• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Något stort exploderade i en galax långt, långt borta - vad var det?

    En konstnärs återgivning av Swift-satelliten som fångar en gammastrålning. Kredit:NASA/Spectrum Astro

    Klockan 22:49 västerländsk tid den 2 februari i år, kosmiska gammastrålar träffade NASA-satelliten, Snabb, kretsar runt jorden.

    Inom några sekunder efter upptäckten en varning skickades automatiskt till University of WA:s Zadko-teleskop. Det svängde in i robothandling, tar bilder av himlens läge i stjärnbilden Ophiuchus.

    Vad som dök upp ur svärtan, där ingenting sågs förut, var en snabbt ljusnande "optisk transient", som är något som syns på himlen under en kort tidsperiod.

    Händelsen, heter GRB170202, var en mycket energisk gammastrålning (GRB). Efter mindre än en minut, gammastrålningen stängdes av, och GRB:n dök upp som en ljusare och sedan blekande optisk beacon.

    Zadko-teleskopet registrerade hela utvecklingen av det optiska utbrottet. Under sitt största utbrott, GRB170202 motsvarade i ljusstyrka miljontals stjärnor som lyste tillsammans från samma plats.

    Cirka 9 timmar 42 minuter efter GRB, Very Large Telescope i Chile förvärvade ljusets spektrum från den optiska efterglödningen.

    Detta gjorde det möjligt att mäta ett avstånd till skuren:cirka 12 miljarder ljusår. Universum har expanderat till fyra gånger större än då, 12 miljarder år sedan, tiden det tog ljuset att nå jorden.

    GRB170202 var så långt borta, inte ens dess värdgalax var synlig, bara mörker. Eftersom GRB var en övergående, aldrig mer ses, det är som att tända ett ljus i ett mörkt rum (värdgalaxen) och försöka registrera detaljerna i rummet innan ljuset slocknar.

    Mysteriet med gammastrålning

    Blixten av gammastrålning och efterföljande optisk transient är den avslöjande signaturen för ett svart håls födelse från den katastrofala kollapsen av en stjärna.

    Sådana händelser är sällsynta och kräver vissa speciella omständigheter, inklusive en mycket massiv stjärna upp till tiotals solmassor (massan av vår sol) som roterar snabbt med ett starkt magnetfält.

    Dessa ingredienser är avgörande för att skjuta upp två jetstrålar som slår genom den kollapsande stjärnan för att producera gammastrålning (se animation)

    Den närmaste analogen (och bättre förstådd transient) till en GRB är en supernovaexplosion från en kollapsande stjärna. Faktiskt, några relativt närliggande GRB:er avslöjar bevis på en energisk supernova kopplad till händelsen.

    Simuleringar visar att de flesta kollapsande stjärnor inte har tillräckligt med energi för att producera en GRB-jet, ett så kallat "failure to launch"-scenario. Både observationer och teorier visar att GRB är extremt sällsynt jämfört med förekomsten av supernovor.

    Stjärnorna som producerar GRB föds och dör inom några tiotals till hundratusentals år, till skillnad från vår sol som har funnits i miljarder år.

    Detta beror på att mycket massiva stjärnor förbrukar sitt bränsle mycket snabbt, och genomgår en våldsam gravitationskollaps som leder till ett svart hål, på tidsskalan sekunder.

    Zadko Telescope ljuskurva GRB170202, visar den utvecklande explosionen och efterföljande blekning av det optiska efterljuset från sekunder till timmar efter gammastrålningen. Kredit:Alain Klotz (Zadko-samarbete)

    En uppsjö av oseriösa svarta hål

    Hastigheterna för bildning av svarta hål i hela universum kan härledas från GRB-hastigheten. Baserat på den observerade GRB-hastigheten, det måste finnas tusentals svarta håls födslar varje dag i hela universum.

    Så vad är ödet för dessa kosmiska monster? De flesta kommer att ligga på lur i sina värdgalaxer, ibland slukar stjärnor och planeter.

    Andra kommer att vara i en gravitationsdödsdans med andra svarta hål tills de smälter samman till ett enda svart hål med en explosion av gravitationsvågor (GWs), till exempel den första upptäckten av en sådan händelse av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).

    En ny era

    Vid gränsen för att förstå bildandet av svarta hål ligger sökandet efter en speciell sorts GRB som markerar sammanslagning (kollision) av två neutronstjärnor.

    Så kallade "korta GRBs" är blixtar av gammastrålning som varar mindre än en sekund och kan vara den "rykande pistolen" för sammanslagningar av neutronstjärnor.

    Viktigt, sammanslagna neutronstjärnor bör detekteras från deras gravitationsstrålning av LIGO. Därav, en tillfällig upptäckt i gammastrålar, optiska och gravitationsvågor är en verklig möjlighet.

    Detta skulle vara en monumental upptäckt som tillåter oöverträffad inblick i fysiken kring svarta håls bildning. Revolutionen är som att lyssna på radio på en 1920-talsmottagare och sedan titta på en modern högupplöst surroundljudsfilm.

    Framtida utmaningar

    Med tanke på ovanstående frekvens av tusentals svarta hål som skapas per dag, det verkar som att sammanfallande upptäckt av GRB:er och gravitationsvågor är en no brainer.

    Men i verkligheten måste vi ta hänsyn till den begränsade känsligheten hos alla teleskop (och detektorer). Detta minskar den potentiella observationsfrekvensen till ett tiotal per år. Detta är tillräckligt högt för att inspirera till en global kamp för att söka efter de första sammanfallande gravitationsvågkällorna med elektromagnetiska motsvarigheter.

    Uppgiften är extremt svår eftersom gravitationsvågsobservatorierna inte kan peka ut platsen för källan särskilt väl. För att motverka detta, en strategi att söka efter sammanfallande gravitationsvågor och elektromagnetiska upptäckter i tid kan vara det bästa alternativet.

    Det nyligen finansierade ARC Center of Excellence OzGravs uppdrag är att förstå svarta håls extrema fysik.

    Ett av målen är att söka efter optisk, radio och högenergimotsvarigheter sammanfaller med gravitationsvågor från skapandet av svarta hål. Australien är redo att spela en betydande roll i denna nya era av "multi-budbärare astronomi".

    Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.




    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com