Gammastrålningskurar (GRB) är de mest lysande och explosiva transientfenomenen i universum efter Big Bang. Ett kraftfullt verktyg för att karakterisera och klassificera GRB för att tillåta dem att användas som spårare av universums expansionshistoria och för att förstå deras mystiska och omdiskuterade fysiska mekanismer har nyligen presenterats av ett internationellt team av forskare under ledning av Dr Maria Dainotti, biträdande professor vid Jagiellonian University, Polen. Den nya artikeln, som har accepterats av Astrofysisk tidskrift , är en statistisk analys av egenskaperna hos de mystiska GRB:erna, syftar till att bestämma observationsegenskaperna hos GRB-subklasser. Artikeln ägnar särskild uppmärksamhet åt de GRB som är associerade med kilonovaer.

Astronomer kan bara direkt mäta avstånd till objekt som är nära jorden och måste extrapolera avstånden till objekt längre ut. Alla objekt som fungerar som stegpinnen på den kosmologiska avståndsstegen har kända ljusstyrkor och kallas "standardljus". När den absoluta ljusstyrkan för standardljuset är känd, avståndet till det objektet kan beräknas baserat på dess uppmätta ljusstyrka. Till exempel, ljuset från samma standardljus kommer att se svagare ut när det är längre bort. GRB:er är så kraftfulla att på några sekunder, de avger motsvarigheten till den energi som solen sänder ut under hela dess livstid. Således, det är möjligt att observera GRB på otroligt stora avstånd (a.k.a., hög rödförskjutning), mycket längre än standardljus som supernovor av Ia-typ (SNe Ia) som observeras vid upp till 11 miljarder ljusår. Att använda GRBs som en ny typ av standardljus kommer att tillåta astronomer att studera och förstå kosmologiska problem som kan förändra nuvarande modeller angående universums historia och dess utveckling.

Trots årtionden av observationer, en heltäckande modell som kan förklara de underliggande fysiska mekanismerna och egenskaperna hos dessa objekt har ännu inte uppnåtts. Många möjliga fysiska ursprung för GRB har föreslagits, som explosionen av en extremt massiv stjärna (de långvariga GRBs) eller sammanslagning av två kompakta objekt (de kortvariga GRBs).

Kilonovae (KNe) är astrofysiska objekt kopplade till GRBs som varar mindre än två sekunder. Dessa korta GRB kommer från explosioner efter sammansmältning av två kompakta objekt som neutronstjärnor (NS). Detekteringen av röntgenstrålning vid en plats som sammanfaller med KN-transienten kan ge den saknade observationslänken mellan korta GRB:er och gravitationsvågor (GWs) producerade av NS-fusioner. Den första upptäckten av KN associerad med GW och den korta GRB 170817 har öppnat en ny era av observationer och teoretiska undersökningar. Det som saknas i denna långvariga berättelse är kopplingen mellan KNe och GRB-observationskorrelationerna som Dainotti et al. ge nu.

Även när alla GRB:er observeras med samma satellit, I detta fall, NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory, egenskaperna hos GRB:er ses variera kraftigt över flera storleksordningar. Detta gäller inte bara den snabba emissionen (huvudhändelsen i gammastrålningen), men också till den förlängda efterglödningsfasen (som följer den snabba emissionen och ses över ett brett våglängdsområde). Således, nyckelpunkten i artikeln av Dainotti et al., är jakten på egenskaper som förblir oföränderliga enligt speciella klasser av GRB:er.

Teamet har hittat en 3D-korrelation, dvs. en länk mellan följande tre variabler som identifierar ett plan:varaktigheten av röntgenplatåfasen, dess ljusstyrka, och ljusstyrkan hos gammastrålningsfunktionen för toppprompten. Avstånden för GRB:er från planet för en given klass gjorde det möjligt för författarna att avgöra om GRB:er tillhör den specifika klassen genom att visa olika egenskaper relaterade till denna 3D-korrelation. Dainotti et al. visar också att även om GRBs-KNe-händelserna är ett delprov av den större klassen av kortvariga GRB:er (röda cuboider), de visar några observationssärdrag:Ja, de ligger alla under det korta grundplanet som visas i figur 1 (gula stympade ikosaedrar).

I denna analys, urvalsfördomar och evolutionära effekter (nämligen, hur variablerna förändras med avstånd eller rödförskjutning) har redovisats och har visat att grundplanet som pekas ut av kilonovaer är tillförlitligt och det är oberoende av selektionseffekter; Således, framtida tillämpning av detta plan som ett kosmologiskt verktyg är möjlig. Faktiskt, GRBs-KNe-planet har det minsta observerade avståndet från sitt plan, kallas den inneboende spridningen. Här är denna spridning 29% mindre än en tidigare analys, se fig. 1, som var från ett pressmeddelande från NASA 2016. Vi noterar att detta fynd har uppnåtts på ett naturligt sätt utan att anta några observationskriterier som hade gjorts i tidigare studier utförda av några av författarna i denna forskning. Detta nya resultat ligger alltså ett steg mycket längre fram än tidigare analyser.

Vi noterar här att alla KN-SGRB (markerade i gult) faller under det bäst passande planet. Dessutom, GRB:erna associerade med KNe-planet har fortfarande ett mycket litet avstånd från respektive kilonovaplan när evolutionen tas med i beräkningen, se fig. 2. Ju mindre avståndet är från planet, desto mer användbart är planet att användas som ett kosmologiskt verktyg. En stor fördel med att använda GRB förknippade med kilonovaer är att GRBKNe-händelserna har en tydligare fysisk emissionsprocess jämfört med andra observations GRB-klasser.

Således, språnget framåt i denna studie är att detta prov har en fysisk jordning relaterad till grundplansrelationen oavsett egenskaperna hos platåfasen som kan variera kraftigt från en GRB till en annan.