Astronomen entdecken die ersten Emissionsspektren des hellsten Gammastrahlenausbruchs aller Zeiten

Wissenschaftler geraten in Panik, seit mehrere Weltraumdetektoren im Oktober 2022 einen starken Gammastrahlenausbruch (GRB) registrierten – einen Ausbruch, der so aktiv war, dass Astronomen ihn BOAT (hellste Explosion aller Zeiten) nannten. Nun hat ein internationales Astronomenteam einen ungewöhnlichen Energiepeak analysiert, der vom Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA entdeckt wurde, und ist zu dem Schluss gekommen, dass es sich um ein Emissionsspektrum handelt Neues Papier Diese Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Nach Angaben der Autoren handelt es sich um die erste hochzuverlässige Emissionslinie, die jemals in 50 Jahren der Untersuchung von Gammastrahlenausbrüchen beobachtet wurde.

Wie bereits berichtet, handelt es sich bei Gammastrahlenausbrüchen um extrem energiereiche Explosionen in entfernten Galaxien, die nur Millisekunden bis mehrere Stunden dauern. Es gibt zwei Kategorien von Gammastrahlenausbrüchen. Bei den meisten (70 %) handelt es sich um lange Explosionen, die länger als 2 Sekunden dauern und oft von einem hellen Leuchten begleitet werden. Diese werden normalerweise mit Galaxien mit schneller Sternentstehung in Verbindung gebracht. Astronomen glauben, dass die langen Ausbrüche mit dem Tod massereicher Sterne zusammenhängen, die kollabieren und einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch (oder alternativ einen neu gebildeten Magnetar) bilden. Ein kleines Schwarzes Loch würde Jets hochenergetischer Teilchen erzeugen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und stark genug sind, um die Überreste des Vorläufersterns zu durchdringen, und Röntgen- und Gammastrahlen aussenden.

Gammastrahlenausbrüche, die weniger als zwei Sekunden (etwa 30 Prozent) dauern, sind kurze Ausbrüche und stammen normalerweise aus Regionen mit sehr geringer Sternentstehung. Astronomen gehen davon aus, dass diese Gammastrahlenausbrüche das Ergebnis einer Verschmelzung zweier Neutronensterne sind oder dass ein Neutronenstern mit einem Schwarzen Loch verschmilzt und eine Kilonova entsteht. Diese Hypothese wurde aufgestellt Es wurde 2017 bestätigt Als die LIGO-Kollaboration das Gravitationswellensignal zweier Neutronensterne bei ihrer Verschmelzung erfasste, begleitet von starken Gammastrahlenausbrüchen im Zusammenhang mit Kilonovas.

Mehrere Papiere Gesendet Letztes Jahr veröffentlichte die NASA einen Bericht über die Analyseergebnisse aller Beobachtungsdaten. Diese Ergebnisse bestätigten, dass es sich beim Gammastrahlenausbruch 221009A tatsächlich um ein BOOT handelte, da er besonders hell erschien, weil sein schmaler Strahl direkt auf die Erde zeigte. Doch die verschiedenen Analysen brachten auch einige überraschende Ergebnisse hervor, die die Astronomen vor ein Rätsel stellten. Vor allem sollte es einige Wochen nach der ersten Explosion zu einer Supernova-Explosion kommen, aber die Astronomen konnten keine davon entdecken, vielleicht weil sie zu schwach war und die dichten Staubwolken in diesem Teil des Himmels jegliches einfallende Licht dämpften.

Anfang dieses Jahres bestätigten Astronomen, dass das Boot von einer Supernova stammte, und zwar dank Anzeichen von Grundelementen wie Kalzium und Sauerstoff, die in einer Supernova erwartet werden. Sie fanden jedoch keine Hinweise auf die erwarteten schweren Elemente wie Platin und Gold, was mit der seit langem bestehenden Frage nach dem Ursprung dieser Elemente im Universum zusammenhängt. Das Boot könnte in dieser Hinsicht etwas Besonderes sein; Weitere Daten werden uns mehr verraten.

„Es hat mir Gänsehaut bereitet“

Den Autoren zufolge ist die neu entdeckte spektrale Emissionslinie wahrscheinlich das Ergebnis einer Kollision von Materie und Antimaterie, die ein Paar Gammastrahlen erzeugt, die beim Betrachten des Jets blauverschoben in Richtung höherer Energien sind. Das Vorhandensein einer mit GRB verbundenen spektralen Emission ist wichtig, da sie Aufschluss über die spezifischen Chemikalien geben kann, die an den Reaktionen beteiligt sind. Es gab frühere Studien, die über mögliche Hinweise auf Absorptions- oder Emissionslinien in anderen GRBs berichteten, es stellte sich jedoch heraus, dass es sich in der Regel eher um statistisches Rauschen handelte.

Laut Co-Autor Om Sharan Salavia vom INAF-Brera-Observatorium in Mailand, Italien, ist dies bei dieser neuesten Entdeckung jedoch nicht der Fall Das hat er hinzugefügt „Die Wahrscheinlichkeit, dass sich daraus eine statistische Schwankung entwickelt, liegt bei ‚weniger als einer von einer halben Milliarde‘“, sagt seine Kollegin und Co-Autorin Maria Edvig Ravasio vom National Institute of Astrophysics. Er hat das gesagt Als sie das Schild zum ersten Mal sah, „bekam es bei mir eine Gänsehaut.“

Warum haben Astronomen so lange gebraucht, um es zu entdecken? Als BOAT im Jahr 2022 zum ersten Mal ausbrach, sättigte es die meisten Gammastrahlendetektoren im Weltraum, darunter auch das Fermi-Weltraumteleskop, sodass sie nicht in der Lage waren, den dichtesten Teil dieser Explosion zu messen. Die Emissionslinie erschien erst gut fünf Minuten nach der Explosion, als sie soweit abgeschwächt war, dass Fermi eine Messung durchführen konnte. Die spektrale Emission dauerte etwa 40 Sekunden und erreichte nach Angaben der Autoren eine Spitzenenergie von etwa 12 MeV, verglichen mit 2 oder 3 MeV für sichtbares Licht.

Wissenschaft, 2024. DOI: 10.1126/science.adj3638 (Über DOIs).