NASA:s Swift-satellit och AI blev avståndsmätare till avlägsnaste gammablixtarna

 

Astronomer använder numera AI för att mäta universums expansion.

Två nyligen genomförda studier under ledning av Maria Dainotti, gästprofessor vid UNLV:s Nevada Center for Astrophysics och biträdande professor vid National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), införlivade flera maskininlärningsmodeller för att lägga till en ny nivå av precision till avståndsmätningar till gammablixtar (GRB) vilka är de mest ljusstarka och våldsamma explosionerna i universum. Då gammablixtar är så ljusstarka kan de observeras på flera avstånd – även i utkanten av det synliga universum – och hjälper astronomer i deras strävan att finna de äldsta och mest avlägsna stjärnorna.

Men på grund av den nuvarande teknikens begränsningar är det endast en liten andel av de kända gammablixtarna som har de observationsegenskaper som behövs för att hjälpa astronomer att beräkna hur långt bort de finns.

– Den här forskningen  flyttar fram gränserna för både gammastrålningsastronomi och maskininlärning, beskriver Dainotti. "Uppföljande forskning och innovation kommer att hjälpa oss att uppnå ännu mer tillförlitliga resultat och göra det möjligt för oss att besvara några av de mest angelägna kosmologiska frågorna, inklusive de tidigaste processerna i universum och hur universum utvecklats över tid."

I en av studierna använde Dainotti och Aditya Narendra (sistaårsdoktorand) vid Polens Jagellonska universitet flera maskininlärningsmetoder (AI) för att exakt mäta avståndet till gammablixtar som observerats av rymdteleskopet Swift UltraViolet/Optical Telescope (UVOT) och Subaruteleskopet inklusive markbaserade teleskop. Mätningarna baserades enbart på icke avståndsrelaterade gammablixtegenskaper.

Forskningsresultatet publicerades den 23 maj i tidskriften Astrophysical Journal Letters. "Resultatet av studien är så exakt att vi med hjälp av förutspått avstånd kan bestämma antalet gammablixtar i en given volym och tid (kallad hastigheten), vilket är mycket nära de faktiska observerade uppskattningarna", beskriver Narendra.

I en annan studie ledd av Dainotti och internationella samarbetspartners som varit framgångsrik i att mäta gammablixtavstånd med maskininlärning (med hjälp av data från NASA:s Swift X-ray Telescope (XRT)) av efterglöd från så kallade långa gammablixtar. Gammablixtar tros förekomma av olika slag. Långa gammablixtar inträffar när en tung stjärna når slutet av sitt liv och exploderar i en spektakulär supernova. En annan typ, känd som korta gammablixtar, uppstår när resterna av stjärnor ex neutronstjärnor smälter samman genom gravitationen och kolliderar med varandra.

En tredje studie, publicerad den 21 februari i Astrophysical Journal Letters under ledning av astrofysikern Vahé Petrosian och Dainotti, användes Swift-röntgendata för att undersöka gammablixthastighet – på små relativa avstånd som inte följer stjärnbildningshastigheten.

Studien, som publicerades den 26 februari 2024 i The Astrophysical Journal, Supplement Series, uppskattar på ett tillförlitligt sätt avståndet till 154 långa gammablixtar för vilka avståndet var okänt tidigare och ökar avsevärt populationen av kända avstånd till denna typ av blixtrar.

Bild vikipedia på Swift-satelliten.

I ett åskväder uppstår gammastrålning.

 

Med hjälp av rymdteleskop Fermi (Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett rymdbaserat teleskop avsett för kosmisk gammaastronomi.)  har NASA upptäckt utbrott av gammastrålning (gammastrålning är joniserande strålning av fotoner.) – några av de mest energirika slagen i universum av åskväder. Gammastrålning kommer annars vanligtvis från objekt med extrem fysik som neutronstjärnor och svarta hål.

Åskväder bildas när varm, fuktig luft nära marken börjar stiga och möter kallare luft. När den varma luften stiger kondenserar fukt till vattendroppar. De uppåtgående vattendropparna stöter på nedåtgående iskristaller och skalar av elektroner vilket skapar en statisk laddning i molnet. Toppen av åskmolnet blir då positivt laddat och botten negativt laddat vilket kan liknas vid de två ändarna av ett batteri. Till slut byggs de motsatta laddningarna upp tillräckligt för att övervinna den omgivande luftens isolerande egenskaper och blixtar uppstår. När dessa blixtars elektroner stöter på luftmolekyler avges en markbunden gammablixt, vilket innebär att åskväder skapar några av de största energiformerna av ljus i universum.

Men det är inte allt. Ett åskväder kan också producera antimateria. Detta sker ibland genom att en gammastråle tränger in i en atom och producerar en elektron och en positron som är en elektrons antimateria motsats. Forskare misstänker att blixten i ett åskväder omkonfigurerar molnets elektriska fält. I vissa fall gör detta att elektroner kan rusa mot den övre delen av åskmolnet med nästan ljusets hastighet. Det gör åskväder till de mest kraftfulla naturliga partikelacceleratorerna på jorden!

Bild https://www.pickpik.com/

Första upptäckten av tunga grundämnen från en stjärnfusion

 

Ett team av forskare som använt flera rymd- och markbaserade teleskop, inklusive NASA:s James Webb Space Telescope, NASA:s Fermi Gamma-ray Space Telescope och NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory, föratt observera en exceptionellt ljusstark gammablixt, GRB 230307A och identifiera denna troligen neutronstjärnekollision som genererade explosionen och skapade utbrottet. Webbteleskopet upptäckte grundämnet tellur i explosionens efterdyningar.

Andra grundämnen nära tellur i det periodiska systemet – som jod, vilket behövs för mycket av livet på jorden – kommer sannolikt också att finnas bland denna kilonovas utkastade material. En kilonova är en explosion som åstadkoms av en neutronstjärna som smälter samman med antingen ett svart hål eller med en annan neutronstjärna. 

Drygt 150 år efter att Dmitri Mendelejev skrev ner det periodiska systemet är vi nu äntligen i stånd att börja fylla i de sista luckorna av förståelse av var grundämnen med hjälp av Webbteleskopets upptäckt, beskriver Andrew Levan vid Radboud University i Nederländerna och University of Warwick i Storbritannien som var huvudförfattare till studien.

Även om neutronstjärnkollisioner under lång tid i teorin så kallade "tryckkokare" ansetts skapa några av de mer sällsynta grundämnena. Grundämne som är betydligt tyngre än järn men som är svåra att förstå bakgrunden till.

Kilonovor är extremt sällsynta vilket gör det svårt att observera dessa fenomen. Korta gammablixtar som traditionellt ansetts vara de som varar mindre än två sekunder kan vara biprodukter av dessa sällsynta sammanslagningsepisoder (kilonovor). Långa gammablixtar pågå i flera minuter och är vanligtvis förknippade med en massiv stjärna som försvinner som en supernova.

Gammablixten GRB 230307A är särskilt anmärkningsvärd. Först upptäckt av Fermi Gamma-ray Space Telescope  i mars är den näst ljusstarkaste gammablixten som observerats under över 50 års observationer, cirka 1 000 gånger ljusare än en typisk gammablixt som Fermi observerar. Den varade i 200 sekunder, vilket placerar den i kategorin långvariga gammablixtar trots dess ursprung. 

Gammablixten verkar komma från två neutronstjärnor som smälter samman, beskriver Eric Burns, medförfattare till artikeln och medlem av Fermi-teamet vid Louisiana State University.

Studien har publicerats i tidskriften Natur.

Bild vikipedia. En bild av GRB 230307A den röda pricken på den övre delen till vänster är gammablixten. Galaxen på den nedre delen av bilden är där neutronstjärnkollisionen skedde och gammablixten uppstod.

Starkast oförklarat gammastrålutsläpp hittills från en pulsar.

 

Forskare som använder H.E.S.S.-observatoriet i Namibia har upptäckt den högsta gammastrålningskällan någonsin  från en slocknad stjärna och då av de en som kallas pulsar. Energin hos gammastrålarna klockade in vid 20 tera-elektronvolt, eller cirka tio biljoner gånger högre  energi än hos synligt ljus. Upptäckten är svår att förena med teorin om pulserande gammastrålar beskriver det internationella laget i tidskriften Nature Astronomy.

Pulsarer är den kvarvarande rester av stjärnor som exploderat som en supernova. Explosionerna lämnar efter sig en liten stjärna med en diameter på  cirka 20 kilometer, som roterar extremt snabbt och har ett enormt magnetfält. Dessa avsomnande stjärnor består nästan helt av neutroner beskriver H.E.S.S.-forskaren Emma de Oña Wilhelmi medförfattare till publikationen och som arbetar vid DESY Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY i Tyskland).  

Pulsarer avger roterande strålar av elektromagnetisk strålning och kan ses som kosmiska fyrar. Om deras strålar sveper över vårt solsystem ser vi blixtar av gammastrålning i jämna tidsintervaller. Vela-pulsaren, som ligger på södra himlen i konstellationen Vela (i fartygets segel) är den ljusstarkaste pulsaren i radiobandet i det elektromagnetiska spektrumet och den ljusast ihållande källan av kosmiska gammastrålning i giga-elektronvolt (GeV) -området. Den roterar ungefär elva gånger per sekund.

Men detta är inte slutet på historien: med hjälp av djupobservationer med H.E.S.S. har en ny strålningskomponent med ännu högre energi nu upptäckts, med energi på upp till tiotals tera-elektronvolt (TeV). Det är ungefär 10 000 gånger mer energirikt än all strålning som någonsin upptäckts tidigare från detta slag av objekt, beskriver medförfattaren till studien Christo Venter vid North-West University i Sydafrika.

Denna mycket höga energi uppträder vid samma fasintervall som den som observerats i GeV-området. Men för att uppnå dessa energier bör elektronerna behöva fara ännu längre inifrån pulsaren än från magnetosfären (viket är det som vi vet hittills är källan i en pulsar för gammastrålar) men rotationsemissionsmönstret måste förbli intakt.

Resultatet utmanar vår tidigare kunskap om pulsarer och kräver en omprövning av hur dessa naturliga acceleratorer fungerar, beskriver Arache Djannati-Atai från Astroparticle &; Cosmology (APC) laboratorium i Frankrike, som ledde forskningen.

Bild vikipedia på High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S,) observatoriet i Namibia varifrån upptäckten gjordes.

En gammablixt i vår Vintergata och vi försvinner från historien. Risken finns där.

En gammablixt innebär ett kort men oerhört kraftfullt utbrott av gammastrålning från en plats i universum och är den allra starkaste explosion som kan inträffa i universum (med undantag av Big Bang i tidens början). Vi kan se dessa blixtrar som existerar i några sekunder även om de sker miljarder ljusår från vår planet. Detta till skillnad från supernovors skarpa sken som varar i några månader.
  

Nu har forskare upptäckt en stjärna som när den dör kan skapa vår galax allra första gammablixt (som vi vet) . Den finns 800 ljusår bort och har fått namnet Apep efter en demon i egyptisk mytologi. Om Apep dör med en gammablixt slungas samma mängd energi ut under några sekunder som vår sol utsöndrar under sin tio miljarder år långa förväntade livstid. Forskare trodde att detta slag av blixtrar enbart skedde  i universums barndom och studeras därför miljarder ljusår bort i händelsekedjan.


”Man förväntar sig inte att hitta gammablixtar i vintergatan”, säger Felix Ryde som forskar i gammablixtar på KTH.  Men stjärnan ovan en döende stjärna ser exakt ut som den typen av stjärnor man antar är källan för gammablixtar. Om och när stjärnan exploderar i en gammablixt blir den under en kort stund den starkaste ljuskällan i hela universum.


 Stjärnans stora snabba solvindar sänder ut mängder av partiklar i ett svansliknande moln och gör att den roterar otroligt snabbt. Det är detta, tillsammans med hur kompakt den är, som gör att när stjärnan väl dör kan den utlösa en gammablixt.


Om så sker blir det en katastrof för Jorden. Blixten kan då slita av delar av vårt ozonlager och resultera i massutrotning på en oerhörd skala av liv på Jorden. Det finns teorier om att en av jordens stora massutrotningar den som skedde för 450 miljoner år sedan hade sin förklaring av en gammablixt som träffade Jorden.


 Men vi kan något vara säkra även om blixten kommer nu. Detta då en konliknande jetstråle (vilket blir formen av gammablixtrar) är väldigt smal och stjärnan är inte riktad mot oss (just nu) vilket gör att vi är någorlunda säkra i nutid. Men ingen vet om och när stjärnan exploderar i vilken riktning vi då har mot stjärnan och katastrofen.


Bild: Solsystemet Apep finns 800 ljusår bort och det är här risken för en framtida gammablixt finns. Foto: Peter Tuthill/University of Sydney/ESO publicerat i svt.se