore hele vejen igennem i tider, der er typiske for lange GRB'er
John Graham og Andrew Fruchter, begge astronomer ved Space Telescope Science Institute i Baltimore, gav detaljer om, at disse blå supergianter indeholder relativt beskedne mængder af elementer tungere end helium, som astronomer kalder metaller. Dette passer til et tilsyneladende puslespil, at disse ultralange GRB'er ser ud til at have en stærk indre præference for miljøer med lav metallicitet, der kun indeholder spormængder af andre elementer end brint og helium.
”GRB'er med lang varighed af metal med lang varighed eksisterer, men er sjældne,” sagde Graham. ”De forekommer ca. 1 / 25th hastigheden (pr. Enhed af stjernedannelse) af begivenhederne med lav metallicitet. Dette er gode nyheder for os her på Jorden, da sandsynligheden for, at denne type GRB går i vores egen galakse, er langt mindre end tidligere antaget. ”
Astronomerne drøftede deres fund tirsdag på Huntsville Gamma-ray Burst Symposium i Nashville, Tenn., Et møde sponsoreret delvis af University of Alabama i Huntsville og NASAs Swift og Fermi Gamma-ray Space Telescope missioner. Gendres fund vises i den 20. marts-udgave af The Astrophysical Journal.
Papir: "Den ultralange Gamma-Ray Burst 111209A: Sammenbruddet af en blå supergiant?" B. Genre et al.
Paper: "Metalafvigelsen fra LGRB'er." J. F. Graham og A. S. Fruchter.
Kilder: Teleconference, NASA, University of Warwick, CNRS
