Den här illustrationen visar en kollapsande stjärna som producerar två korta gammastrålar. Strax före en massiv, kollapsande stjärna exploderar som en supernova, vi observerar ofta en gammastrålning (en kort explosion av gammastrålning) om strålarna är riktade mot jorden. De flesta kända supernova-producerade gammastrålningsskurar är "långa" (varar i mer än två sekunder), men en som heter GRB 200826 var "kort" (varade bara 0,6 sekunder). Astronomer tror detta, och möjligen andra korta supernovaproducerade gammastrålningsskurar, verkade kort eftersom strålarna av gammastrålar inte är tillräckligt starka för att helt undkomma stjärnan. Detta skulle producera jetstrålar som är kortare både i längd och varaktighet. Kredit:International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva
Astronomer har upptäckt den kortaste gammastrålning någonsin (GRB) orsakad av implosionen av en massiv stjärna. Med hjälp av det internationella Gemini Observatory, ett program från NSF:s NOIRLab, astronomer identifierade orsaken till denna 0,6 sekunder långa uppsjö av gammastrålar som en supernovaexplosion i en avlägsen galax. GRB orsakade av supernovor är vanligtvis mer än dubbelt så långa, vilket tyder på att vissa korta GRB:er faktiskt kan vara bedragare - supernovaproducerade GRB:er i förklädnad.
Gammastrålningskurar (GRB) är bland de ljusaste och mest energiska händelserna i universum, men forskare håller fortfarande på att ta reda på exakt vad som orsakar dessa flyktiga händelser. Astronomer delar in GRB i två breda kategorier baserat på deras varaktighet. Korta GRB:er flammar in i livet på mindre än två sekunder och tros vara orsakade av sammanslagning av binära neutronstjärnor. De som håller längre klassas som långa GRB, och har förknippats med supernovaexplosioner orsakade av implosioner av massiva stjärnor. Dock, den senaste upptäckten av den kortaste GRB som någonsin producerats under en supernova visar att GRB:er inte passar in i de lådor som astronomerna har skapat åt dem.
"Denna upptäckt representerar den kortaste gammastrålning som orsakas av en supernova under kollapsen av en massiv stjärna, " kommenterade Tomás Ahumada, som ledde denna forskning och är Ph.D. kandidat vid University of Maryland och astronom vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Det varade i bara 0,6 sekunder, och den sitter på gränsen mellan en lyckad och en misslyckad gammastrålning."
Teamet tror att denna och några andra supernova-relaterade GRB:er verkar korta eftersom strålarna av gammastrålar som kommer ut från den kollapsande stjärnans poler inte är tillräckligt starka för att helt undkomma stjärnan - nästan misslyckas med att producera en GRB - och att andra kollapsar stjärnor har så svaga jetstrålar att de inte producerar GRB alls.
Denna upptäckt kan också hjälpa till att förklara ett astronomiskt mysterium. Långa GRB är associerade med en specifik typ av supernova (kallad typ Ic-BL). Dock, astronomer observerar många fler av dessa supernovor än långa GRB. Denna upptäckt av den kortaste GRB som är associerad med en supernova antyder att några av dessa supernovaorsakade GRB:er maskerar sig som korta GRB:er som tros skapas av neutronstjärnesammanslagningar, och räknas därför inte som supernovatypen.
"Vår upptäckt tyder på att eftersom vi observerar många fler av dessa supernovor än långa gammastrålningskurar, de flesta kollapsande stjärnor misslyckas med att producera en GRB-jet som bryter igenom det yttre höljet av den kollapsande stjärnan, " förklarade Ahumada. "Vi tror att den här händelsen faktiskt var ett sus, en som var nära att inte hända alls."
Teamet kunde fastställa att denna GRB – identifierad som GRB 200826A – härrörde från en supernovaexplosion tack vare avbildningskapaciteten hos Gemini Multi-Object Spectrograph på Gemini North i Hawai'i. Forskarna använde Gemini North för att få bilder av GRB:s värdgalax 28, 45, och 80 dagar efter att GRB först upptäcktes den 26 augusti 2020 av ett nätverk av observatorier som inkluderade NASA:s Fermi Gamma-ray Space Telescope. Tvillingarnas observationer gjorde det möjligt för teamet att upptäcka den kontrollanta ökningen av energi som betyder en supernova, trots explosionens plats i en galax 6,6 miljarder ljusår bort.
"Detta var en komplicerad strävan eftersom vi behövde separera ljuset från en redan svag galax från ljuset från en supernova, " sa Ahumada. "Tvillingarna är det enda markbaserade teleskopet som kan göra uppföljningsobservationer som denna med ett tillräckligt flexibelt schema för att låta oss klämma in våra observationer."
Detta resultat visar att klassificering av GRB:er enbart baserat på deras varaktighet kanske inte är den bästa metoden, och att ytterligare observationer behövs för att fastställa en GRB:s orsak.
"Vi var ursprungligen på jakt efter sammanslagna neutronstjärnor, som tros producera korta gammastrålningskurar, " tillade Ahumada. "När vi upptäckte GRB 200826A, dock, vi insåg att denna explosion var mer sannolikt att orsakas av en kollapsande stjärnas supernova, vilket var en överraskning."
"Gemini-observatorierna fortsätter att kasta nytt ljus över naturen hos dessa otroliga explosioner som inträffar över det avlägsna universum, sa Martin Still, Gemini Program Officer på NSF. "Dedikerad instrumentering som kommer att användas under det kommande decenniet kommer att behålla Geminis ledarskap i uppföljningen av dessa imponerande kosmiska händelser."
