Laut dem Astronomen Andrew Levan gibt es ein altes Sprichwort bei der Untersuchung von Gammastrahlenausbrüchen: „Wenn man einen Gammastrahlenausbruch gesehen hat, hat man … nur einen Gammastrahlenausbruch gesehen. Siesind nichttrotzdem “, sagte er während einer Pressekonferenz am 16.
Drei dieser ungewöhnlich lang anhaltenden Sternexplosionen wurden kürzlich mit dem Swift-Satelliten und anderen internationalen Teleskopen entdeckt, und eine namens GRB 111209A ist die längste jemals beobachtete GRB mit einer Dauer von mindestens 25.000 Sekunden oder etwa 7 Stunden.
'Wir haben den längsten Gammastrahlenausbruch in der modernen Geschichte beobachtet und glauben, dass dieses Ereignis durch den Tod eines blauen Überriesen verursacht wird', sagte Bruce Gendre, ein Forscher, der jetzt mit dem französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung verbunden ist und diese Studie während seiner Zeit leitete das Science Data Center der italienischen Weltraumorganisation in Frascati, Italien. 'Es verursachte die stärkste Sternexplosion in der jüngeren Geschichte und wahrscheinlich seit dem Urknall.'
Die Astronomen sagten, dass diese drei GRBs eine bisher unerkannte Klasse dieser Sternexplosionen darstellen, die aus dem katastrophalen Tod von Überriesensternen resultieren, die Hunderte Male größer sind als unsere Sonne. GRBs sind die leuchtendsten und mysteriösesten Explosionen im Universum. Die Explosionen senden Gammastrahlen – die stärkste Form von Licht – sowie Röntgenstrahlen aus und erzeugen Nachleuchten, die bei optischer und radioaktiver Energie beobachtet werden können.
Swift, das Fermi-Teleskop und andere Raumsonden entdecken durchschnittlich etwa einen GRB pro Tag. Als Grund dafür, warum diese Art von GRB noch nicht entdeckt wurde, erklärte Levan, dass diese neue Art aufgrund ihrer Lebensdauer schwer zu finden zu sein scheint.
„Gammastrahlenteleskope erkennen normalerweise eine schnelle Spitze, und Sie suchen nach einem Ausbruch – wie viele Gammastrahlen vom Himmel kommen“, sagte Levan gegenüber Universe Today. „Aber diese neuen GRBs geben Energie über einen langen Zeitraum ab, über 10.000 Sekunden statt der üblichen 100 Sekunden. Da es weit verbreitet ist, ist es schwieriger zu erkennen, und erst seit Swift gestartet wurde, können wir Bilder von GBSs am Himmel erstellen. Um diese neue Art zu erkennen, muss man das gesamte Licht über einen langen Zeitraum addieren.“
Levan ist Astronom an der University of Warwick in Coventry, England.
Er fügte hinzu, dass diese langlebigen GRBs in der Vergangenheit des Universums wahrscheinlich häufiger vorgekommen seien.
Die Anzahl, Dauer und Burst-Klasse der von Swift beobachteten GRBs sind in diesem Diagramm dargestellt. Farben verknüpfen jede GRB-Klasse mit Abbildungen über dem Diagramm, die die geschätzten Größen der Quellsterne zeigen. Zum Vergleich: Die Breite des gelben Kreises repräsentiert einen Stern, der etwa 20 Prozent größer ist als die Sonne. Bildnachweis: Andrew Levan, Univ. von Warwick.
Traditionell haben Astronomen zwei Arten von GRBs erkannt: kurze und lange, basierend auf der Dauer des Gammastrahlensignals. Kurze Ausbrüche dauern zwei Sekunden oder weniger und sollen eine Verschmelzung kompakter Objekte in einem Doppelsternsystem darstellen, wobei die wahrscheinlichsten Verdächtigen Neutronensterne und Schwarze Löcher sind. Lange GRBs können zwischen mehreren Sekunden und mehreren Minuten dauern, wobei die typische Dauer zwischen 20 und 50 Sekunden liegt. Es wird angenommen, dass diese Ereignisse mit dem Kollaps eines Sterns mit einem Vielfachen der Sonnenmasse und der daraus resultierenden Geburt eines neuen Schwarzen Lochs in Verbindung stehen.
„Es ist ein sehr zufälliger Prozess und jeder GRB sieht ganz anders aus“, sagte Levan während des Briefings. „Sie alle haben eine Reihe von Dauern und eine Reihe von Energien. Es wird viel größere Stichproben erfordern, um zu sehen, ob dieser neue Typ mehr Komplexität hat als normale Gammastrahlenausbrüche.“
Alle GRBs erzeugen leistungsstarke Jets, die Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen treiben. Während sie mit Materie in und um den Stern interagieren, erzeugen die Jets eine Spitze aus hochenergetischem Licht.
Gendre und seine Kollegen führten eine detaillierte Studie von GRB 111209A durch, die am 9. Dezember 2011 ausbrach, unter Verwendung von Gammastrahlendaten des Konus-Instruments der NASA-Raumsonde Wind, Röntgenbeobachtungen von Swift und dem XMM-Newton-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation , und optische Daten vom TAROT-Roboterobservatorium in La Silla, Chile. Der 7-Stunden-Burst ist mit Abstand der GRB mit der längsten Dauer, der jemals aufgezeichnet wurde.
Ein weiteres Ereignis, GRB 101225A, explodierte am 25. Dezember 2010 und erzeugte mindestens zwei Stunden lang hochenergetische Emissionen. Später als 'Weihnachtsexplosion' bezeichnet, war die Entfernung des Ereignisses unbekannt, was zwei Teams zu radikal unterschiedlichen physikalischen Interpretationen führte. Eine Gruppe kam zu dem Schluss, dass die Explosion durch einen Asteroiden oder Kometen verursacht wurde, der auf einen Neutronenstern in unserer eigenen Galaxie fiel. Ein anderes Team stellte fest, dass der Ausbruch das Ergebnis eines Fusionsereignisses in einem exotischen Doppelsystem war, das sich etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt befindet.
„Wir wissen jetzt, dass der Weihnachtsausbruch viel weiter weg stattfand, mehr als die Hälfte des beobachtbaren Universums und folglich viel stärker war, als sich diese Forscher vorgestellt hatten“, sagte Levan.
Mit dem Gemini North Telescope auf Hawaii erhielten Levan und sein Team ein Spektrum der schwachen Galaxie, die den Weihnachtsausbruch beherbergte. Dadurch konnten die Wissenschaftler Emissionslinien von Sauerstoff und Wasserstoff identifizieren und bestimmen, wie stark diese Linien im Vergleich zu ihrem Aussehen im Labor zu niedrigeren Energien verschoben wurden. Dieser Unterschied, den Astronomen als Rotverschiebung bekannt sind, führt dazu, dass der Ausbruch etwa 7 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.
Levans Team untersuchte auch 111209A und den neueren Ausbruch 121027A, der am 27. Oktober 2012 explodierte. Alle zeigen ähnliche Röntgen-, Ultraviolett- und optische Emission und entstanden alle aus den zentralen Regionen kompakter Galaxien, die aktiv Sterne bildeten. Die Astronomen sind zu dem Schluss gekommen, dass alle drei GRBs eine neue Art von GRB darstellen, die sie „ultralange“ Bursts nennen.
Astronomen vermuten, dass blaue Überriesensterne die wahrscheinlichste Quelle für ultralange GRBs sein könnten. Diese Sterne haben etwa das 20-fache der Sonnenmasse und können 1000-mal größer als die Sonne sein, wodurch sie fast breit genug sind, um die Umlaufbahn des Jupiter zu überspannen. Bildnachweis: Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.
„Ultralange GRBs entstehen aus sehr großen Sternen“, sagte Levan, „vielleicht so groß wie die Umlaufbahn des Jupiter. Da das Material, das vom Rand des Sterns auf das Schwarze Loch fällt, weiter fallen muss, dauert es länger, um dorthin zu gelangen. Da es länger dauert, dorthin zu gelangen, treibt es den Jet länger an und gibt ihm Zeit, aus dem Stern auszubrechen.“
Levan sagte, dass Wolf-Rayet-Sterne am besten zu der Beschreibung passen. „Sie werden mit mehr als der 25-fachen Sonnenmasse geboren, aber sie brennen so heiß, dass sie ihre tiefe, äußerste Wasserstoffschicht als Ausfluss verdrängen, den wir Sternwind nennen“, sagte er. Wenn man die Atmosphäre des Sterns entfernt, hinterlässt ein Objekt, das massiv genug ist, um ein Schwarzes Loch zu bilden, aber klein genug, damit die Teilchenstrahlen in Zeiten, die für lange GRBs typisch sind, vollständig durchbohren können
John Graham und Andrew Fruchter, beide Astronomen am Space Telescope Science Institute in Baltimore, lieferten Details, dass dieser blaue Überriese relativ bescheidene Mengen an Elementen enthält, die schwerer als Helium sind, die Astronomen Metalle nennen. Dies passt zu einem offensichtlichen Puzzleteil, dass diese ultralangen GRBs eine starke intrinsische Präferenz für Umgebungen mit niedriger Metallizität zu haben scheinen, die nur Spuren von anderen Elementen als Wasserstoff und Helium enthalten.
„GrBs mit hoher Metallizität und langer Dauer existieren zwar, sind aber selten“, sagte Graham. „Sie treten mit etwa 1/25 der Rate (pro Einheit der Sternentstehung) der Ereignisse mit geringer Metallizität auf. Das sind gute Nachrichten für uns hier auf der Erde, da die Wahrscheinlichkeit, dass diese Art von GRB in unserer eigenen Galaxie losgeht, weitaus geringer ist als bisher angenommen.“
Die Astronomen diskutierten ihre Ergebnisse am Dienstag auf dem Huntsville Gamma-ray Burst Symposium 2013 in Nashville, Tennessee, einem Treffen, das teilweise von der University of Alabama in Huntsville und den NASA-Missionen Swift und Fermi Gamma-ray Space Telescope gesponsert wurde. Gendres Ergebnisse erscheinen in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. März.
Papier: „Der ultralange Gamma-Ray Burst 111209A: Der Zusammenbruch eines blauen Überriesen?“ B. Genre et al.
Papier: „Die Metal-Aversion von LGRBs.“ J. F. Graham und A. S. Fruchter.
Quellen: Telefonkonferenz, NASA , Universität Warwick , CNRS
