Lycka och banbrytande vetenskaplig utrustning har gjort det möjligt för forskare att observera en Gamma Ray Burst-jet med ett radioteleskop och upptäcka polariseringen av radiovågor inom den för första gången – vilket för oss närmare en förståelse av vad som orsakar universums kraftigaste explosioner .

Gamma Ray Bursts (GRB) är de mest energiska explosionerna i universum, strålar ut mäktiga jetstrålar som färdas genom rymden med över 99,9 % ljusets hastighet, som en stjärna som är mycket mer massiv än vår sol kollapsar i slutet av sin livstid och producerar ett svart hål.

Att studera ljuset från Gamma Ray Burst-strålar när vi upptäcker att det färdas genom rymden är vårt bästa hopp om att förstå hur dessa kraftfulla jetstrålar bildas, men forskare måste vara snabba för att få sina teleskop på plats och få de bästa uppgifterna. Detektering av polariserade radiovågor från en strålstråle, möjliggjort av en ny generation av avancerade radioteleskop, ger nya ledtrådar till detta mysterium.

Ljuset från just denna händelse, känd som GRB 190114C, som exploderade med kraften av miljontals solars värde av TNT för cirka 4,5 miljarder år sedan, nådde NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory den 14 januari, 2019.

En snabb varning från Swift gjorde det möjligt för forskargruppen att rikta Atacama Large Millimeter/Sub-millimeter Array (ALMA)-teleskopet i Chile för att observera explosionen bara två timmar efter att Swift upptäckte den. Två timmar senare kunde teamet observera GRB från Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) teleskopet när det blev synligt i New Mexico, USA.

Genom att kombinera mätningarna från dessa observatorier kunde forskargruppen bestämma strukturen av magnetiska fält inom själva jeten, vilket påverkar hur radioljuset polariseras. Teorier förutsäger olika arrangemang av magnetfält inom jetstrålen beroende på fältens ursprung, så att fånga radiodata gjorde det möjligt för forskarna att testa dessa teorier med observationer från teleskop för första gången.

Forskargruppen, från University of Bath, Northwestern University, Israels öppna universitet, Harvard Universitet, California State University i Sacramento, Max Planck Institute i Garching, och Liverpool John Moores University upptäckte att endast 0,8 % av jetljuset var polariserat, vilket betyder att strålens magnetfält endast ordnades över relativt små fläckar - var och en mindre än cirka 1 % av strålens diameter. Större fläckar skulle ha producerat mer polariserat ljus.

Dessa mätningar tyder på att magnetfält kan spela en mindre betydande strukturell roll i GRB-jetstrålar än man tidigare trott.

Detta hjälper oss att begränsa de möjliga förklaringarna till vad som orsakar och driver dessa extraordinära explosioner. Studien publiceras i Astrofysiska tidskriftsbrev .

Första författare Dr Tanmoy Laskar, från University of Baths astrofysikgrupp, sa:"Vi vill förstå varför vissa stjärnor producerar dessa extraordinära jetstrålar när de dör, och mekanismen genom vilken dessa jets drivs – de snabbaste kända utflödena i universum, rör sig i hastigheter nära ljusets och lyser med den otroliga ljusstyrkan på över en miljard solar tillsammans.

"Jag satt i en taxi på väg till O'Hare flygplats i Chicago, efter ett besök med medarbetare när explosionen gick av. Den extrema ljusstyrkan av denna händelse och det faktum att den var synlig i Chile direkt gjorde den till ett främsta mål för vår studie, och så jag kontaktade omedelbart ALMA för att säga att vi skulle observera den här, i hopp om att detektera den första radiopolarisationssignalen.

"Det var slumpmässigt att målet var välplacerat på himlen för observationer med både ALMA i Chile och VLA i New Mexico. Båda anläggningarna svarade snabbt och vädret var utmärkt. Sedan tillbringade vi två månader i en mödosam process för att se till att vår mätningen var äkta och fri från instrumentella effekter. Allt utcheckat, och det var spännande.

Dr Kate Alexander, som ledde VLA-observationerna, sa:"Data med lägre frekvens från VLA hjälpte till att bekräfta att vi såg ljuset från själva jetplanet, snarare än från jetens interaktion med sin omgivning."

Dr. Laskar tillade:"Denna mätning öppnar ett nytt fönster in i GRB-vetenskapen och studierna av energiska astrofysiska jetstrålar. Vi skulle vilja förstå om den låga polariseringsnivån som uppmätts i denna händelse är karakteristisk för alla GRB:er, och i så fall, what this could tell us about the magnetic structures in GRB jets and the role of magnetic fields in powering jets throughout the universe."

Professor Carole Mundell, Head of Astrophysics at the University of Bath, added:"The exquisite sensitivity of ALMA and rapid response of the telescopes has, för första gången, allowed us to swiftly and accurately measure the degree of polarisation of microwaves from a GRB afterglow just two hours after the blast and probe the magnetic fields that are thought to drive these powerful, ultrafast outflows."

The research team plans to hunt for more GRBs to continue to unravel the mysteries of the biggest explosions in the universe.

The study "ALMA detection of a linearly polarized reverse shock in GRB 190114C" is published in Astrofysiska tidskriftsbrev .