En studie som publiceras i Natur magasin med observationer från robotteleskopet MASTER-IAC vid Teide-observatoriet kommer att hjälpa till att reda ut några okända faktorer i den inledande fasen och utvecklingen av de enorma strålar av materia och energi som bildas som en konsekvens av dessa explosioner, som är de mest kraftfulla i universum.

Gammastrålning är bland de mest energiska och explosiva händelserna i universum. De är så flyktiga, varar från några millisekunder till ungefär en minut att observera dem exakt har varit, tills nu, en svår uppgift. Med hjälp av flera markbaserade och satellitteleskop, bland dem robotteleskopet MASTER-IAC, vid Moscow State University, beläget i Teide Observatory (Teneriffa), ett internationellt team som leds av University of Maryland (USA) och i vilket forskare från Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) har deltagit, har observerat en av dessa explosioner med aldrig tidigare skådad detalj. Händelsen, heter GRB160625B, avslöjade nyckeldetaljer om den inledande fasen av gammastrålningsexplosionen och utvecklingen av de enorma strålar av materia och energi som bildas som ett resultat av den.

"Gammastråleutbrott är katastrofala händelser, relaterat till explosionen av massiva stjärnor, ungefär 50 gånger större än vår sol" förklarar Eleonora Troja, en forskare vid UMD och den första författaren på tidningen. "Om vi ​​klassificerar alla explosioner i universum efter deras energi, gammastrålning skulle vara bara mindre än Big Bang. På några sekunder kan processen avge lika mycket energi som solen under hela sin livstid. Av den anledningen är vi mycket intresserade av att veta hur dessa fenomen uppstår.

Observationerna avslöjade några av de okända detaljerna om processen där en gammastrålningsexplosion utvecklas medan en döende stjärna kollapsar och förvandlas till ett svart hål. För det första tyder data på att det svarta hålet producerar ett starkt magnetfält, som i början styr i vilka strålar energi släpps ut. Sedan när magnetfältet avklingar tar materien kontroll och börjar dominera strålarna. Majoriteten av specialisterna på gammastrålning trodde att strålarna dominerades av materien eller av magnetfältet, men inte av båda. Nu är resultaten av denna forskning, publiceras i morgon Natur tidningen tyder på att båda faktorerna spelar en grundläggande roll.

Bildandet av svarta hål

"Några sekunder efter upptäckten av en gammastrålning av NASAs Fermi-satellit började robotteleskopet MASTER-IAC observera detta mycket energiska fenomen vid synliga våglängder, som varade bara några sekunder. Detta gjorde det möjligt för oss att mäta polariseringen av den utsända strålningen och på så sätt lära oss om naturen hos de fysiska processerna som är involverade", förklarar Rafael Rebolo, direktör för IAC och en av författarna till artikeln. "I framtiden", tillägger han, "med teleskopen från CTA (Cherenkov Telescope Array) som ska installeras på La Palma, det kommer att vara möjligt att observera denna typ av fenomen, relaterat till bildandet av svarta hål, i detalj med mycket högre energi".

Data antyder att den synkrotronstrålning som produceras när elektroner accelereras längs en krökt eller spiralbana - aktiverar den initiala extremt ljusa fasen av utbrottet som kallas den "snabba" fasen. Under lång tid ansågs två andra kandidater vara möjliga:svart kroppsstrålning som sänds ut av ett föremål vid hög temperatur, eller omvänd Compton-strålning, som produceras när en accelererad partikel överför energi till en foton.

"Synkrotronstrålning är den enda mekanismen som kan skapa den grad av polarisation och det spektrum som vi observerade i början av explosionen", konstaterar Eleonora Troja. "Vår studie ger övertygande bevis för att den plötsliga emissionen av gammastrålning drivs av synkrotronstrålning. Detta är en viktig prestation eftersom den fysiska mekanismen som driver gammastrålning, trots årtionden av forskning, inte hade identifierats exakt".

Fermi, NASA:s rymdteleskop för gammastrålning var det första som upptäckte gammastrålningen från GRB160625B. Kort därefter MASTER-IAC, ett av nätverket av MASTER-robotteleskop vars huvudutredare är Vladimir Lipunov, från Moscow State University (Ryssland) följde upp med observationer i det synliga medan varningsfasen fortfarande var aktiv. MASTER-IAC tog data om mängden polariserat synligt ljus jämfört med det totala ljuset som producerades under det snabba utbrottet. Med tanke på att synkrotronstrålning är ett av de fenomen som kan producera polariserat ljus har data gett en avgörande länk mellan synkrotronstrålningen och den inledande fasen av gammastrålningsexplosionen.

Ett magnetfält kan också påverka andelen polariserat ljus som sänds ut när tiden går, och explosionen utvecklas. Eftersom de kunde analysera polarisationsdata under nästan hela skuren, de kunde se närvaron av ett magnetfält och observerade hur det varierade medan GRB160625B fortsatte att kasta ut materiajetstrålar.