GRB 140903A: Chandra findet Beweise für gewaltsame Sternfusion

A Tour of GRB 140903A (April 2019).

Anonim

Gammastrahlenausbrüche oder GRBs sind einige der heftigsten und energetischsten Ereignisse im Universum. Obwohl diese Ereignisse die leuchtendsten Explosionen im Universum sind, deutet eine neue Studie mit dem Chandra Röntgen-Observatorium der NASA, dem Swift-Satelliten der NASA und anderen Teleskopen darauf hin, dass Wissenschaftler die Mehrheit dieser mächtigen kosmischen Detonationen vermissen.

Astronomen denken, dass einige GRBs das Produkt der Kollision und der Fusion zweier Neutronensterne oder eines Neutronensterns und eines Schwarzen Lochs sind. Die neuen Forschungen geben bis jetzt den besten Beweis dafür, dass solche Kollisionen einen sehr engen Strahl oder Strahl von Gammastrahlen erzeugen. Wenn ein solcher schmaler Strahl nicht auf die Erde gerichtet ist, wird der durch die Kollision erzeugte GRB nicht detektiert.

Es wird erwartet, dass Kollisionen zwischen zwei Neutronensternen oder einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch starke Quellen von Gravitationswellen sind, die detektiert werden können, unabhängig davon, ob der Strahl auf die Erde gerichtet ist oder nicht. Daher hat dieses Ergebnis wichtige Implikationen für die Anzahl von Ereignissen, die durch das Laserinterferometrie-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) und andere Gravitationswellen-Observatorien detektierbar sein werden.

Am 3. September 2014 nahm das Swift-Observatorium der NASA eine GRB auf, die wegen ihres Datums GRB 140903A genannt wurde. Wissenschaftler verwendeten optische Beobachtungen mit dem Gemini Observatory-Teleskop in Hawaii, um zu bestimmen, dass GRB 140903A in einer Galaxie in etwa 3, 9 Milliarden Lichtjahren Entfernung lokalisiert war, relativ nahe bei einem GRB.

Das große Feld in der Grafik ist eine Illustration, die die Folgen einer Neutronensternfusion einschließlich der Erzeugung eines GRB zeigt. In der Mitte ist ein kompaktes Objekt - entweder ein schwarzes Loch oder ein massiver Neutronenstern - und in rot ist eine Scheibe von Material, das von der Fusion übrig geblieben ist und Material enthält, das auf das kompakte Objekt fällt. Energie aus diesem einfallenden Material treibt den gelb dargestellten GRB-Jet an. In Orange weht ein Wind von Partikeln von der Scheibe und in Blau wird Material aus dem kompakten Objekt ausgestoßen und dehnt sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten von etwa einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit aus.

Das Bild links von den beiden kleineren Panels zeigt eine optische Ansicht des Discovery Channel Telescope (DCT) mit GRB 140903A in der Mitte des Quadrats und eine Nahaufnahme des Röntgenbildes von Chandra auf der rechten Seite. Der helle Stern im optischen Bild steht in keinem Zusammenhang mit dem GRB.

Die Gammastrahlenexplosion dauerte weniger als zwei Sekunden. Dies brachte es in die Kategorie der "kurzen GRBs", von denen die Astronomen glauben, dass sie von Neutronenstern-Neutronenstern- oder Schwarzloch-Neutronenstern-Kollisionen ausgehen, die schließlich entweder ein Schwarzes Loch oder einen Neutronenstern mit einem starken Magnetfeld bilden. (Der wissenschaftliche Konsens ist, dass GRBs, die länger als zwei Sekunden dauern, aus dem Zusammenbruch eines massereichen Sterns resultieren.)

Ungefähr drei Wochen nach der Entdeckung von GRB 140903A durch Swift beobachtete ein Forscherteam um Eleonora Troja von der University of Maryland, College Park (UMD), die Folgen der GRB im Röntgenlicht mit Chandra. Chandra Beobachtungen, wie die Röntgenemission von diesem GRB im Laufe der Zeit abnimmt, liefern wichtige Informationen über die Eigenschaften des Jets.

Insbesondere fanden die Forscher heraus, dass der Strahl in einem Winkel von nur etwa fünf Grad strahlt, basierend auf Röntgenbeobachtungen, optischen Beobachtungen mit dem Gemini-Observatorium und DCT- und Radiobeobachtungen mit dem Karl G. Jansky Very Large der National Science Foundation Array. Dies entspricht in etwa einem Kreis mit dem Durchmesser Ihrer drei Mittelfinger, die auf Armlänge gehalten werden. Dies bedeutet, dass die Astronomen nur etwa 0, 4% dieser Art von GRB feststellen, wenn sie ausgelöst wird, da der Strahl in den meisten Fällen nicht direkt auf uns gerichtet wird.

Frühere Studien anderer Astronomen hatten vorgeschlagen, dass diese Fusionen schmale Jets erzeugen könnten. Die Beweise in diesen Fällen waren jedoch nicht so stark, da der schnelle Lichtabfall bei mehreren Wellenlängen nicht beobachtet wurde, was Erklärungen erlaubte, die keine Strahlen beinhalteten.

Mehrere Beweise verbinden dieses Ereignis mit der Verschmelzung von zwei Neutronensternen oder zwischen einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch. Dazu gehören die Eigenschaften der Emission von Gammastrahlung, das Alter und die niedrige Rate von Sternen, die sich in der GRB-Wirtsgalaxie bilden, und das Fehlen einer hellen Supernova. In einigen früheren Fällen wurden keine starken Beweise für diese Verbindung gefunden.

Neue Studien deuten darauf hin, dass solche Fusionen die Produktionsstätte von Elementen sein könnten, die schwerer als Eisen sind, wie Gold. Daher ist die Geschwindigkeit dieser Ereignisse auch wichtig, um die Gesamtmenge der schweren Elemente, die durch diese Fusionen erzeugt werden, zu schätzen und sie mit den Mengen zu vergleichen, die in der Milchstraße beobachtet werden.

Ein Papier, das diese Ergebnisse beschreibt, wurde vor kurzem zur Veröffentlichung in The Astrophysical Journal angenommen und ist online verfügbar.

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