Volgens astronoom Andrew Levan is er een oud gezegde bij het bestuderen van gammastraaluitbarstingen: "Als je één gammastraaluitbarsting hebt gezien, heb je ... slechts één gammastraaluitbarsting gezien. Ze zijn niet ", zei hij tijdens een persconferentie op 16 april over de ontdekking van een heel ander soort GRB - een type met een nieuwe, langdurige smaak.
Drie van deze ongebruikelijke langdurige stellaire explosies zijn onlangs ontdekt met behulp van de Swift-satelliet en andere internationale telescopen, en één, genaamd GRB 111209A, is de langste GRB ooit waargenomen, met een duur van ten minste 25.000 seconden of ongeveer 7 uur.
"We hebben de langste gammastraaluitbarsting in de moderne geschiedenis waargenomen en denken dat deze gebeurtenis wordt veroorzaakt door de dood van een blauwe superreus", zegt Bruce Gendre, een onderzoeker die nu verbonden is aan het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek, die deze studie leidde tijdens het Science Data Center van de Italian Space Agency in Frascati, Italië. 'Het veroorzaakte de krachtigste stellaire explosie in de recente geschiedenis, en waarschijnlijk sinds de oerknal.'
De astronomen zeiden dat deze drie GRB's een voorheen niet-erkende klasse van deze stellaire explosies vertegenwoordigen, die het gevolg zijn van de catastrofale dood van superreuzen die honderden keren groter zijn dan onze zon. GRB's zijn de meest lichtgevende en mysterieuze explosies in het heelal. De ontploffingen zenden golven van gammastraling - de krachtigste vorm van licht - en röntgenstralen uit, en ze produceren nagloed die kunnen worden waargenomen bij optische en radio-energieën.
Swift, de Fermi-telescoop en ander ruimtevaartuig detecteren elke dag gemiddeld ongeveer één GRB. Over waarom dit type GRB nog niet eerder is ontdekt, legde Levan uit dat dit nieuwe type moeilijk te vinden lijkt te zijn, omdat het zo lang meegaat.
"Gammastraaltelescopen detecteren meestal een snelle piek en je zoekt naar een burst - hoeveel gammastralen komen uit de lucht", vertelde Levan aan Space Magazine. “Maar deze nieuwe GRB's stoten energie uit over een lange tijdsperiode, meer dan 10.000 seconden in plaats van de gebruikelijke 100 seconden. Omdat het verspreid is, is het moeilijker te herkennen, en alleen sinds Swift is gelanceerd, hebben we de mogelijkheid om afbeeldingen van GBS's in de lucht op te bouwen. Om deze nieuwe soort te detecteren, moet je al het licht over een lange periode bij elkaar optellen. ”
Levan is astronoom aan de University of Warwick in Coventry, Engeland.
Hij voegde eraan toe dat deze langdurige GRB's waarschijnlijk vaker voorkwamen in het verleden van het universum.
Traditioneel hebben astronomen twee soorten GRB's herkend: kort en lang, gebaseerd op de duur van het gammastraal-signaal. Korte bursts duren twee seconden of minder en worden verondersteld een samensmelting te vormen van compacte objecten in een binair systeem, waarbij de meest waarschijnlijke verdachten neutronensterren en zwarte gaten zijn. Lange GRB's kunnen van enkele seconden tot enkele minuten duren, met een typische duur tussen 20 en 50 seconden. Aangenomen wordt dat deze gebeurtenissen verband houden met het instorten van een ster vele malen de massa van de zon en de resulterende geboorte van een nieuw zwart gat.
"Het is een heel willekeurig proces en elke GRB ziet er heel anders uit", zei Levan tijdens de briefing. “Ze hebben allemaal een verschillende duur en verschillende energieën. Er zal een veel grotere steekproef nodig zijn om te zien of dit nieuwe type complexer is dan gewone gammastralen. ”
Alle GRB's veroorzaken krachtige stralen die materie met bijna de lichtsnelheid in tegengestelde richtingen voortstuwen. Terwijl ze interageren met materie in en rond de ster, produceren de stralen een piek van hoogenergetisch licht.
Gendre en zijn collega's maakten een gedetailleerde studie van GRB 111209A, die op 9 december 2011 losbarstte, met behulp van gammastralinggegevens van het Konus-instrument op NASA's Wind-ruimtevaartuig, röntgenobservaties van Swift en de XMM-Newton-satelliet van de European Space Agency en optische gegevens van het TAROT-robotobservatorium in La Silla, Chili. De burst van 7 uur is verreweg de langste GRB ooit opgenomen.
Een andere gebeurtenis, GRB 101225A, explodeerde op 25 december 2010 en veroorzaakte een emissie van hoge energie gedurende ten minste twee uur. Vervolgens kreeg de bijnaam 'Kerstuitbarsting' de afstand van het evenement niet bekend, waardoor twee teams tot radicaal verschillende fysieke interpretaties kwamen. Een groep concludeerde dat de ontploffing werd veroorzaakt door een asteroïde of komeet die op een neutronenster in ons eigen sterrenstelsel viel. Een ander team stelde vast dat de burst het resultaat was van een fusie-evenement in een exotisch binair systeem dat zo'n 3,5 miljard lichtjaar van ons verwijderd was.
"We weten nu dat de kerstuitbarsting veel verder weg plaatsvond, meer dan halverwege het waarneembare universum, en daardoor veel krachtiger was dan deze onderzoekers dachten", zei Levan.
Met behulp van de Gemini North-telescoop op Hawaï verkregen Levan en zijn team een spectrum van het zwakke sterrenstelsel waar de kerstuitbarsting plaatsvond. Dit stelde de wetenschappers in staat om emissielijnen van zuurstof en waterstof te identificeren en te bepalen hoeveel deze lijnen werden verplaatst naar lagere energieën in vergelijking met hun uiterlijk in een laboratorium. Dit verschil, bij astronomen bekend als een roodverschuiving, plaatst de burst op zo'n 7 miljard lichtjaar afstand.
Het team van Levan onderzocht ook 111209A en de meer recente burst 121027A, die explodeerde op 27 oktober 2012. Ze vertoonden allemaal vergelijkbare röntgenstraling, ultraviolette en optische emissie en kwamen allemaal voort uit de centrale regio's van compacte sterrenstelsels die actief sterren vormden. De astronomen hebben geconcludeerd dat alle drie de GRB's een nieuw soort GRB vormen, die ze 'ultralange' bursts noemen.
"Ultralange GRB's komen voort uit zeer grote sterren," zei Levan, "misschien wel zo groot als de baan van Jupiter. Omdat het materiaal dat vanaf de rand van de ster op het zwarte gat valt verder moet vallen, duurt het langer om daar te komen. Omdat het langer duurt om daar te komen, drijft het de jet langer aan, waardoor het tijd heeft om uit de ster te ontsnappen. ”
Levan zei dat Wolf-Rayet-sterren het beste bij de beschrijving passen. "Ze worden geboren met meer dan 25 keer de massa van de zon, maar ze branden zo heet dat ze hun diepe, buitenste laag waterstof verdrijven als een uitstroom die we een stellaire wind noemen", zei hij. Door de atmosfeer van de ster weg te halen, blijft er een voorwerp achter dat massief genoeg is om een zwart gat te vormen, maar klein genoeg om de deeltjesstralen helemaal door te boren in tijden die typisch zijn voor lange GRB's
John Graham en Andrew Fruchter, beide astronomen van het Space Telescope Science Institute in Baltimore, gaven details dat deze blauwe superreus relatief bescheiden hoeveelheden elementen bevat die zwaarder zijn dan helium, dat astronomen metalen noemen. Dit past in een duidelijk puzzelstuk, dat deze ultra-lange GRB's een sterke intrinsieke voorkeur lijken te hebben voor omgevingen met een lage metalliciteit die slechts sporen van andere elementen bevatten dan waterstof en helium.
"GRB's met een hoge metaliciteit en lange duur bestaan, maar zijn zeldzaam", zei Graham. “Ze komen voor op ongeveer 1 / 25ste van de snelheid (per eenheid stervorming) van de gebeurtenissen met een lage metalliciteit. Dit is goed nieuws voor ons hier op aarde, aangezien de kans dat dit type GRB afgaat in ons eigen sterrenstelsel veel kleiner is dan eerder werd gedacht. ”
De astronomen bespraken hun bevindingen dinsdag op het Huntsville Gamma-ray Burst Symposium in Nashville, Tennessee, een bijeenkomst die gedeeltelijk werd gesponsord door de Universiteit van Alabama in Huntsville en NASA's Swift en Fermi Gamma-ray Space Telescope-missies. De bevindingen van Gendre verschijnen in de 20 maart editie van The Astrophysical Journal.
Paper: "The Ultra-long Gamma-Ray Burst 111209A: The Collapse of a Blue Supergiant?" B. Genre et al.
Paper: "De metaalaversie van LGRB's." J. F. Graham en A. S. Fruchter.
Bronnen: Teleconferentie, NASA, University of Warwick, CNRS
