Den 26 augusti, 2020, NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop upptäckte en puls av högenergistrålning som hade rusat mot jorden i nästan hälften av universums nuvarande ålder. Varar bara ungefär en sekund, det visade sig vara en för rekordböckerna – den kortaste gammastrålningsskuren (GRB) orsakad av döden av en massiv stjärna som någonsin setts.

GRB är de mest kraftfulla händelserna i universum, detekterbar över miljarder ljusår. Astronomer klassificerar dem som långa eller korta baserat på om händelsen varar i mer eller mindre än två sekunder. De observerar långa skurar i samband med döden av massiva stjärnor, medan korta skurar har kopplats till ett annat scenario.

"Vi visste redan att vissa GRB från massiva stjärnor kunde registreras som korta GRB, men vi trodde att detta berodde på instrumentella begränsningar, " sa Bin-bin Zhang vid Nanjing University i Kina och University of Nevada, Las Vegas. "Denna utbrott är speciell eftersom det definitivt är en kortvarig GRB, men dess andra egenskaper pekar på dess ursprung från en kollapsande stjärna. Nu vet vi att döende stjärnor kan producera korta skurar, för."

Namnet GRB 200826A, efter det datum det inträffade, utbrottet är föremål för två artiklar publicerade i Natur astronomi på måndag, 26 juli. Den första, ledd av Zhang, utforskar gammastrålningsdata. Den andra, ledd av Tomás Ahumada, en doktorand vid University of Maryland, College Park och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, beskriver GRB:s blekande multivåglängds efterglöd och det framträdande ljuset från supernovaexplosionen som följde.

"Vi tror att den här händelsen faktiskt var ett sus, en som var nära att inte hända alls, " sade Ahumada. "Även så, explosionen avgav 14 miljoner gånger den energi som frigjordes av hela Vintergatans galax under samma tid, vilket gör den till en av de mest energiska kortvariga GRB:erna som någonsin setts."

När en stjärna som är mycket mer massiv än solen får slut på bränsle, dess kärna kollapsar plötsligt och bildar ett svart hål. När materia virvlar mot det svarta hålet, en del av det försvinner i form av två kraftfulla jetstrålar som rusar utåt med nästan ljusets hastighet i motsatta riktningar. Astronomer upptäcker bara en GRB när ett av dessa jetstrålar råkar peka nästan direkt mot jorden.

Varje jetplan borrar genom stjärnan, producerar en puls av gammastrålar – den högsta energiformen av ljus – som kan vara i upp till minuter. Efter sprängningen, den störda stjärnan expanderar sedan snabbt som en supernova.

Korta GRB, å andra sidan, bildas när par av kompakta föremål – som neutronstjärnor, som också bildas under stjärnkollaps – spiral inåt under miljarder år och kolliderar. Fermi-observationer nyligen hjälpte till att visa att, i närliggande galaxer, gigantiska bloss från isolerade, supermagnetiserade neutronstjärnor maskerar sig också som korta GRB.

GRB 200826A var en kraftig explosion av högenergiutsläpp som varade i bara 0,65 sekunder. Efter att ha rest i eoner genom det expanderande universum, signalen hade sträckt ut sig till ungefär en sekund när den upptäcktes av Fermis Gamma-ray Burst Monitor. Händelsen dök också upp i instrument ombord på NASA:s vinduppdrag, som kretsar runt en punkt mellan jorden och solen som ligger cirka 930, 000 miles (1,5 miljoner kilometer) bort, och Mars Odyssey, som har kretsat runt den röda planeten sedan 2001. ESA:s (Europeiska rymdorganisationens) INTEGRAL-satellit observerade även explosionen.

Alla dessa uppdrag deltar i ett GRB-lokaliseringssystem som kallas InterPlanetary Network (IPN), som Fermi-projektet tillhandahåller all amerikansk finansiering. Eftersom skuren når varje detektor vid något olika tidpunkter, vilket par som helst kan användas för att begränsa var på himlen det inträffade. Cirka 17 timmar efter GRB, IPN minskade sin plats till en relativt liten del av himlen i stjärnbilden Andromeda.

Genom att använda Zwicky Transient Facility (ZTF) som finansieras av National Science Foundation vid Palomar Observatory, teamet skannade himlen efter förändringar i synligt ljus som kunde kopplas till GRB:s bleknande efterglöd.

"Att genomföra den här sökningen är som att försöka hitta en nål i en höstack, men IPN hjälper till att krympa höstacken, sa Shreya Anand, en doktorand vid Caltech och en medförfattare på efterglödpapperet. "Av fler än 28, 000 ZTF-larm första natten, bara en uppfyllde alla våra sökkriterier och dök också upp inom den himmelsregion som definierades av IPN."

Inom en dag efter explosionen, NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory upptäckte blekande röntgenstrålning från samma plats. Ett par dagar senare, variabel radioemission upptäcktes av National Radio Astronomy Observatorys Karl Jansky Very Large Array i New Mexico. Teamet började sedan observera efterglöden med en mängd markbaserade anläggningar.

Att observera den svaga galaxen i samband med explosionen med hjälp av Gran Telescopio Canarias, ett 10,4-meters teleskop vid Roque de los Muchachos-observatoriet på La Palma på Spaniens Kanarieöarna, teamet visade att det tar 6,6 miljarder år för dess ljus att nå oss. Det är 48% av universums nuvarande ålder på 13,8 miljarder år.

Men för att bevisa att detta korta utbrott kom från en kollapsande stjärna, forskarna behövde också fånga den framväxande supernovan.

"Om explosionen orsakades av en kollapsande stjärna, sedan när efterljuset försvinner borde det ljusna igen på grund av den underliggande supernovaexplosionen, sa Leo Singer, en Goddard-astrofysiker och Ahumadas forskningsrådgivare. "Men på dessa avstånd, du behöver ett mycket stort och mycket känsligt teleskop för att plocka ut ljuspunkten från supernovan från bakgrundsbländningen från dess värdgalax."

För att genomföra sökningen, Singer fick tid på det 8,1 meter långa Gemini North-teleskopet på Hawaii och användningen av ett känsligt instrument som kallas Gemini Multi-Object Spectrograph. Astronomerna avbildade värdgalaxen i rött och infrarött ljus med början 28 dagar efter explosionen, upprepa sökningen 45 och 80 dagar efter händelsen. De upptäckte en nära-infraröd källa - supernovan - i den första uppsättningen observationer som inte kunde ses i senare.

Forskarna misstänker att denna explosion drevs av jetplan som knappt kom ut från stjärnan innan de stängdes av, istället för det mer typiska fallet där långvariga jetstrålar bryter ut ur stjärnan och färdas avsevärda avstånd från den. Om det svarta hålet hade avfyrat svagare strålar, eller om stjärnan var mycket större när den började kollapsa, det kanske inte fanns någon GRB alls.

Upptäckten hjälper till att lösa ett långvarigt pussel. Medan långa GRB:er måste kopplas till supernovor, astronomer upptäcker ett mycket större antal supernovor än de gör långa GRB. Denna skillnad kvarstår även efter att ha tagit hänsyn till det faktum att GRB-jets måste tippa nästan in i vår siktlinje för att astronomer överhuvudtaget ska kunna upptäcka dem.

Forskarna drar slutsatsen att kollapsande stjärnor som producerar korta GRB:er måste vara marginella fall vars ljushastighetsstrålar vikar på gränsen till framgång eller misslyckande, en slutsats som överensstämmer med uppfattningen att de flesta massiva stjärnor dör utan att producera jetstrålar och GRB alls. Mer allmänt, detta resultat visar tydligt att en skurs varaktighet ensam inte unikt indikerar dess ursprung.