Forskare som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – ett internationellt observatorium som samarbetas av U.S. National Science Foundations National Radio Astronomy Observatory (NRAO) – har för första gången registrerat millimetervåglängdsljus från en brinnande explosion orsakad av sammanslagning av en neutronstjärna med en annan stjärna. Teamet bekräftade också att denna ljusblixt var en av de mest energiska kortvariga gammastrålningsskurarna som någonsin observerats, och lämnade efter sig en av de mest självlysande efterglöden som någonsin registrerats. Resultaten av forskningen kommer att publiceras i en kommande upplaga av The Astrophysical Journal Letters .

Gammastrålningskurar (GRB) är de ljusaste och mest energiska explosionerna i universum, som kan avge mer energi på några sekunder än vad vår sol kommer att avge under hela sin livstid. GRB 211106A tillhör en GRB-underklass som kallas kortvariga gammastrålningskurar. Dessa explosioner - som forskare tror är ansvariga för skapandet av de tyngsta elementen i universum, såsom platina och guld - är resultatet av den katastrofala sammansmältningen av binära stjärnsystem som innehåller en neutronstjärna. "Dessa sammanslagningar uppstår på grund av gravitationsvågstrålning som tar bort energi från binärstjärnornas omloppsbana, vilket får stjärnorna att spiralera in mot varandra", säger Tanmoy Laskar, som snart kommer att börja arbeta som biträdande professor i fysik och astronomi vid University of Utah. "Den resulterande explosionen åtföljs av jetstrålar som rör sig nära ljusets hastighet. När en av dessa jetstrålar pekar mot jorden observerar vi en kort puls av gammastrålning eller en kortvarig GRB."

En kortvarig GRB varar vanligtvis bara några tiondelar av en sekund. Forskare letar sedan efter en efterglöd, en ljusemission som orsakas av strålarnas interaktion med omgivande gas. Ändå är de svåra att upptäcka; endast ett halvdussin kortvariga GRB har detekterats vid radiovåglängder, och hittills har ingen detekterats i millimetervåglängder. Laskar, som ledde forskningen medan han var Excellence Fellow vid Radboud University i Nederländerna, sa att svårigheten är det enorma avståndet till GRB och teleskopens tekniska kapacitet. "Kortvariga GRB-efterglöd är mycket lysande och energiska. Men dessa explosioner äger rum i avlägsna galaxer vilket innebär att ljuset från dem kan vara ganska svagt för våra teleskop på jorden. Före ALMA var millimeterteleskop inte tillräckligt känsliga för att upptäcka dessa efterglöd. "

På ungefär 20 miljarder ljusår från jorden är GRB 211106A inget undantag. Ljuset från denna kortvariga gammastrålning var så svag att även om tidiga röntgenobservationer med NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory såg explosionen, var värdgalaxen oupptäckbar vid den våglängden, och forskare kunde inte avgöra exakt var explosionen kom från. "Efterglödljus är viktigt för att ta reda på vilken galax en explosion kommer från och för att lära sig mer om själva explosionen. Till en början, när endast röntgenmotsvarigheten hade upptäckts, trodde astronomer att denna explosion kan komma från en närliggande galax." sa Laskar och tillade att en betydande mängd damm i området också skymde objektet från upptäckt i optiska observationer med Hubble Space Telescope.

Varje våglängd gav en ny dimension till forskarnas förståelse av GRB, och i synnerhet millimeter var avgörande för att avslöja sanningen om explosionen. "Hubble-observationerna avslöjade ett oföränderligt fält av galaxer. ALMA:s oöverträffade känslighet gjorde det möjligt för oss att fastställa platsen för GRB i det fältet med mer precision, och det visade sig vara i en annan svag galax, som ligger längre bort. Det i sin tur , betyder att denna kortvariga gammastrålning är ännu mer kraftfull än vi först trodde, vilket gör den till en av de mest lysande och energiska som någonsin har gjorts, säger Laskar.

Wen-fai Fong, biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwestern University tillade:"Denna korta gammastrålning var första gången vi försökte observera en sådan händelse med ALMA. Efterglöd för korta skurar är mycket svåra att få tag på, så det var spektakulärt att fånga denna händelse som lyser så starkt. Efter många år av att observera dessa skurar, öppnar denna överraskande upptäckt upp ett nytt område att studera, eftersom det motiverar oss att observera många fler av dessa med ALMA, och andra teleskoparrayer, i framtida."

Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer för NRAO/ALMA sa:"Dessa observationer är fantastiska på många nivåer. De ger mer information för att hjälpa oss att förstå de gåtfulla gammastrålningsskurarna (och neutronstjärnas astrofysik i allmänhet), och de visar hur viktiga och komplementära flervåglängdsobservationer med rymd- och markbaserade teleskop är för att förstå astrofysiska fenomen."

Och det finns mycket arbete kvar att göra över flera våglängder, både med nya GRB:er och med GRB 211106A, vilket kan avslöja ytterligare överraskningar om dessa skurar. "Studien av kortvariga GRB:er kräver snabb koordinering av teleskop runt om i världen och i rymden, som fungerar på alla våglängder", säger Edo Berger, professor i astronomi vid Harvard University.

"I fallet med GRB 211106A använde vi några av de mest kraftfulla teleskopen som finns tillgängliga - ALMA, National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), NASA:s Chandra X-ray Observatory och Hubble Space Telescope. nu i drift James Webb Space Telescope (JWST), och framtida 20–40 meter optiska och radioteleskop som nästa generations VLA (ngVLA) kommer vi att kunna producera en komplett bild av dessa katastrofala händelser och studera dem på oöverträffade avstånd. "

Laskar tillade:"Med JWST kan vi nu ta ett spektrum av värdgalaxen och enkelt veta avståndet, och i framtiden kan vi också använda JWST för att fånga infraröda efterglöd och studera deras kemiska sammansättning. Med ngVLA kommer vi att kunna att studera den geometriska strukturen hos efterglöden och det stjärnbildande bränslet som finns i deras värdmiljöer i oöverträffad detalj. Jag är exalterad över dessa kommande upptäckter inom vårt område." + Utforska vidare

Hawaii-teleskop hjälper till att avslöja ursprunget till försvunna gammastrålningsskurar