Januar 30, 2023

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Die neue Kilonova lässt Astronomen überdenken, was wir über Gammastrahlenausbrüche wissen

Die neue Kilonova lässt Astronomen überdenken, was wir über Gammastrahlenausbrüche wissen
Hineinzoomen / Künstlerische Darstellung von GRB 211211A. Kilonova-Explosion und Gammastrahlen rechts.

Aaron M. Geller/Nordwesten/Sierra

Vor einem Jahr entdeckten Astronomen einen starken Gammastrahlenausbruch (GRB), der etwa zwei Minuten dauerte, und nannten ihn GRB 211211A. Jetzt stellt dieses ungewöhnliche Ereignis die lang gehegte Annahme auf den Kopf, dass längere GRBs die charakteristische Signatur eines massereichen Sterns sind, der zur Supernova wird. Stattdessen haben zwei unabhängige Wissenschaftlerteams die Quelle als die sogenannte „Kilonovaverursacht durch die Verschmelzung zweier Neutronensterne, so A neues Blatt Veröffentlicht in der Zeitschrift Nature. Da Verschmelzungen von Neutronensternen nur kurze GRBs produzieren sollten, ist die Entdeckung eines hybriden Ereignisses, bei dem eine Kilonova mit einem langen GBR beteiligt ist, überraschend.

„Diese Entdeckung bricht mit unserer Standardvorstellung von Gammastrahlenausbrüchen“, sagte Co-Autorin Eve ChaseH, Postdoktorand am Los Alamos National Laboratory. „Wir können nicht länger davon ausgehen, dass alle kurzzeitigen Ausbrüche von Neutronensternverschmelzungen stammen, während lang andauernde von Supernovae stammen. Wir erkennen jetzt, dass die Kategorisierung von Gammastrahlenausbrüchen viel schwieriger ist. Diese Entdeckung treibt unser Verständnis von Gammastrahlen voran bricht bis zum Äußersten aus.“

wie wir sind Ich habe vorhin erwähntGammastrahlenausbrüche sind extrem energiereiche Explosionen in fernen Galaxien, die Millisekunden bis mehrere Stunden dauern. Der Erste Gammastrahlenausbrüche Es wurde in den späten sechziger Jahren dank der Markteinführung bemerkt Villa Satelliten durch die Vereinigten Staaten. Ihr Zweck war es, Gammastrahlen-Signaturen von Atomwaffentests nach dem Vertrag über das Verbot von Atomtests mit der Sowjetunion von 1963 zu erkennen. Die Vereinigten Staaten befürchteten, dass die Sowjets unter Verletzung des Vertrags geheime Atomtests durchführen würden. Im Juli 1967 nahmen zwei dieser Satelliten einen Blitz von Gammastrahlung auf, der nicht eindeutig ein Hinweis auf einen Atomwaffentest war.

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Erst vor zwei Monaten nahmen mehrere Satellitendetektoren a auf Ein starker Gammablitz Sie durchquerten unser Sonnensystem und schickten Astronomen auf der ganzen Welt los, um ihre Teleskope auf diesen Teil des Himmels zu richten, um wichtige Daten über das Ereignis und sein Nachleuchten zu sammeln. Er wurde GRB 221009A genannt und war der stärkste bisher aufgezeichnete Gammastrahlenausbruch und wahrscheinlich der „Geburtsschrei“ eines neuen Schwarzen Lochs.

Es gibt zwei Arten von Gammastrahlenausbrüchen: kurz und lang. Klassische kurzperiodische GRBs dauern weniger als 2 Sekunden und es wurde früher angenommen, dass sie nur aus der Verschmelzung zweier ultradichter Objekte wie z. B. binärer Neutronensterne entstehen, die eine begleitende Kilonova erzeugen. Lange GRBs können zwischen einigen Minuten und mehreren Stunden dauern und treten vermutlich auf, wenn ein massereicher Stern zu einer Supernova wird.

Dieses Bild von Gemini North, das einem Bild des Hubble-Weltraumteleskops überlagert ist, zeigt das Nahinfrarot-Nachleuchten der Kilonova von einem langen GRB.
Hineinzoomen / Dieses Bild von Gemini North, das einem Bild des Hubble-Weltraumteleskops überlagert ist, zeigt das Nahinfrarot-Nachleuchten der Kilonova von einem langen GRB.

Gemini International Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / NASA / ESA

Astronomen der Fermi- und Swift-Teleskope entdeckten letzten Dezember gleichzeitig den letzten Gammastrahlenausbruch und bestimmten die Position in der Konstellation. Schuhe. Diese schnelle Identifizierung ermöglichte es anderen Teleskopen auf der ganzen Welt, ihre Aufmerksamkeit auf diesen Sektor zu richten, wodurch sie eine Kilonova in ihren frühen Stadien erfassen konnten. Und es war bemerkenswert nah an einem Gammastrahlenausbruch: etwa 1 Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt, verglichen mit etwa 6 Milliarden Jahren für den durchschnittlichen bisher entdeckten Gammastrahlenausbruch. (Das Licht hat sich seit etwa 13 Milliarden Jahren von dem am weitesten entfernten GRB entfernt, das bisher aufgezeichnet wurde.)

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„So etwas hatten wir noch nie zuvor gesehen“ sagte Co-Autor Simon DiShiara, Astronom an der Penn State University und Mitglied des Swift-Teams. „Wir wussten, dass es nicht mit einer Supernova, dem Tod eines massereichen Sterns, in Verbindung gebracht wurde, weil es so nah war. Es war eine ganz andere Art von Lichtsignal, eines, das wir mit einer Kilonova in Verbindung bringen, der Explosion, die durch die Kollision verursacht wurde Neutronensterne.“

Wenn zwei Neutronendoppelsterne beginnen, sich in ihrer Todesspirale zu drehen, senden sie starke Gravitationswellen aus und streifen einander neutronenreiche Materie ab. Dann kollidieren und verschmelzen die Sterne und erzeugen eine heiße Trümmerwolke, die in Licht mit mehreren Wellenlängen leuchtet. Es sind die neutronenreichen Trümmer, von denen Astronomen glauben, dass sie sichtbares und infrarotes Kilonova-Licht erzeugen – das Leuchten ist im infraroten als im sichtbaren Spektrum heller, eine charakteristische Signatur eines solchen Ereignisses, das darauf zurückzuführen ist, dass schwere Elemente in den Auswurfmassen sichtbares Licht blockieren, aber durchlassen die strahlen infrarot passieren.

Wenn Neutronensterne verschmelzen, können sie radioaktive Auswürfe erzeugen, die ein Kilonova-Signal antreiben.  Ein kürzlich beobachteter Gammastrahlenausbruch deutete auf ein zuvor unentdecktes hybrides Ereignis hin, an dem eine Kilonova beteiligt war.
Hineinzoomen / Wenn Neutronensterne verschmelzen, können sie radioaktive Auswürfe erzeugen, die ein Kilonova-Signal antreiben. Ein kürzlich beobachteter Gammastrahlenausbruch deutete auf ein zuvor unentdecktes hybrides Ereignis hin, an dem eine Kilonova beteiligt war.

Traumzeit

Diese Signatur wurde durch Post-Hoc-Analyse von GRB211211A offenbart. Und da der anschließende Zerfall einer Neutronensternverschmelzung schwere Elemente wie Gold und Platin produziert, haben Astronomen jetzt eine neue Möglichkeit zu untersuchen, wie sich diese schweren Elemente in unserem Universum bilden.

Der vor einigen Jahren verstorbene Astrophysiker Neil Grylls Er schlug vor, dass längere Gammastrahlenausbrüche durch die Verschmelzung von Neutronensternen erzeugt werden könnten. Es scheint nur passend, dass das ihm zu Ehren benannte Swift Observatory der NASA eine Schlüsselrolle bei der Entdeckung von GRB 211211A und dem ersten direkten Beweis einer solchen Verbindung spielte.

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„Diese Entdeckung ist eine klare Erinnerung daran, dass das Universum nie vollständig erforscht wurde.“ sagte Co-Autorin Gillian Rastingad, ein Ph.D. Student an der Northwestern University. „Astronomen halten es oft für selbstverständlich, dass die Ursprünge von GRBs anhand der Länge der GRBs bestimmt werden können, aber diese Entdeckung zeigt uns, dass es noch viel über diese erstaunlichen Ereignisse zu verstehen gibt.“

DOI: Natur, 2022. 10.1038/s41550-022-01819-4 (Über DOIs).