En explosion då en neutronstjärnas kraschade en stjärna har för första gången detekterats i millimetervåglängdljus

 

För första gången har forskare registrerat i millimetervåglängdsljus en explosion orsakad av sammanslagningen av en neutronstjärna med en annan stjärna ( en annan stjärna innebär att det inte var en sammanslagning med en annan neutronstjärna).

Det var vid Northwestern University och Radboud University i Nederländerna  teamet fanns som bekräftade denna explosion som en av de mest energirika kortvariga gammablixtar (GRB) som någonsin observerats och som lämnade efter sig en av det mest lysande efterglöd som någonsin registrerats.

Astrofysiker gjorde upptäckten med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett internationellt observatorium som drivs av National Science Foundations National Radio Astronomy Observatory (NRAO). ALMA-observatoriet ligger i Atacamaöknen på hög höjd i Chile och består av 66 radioteleskop, vilket gör det till det största radioteleskopet i världen. Se foto  från vikipedia på  hur Alma-teleskopanläggningen såg ut 2012.

"Den här korta gammablixten var den första gången vi observerade en sådan händelse med ALMA", säger Wen-fai Fong, huvudforskare för ALMA-programmet i Northwestern. Efterglöd efter korta gammablixtrar är väldigt svåra att registrera så det var spektakulärt att se den här händelsen och dess starka sken. Efter att i många år ha observerat  skurar av kortvariga gammablixtar öppnar denna överraskande upptäckt ett nytt studieområde och motiverar oss att söka  fler av dessa med hjälp av ex ALMA säger Wen-fai Fong.

De ljusstarkaste och mest energirika explosionerna i universum är just dessa GRB:s. De kan avge mer energi på några sekunder än vår sol kommer att avge under hela sin livstid. I den nya studien undersökte astrofysiker GRB 211106A (namnet på denna gammablixt) som tillhör en GRB - underklass som kallas kortvariga gammablixtar. Dessa utbrott skapar de tyngsta elementen i universum, såsom platina och guld och dessa explosioner är resultatet av en katastrofal sammanslagning av binära stjärnsystem som innehåller minst en neutronstjärna.

"Dessa sammanslagningar är även källor till gravitationsvågor vilket gör dem till de främsta kosmiska källorna som kan observeras av gravitationsvågsobservationer och i ljusvåglängder", sa Fong. "Medan denna GRB inte observerades av något gravitationsvågsobservatorium kunde vi likväl mobilisera flera observatorier för att fånga dess ljus i millimeters-, radio- och röntgenvåglängderna."

Dessa sammanslagningar av en neutronstjärna och en ordinär stjärna uppstår på grund av gravitationsvågor som tar bort energi från de binära stjärnornas bana vilket får stjärnorna att i spiralform närma sig varandra och slutligen kollidera, säger studiens huvudförfattare Tanmoy Laskar, en Excellence Fellow vid Radboud University. Explosionen åtföljs då av strålning som rör sig med nära ljusets hastighet. När något av denna strålning har riktning mot jorden observerar vi en kort puls av gammastrålning (en kortvarig GRB). En kortvarig GRB varar vanligtvis bara några tiondelar av en sekund. Efter att den avtaget letar forskare efter efterglöd ett strålningsutsläpp orsakat av jetstrålars interaktion med omgivande gas.

Då GRB är mycket kortvariga är de svåra att upptäcka. Endast ett halvt dussin kortvariga GRB har detekterats vid radiovåglängder och hittills hade ingen detekterats på millimetervåglängd. "Millimetervåglängden kan berätta om densiteten i miljön runt GRB", säger Schroeder, studieförfattare och doktorand i Fongs forskargrupp och tillägger.

"Och i kombination med röntgenstrålning kan det visa explosionens energi. Detta då emission vid millimetervåglängder kan detekteras under en längre tid än i röntgenstrålfält. Millimeteremissionen också användas till att bestämma bredden på GRB-utkastet.

"Det som gör GRB 211106A så speciell är att det inte bara är det första kortvariga GRB som vi upptäckt i denna våglängd (millimetervåglängd) utan också att millimeter- och radiodetektering gjorde att vi även kunde mäta strålens öppningsvinkel", tillägger Rouco Escorial, studieförfattare och postdoktor i CIERA.

 GRB 211106A inträffade när universum bara var 40 % av sin nuvarande ålder och ljuset var svagt. Även om NASA: s Neil Gehrels Swift Observatory upptäckte explosionen under röntgenobservation av skyn var galaxen där detta skedde omöjlig att upptäcka på den våglängden, vilket gjorde att forskare inte kunde avgöra exakt var explosionen inträffat.

NASA:s rymdteleskop Hubble upptäckte optiskt och infrarött ljus från galaxen medan ALMA upptäckte millimeterljus från efterglöden. Varje våglängd tillförde en ny dimension till forskarnas förståelse av detta GRB och i synnerhet millimetervåglängdstrålningen var avgörande för att avslöja mer om explosionen.

Forskningsresultatet kommer enligt forskarna att publiceras i ett kommande nummer av Astrophysical Journal Letters.