Överraskande gammastrålning kom bortom vår galax

 

Gammastrålning eller γ-strålning är fotonstrålning så kallad joniserande strålning av fotoner.

Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett rymdbaserat teleskop avsett för kosmisk gammaastronomi.

Astronomer som analyserat 13 års data från NASA:s rymdteleskop Fermi har upptäckt en oväntad och ännu oförklarlig händelse utanför vår galax.

Det var en helt slumpartad upptäckt, beskriver Alexander Kashlinsky, kosmolog vid University of Maryland och NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt som beskrev upptäckten vid American Astronomical Societys 243:e möte i New Orleans. Vi hittade en mycket starkare signal på en annan del av himlen, än den vi letade signaler på, beskrev han.

Intressant nog finns gammastrålningssignalen i en liknande riktning och med en nästan identisk magnitud som en annan oförklarlig egenskap, en som produceras av några av de mest energirika kosmiska partiklar som någonsin upptäckts (i form av de första atomernas ljus).

Teamet letade efter en gammastrålningsegenskap relaterad till CMB (kosmisk mikrovågsbakgrund), det äldsta ljuset i universum. Forskare säger att CMB uppstod när det heta, expanderande universum hade svalnat tillräckligt för att bilda de första atomerna, en händelse som frigjorde en explosion av ljus som för första gången kunde tränga ut kosmos. Utsträckt av den efterföljande expansionen av rymden under de senaste 13 miljarder åren, upptäcktes detta ljus först i form av svaga mikrovågor över hela himlen 1965. 

Forskarlaget ansåg att genom att lägga ihop många års data från Fermis LAT (Large Area Telescope), teleskopet som skannar hela himlen flera gånger dagligen kunde ett relaterat dipoleantennmönster upptäckas i gammastrålningen. Tack vare relativitetsteorins effekter bör gammastrålningsdipolen förstärkas med så mycket som fem gånger jämfört med de för närvarande detekterade CMB:erna.

Forskarna kombinerade 13 års Fermi LAT-observationer av gammastrålning över cirka 3 miljarder elektronvolt (GeV); Som jämförelse har synligt ljus energier mellan cirka 2 och 3 elektronvolt. De tog bort alla upplösta och identifierade källor och skalade bort Vintergatans centralplan för att analysera den extragalaktiska gammastrålningsbakgrunden.

"Vi hittade en gammastråldipol,  dess topp ligger på den södra himlen, långt från CMB:s, och dess magnitud är 10 gånger större än vad vi skulle förvänta oss genom vår rörelse med jorden", beskriver medförfattaren Chris Shrader, astrofysiker vid Catholic University of America i Washington och vid Goddard. "Även om det inte var vad vi letade efter misstänker vi att det kan vara relaterat till det vi sökte. Forskarna tror att  de två fenomenen är kopplade till varandra – att ännu oidentifierade källor producerar både gammastrålning och partiklar. För att lösa denna kosmiska fråga måste astronomer antingen lokalisera dessa mystiska källor eller föreslå alternativa förklaringar till båda egenskaperna. Något man hoppas kunna i framtiden.

En artikel som beskriver ovan fynd publicerades onsdagen den 10 januari i The Astrophysical Journal Letters.

Bild vikipedia NASA:s guide till elektromagnetiskt spektrum som visar överlappning av frekvens mellan röntgen- och gammastrålar.

Mystisk otroligt stark energikälla undersöks av astronomer

 

Astronomer vid University of Maryland och Michigan Technological University har inspekterat en mystisk gammastrålningskälla med ultrahög energi som kallas LHAASO J2108 + 5157.

Källor som avger gammastrålning med fotonenergier mellan 100 GeV och 100 TeV kallas mycket höga VHE (very-high energy) gammastrålkällor medan de med fotonenergier över 0,1 PeV kallas UHE (ultra-high energy ) gammastrålkällor. Ursprunget till dessa källor är inte helt förstått. Astronomer söker ständigt efter nya objekt av denna typ för att karakterisera dem med syftet att förstå mer av deras egenskaper.

Ett team av astronomer under ledning från University of Marylands och där astronom Sajan Kumar bestämdes att se närmre på en sådan UHE gammastrålningskälla betecknad LHAASO J2108 + 5157. Det är en punktliknande källa med en förlängning av mindre än 0,39 grader, känd som associerad med molekylmolnet [MML2017] 4607  cirka 10700 ljusår bort från oss.

Vid tidigare observation av LHAASO J2108 + 5157 upptäcktes ingen röntgenkälla (något som brukar vara källan till gammastrålning)  det visade sig att den närmaste röntgenkällan till denna är den förmörkande binära RX J2107.3 + 5202 med separation av cirka 0,3 grader. Med tanke på att inga kraftfulla pulsarer eller supernovarester hittills har detekterats i närheten av LHAASO J2108 + 5157 är det svårt att bestämma ursprunget till dess gammastrålning.

Kumars team observerade LHAASO J2108 + 5157 med hjälp av Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) och High-Altitude Water Cherenkov Observatory objektet  med syftet att förstå mer av  UHE-gammastrålarna därifrån.

Observationerna visade inga signifikanta utsläpp av röntgen nära positionen för LHAASO J2108 + 5158. Astronomerna utförde också spektralanalyser på det cirkulära området med radien 0,09 grader runt positionen för LHAASO J2108 + 5157, och mätte differentiella flödesgränser vid 1,0, 3,98 och 15,38 TeV energi.

De erhållna övre gränserna utesluter en hadronic model och föreslår en leptonic model för utsläpp för att förklara TeV till hundratals TeV-energi. Forskarna noterade dock att ett tidigare ej upptäckt molekylmoln nyligen har identifierats i närheten av LHAASO J2108 + 5157, vilket kastar mer ljus över ursprunget till den observerade gammastrålningen. 

Morfologin hos detta moln korrelerar starkt med LHAASO J2108 + 5157 gammastrålningsemission på upp till 2 GeV från Fermi-LAT och emission detekterad av LHAASO. 

 Detta gör det mer troligt att gammastrålarna förklaras bäst utifrån en hadronic model med molekylmoln som slutmål till de kosmiska strålpartiklarna som accelereras av oidentifierade pevatroner. 

Resultaten av studien publicerades den 31 augusti på förtrycksservern arXiv.

Bild vikipedia NASA-guide till elektromagnetiskt spektrum som visar överlappning i frekvens mellan röntgenstrålar och gammastrålar.

Fermibubblor är kanske inte skyldiga till mystiska gammastrålningsutkast från ett svart hål

 

Fermibubblorna kan enligt många forskare tills nu vara relaterade till utsläpp av stora mängder energi som emitteras från det supermassiva svarta hålet i mitten av vår Vintergata. Vi vet att i andra galaxer kan supermassiva svarta hål som intar stora mängder materia driva ut högenergistrålning. Det är möjligt enligt många forskare att Vintergatans centrala svarta hål gick igenom en sådan fas tidigare och producerade jetstrålar som nu har lämnat de spår vi kallar Fermi Bubbles vi ser idag.

Gammastrålning eller γ-strålning är fotonstrålning, joniserande strålning av fotoner. Gammastrålning är den mest genomträngande form av strålar som förekommer i samband med radioaktivitet. Gammastrålning ingår i den kosmiska strålningen.

Fermi-bubblor upptäcktes första gången 2010. De är gigantiska bubblor av högenergigas som kommer från det galaktiska centrumet som sträcker sig över och under det galaktiska planet i galaxen med en omkrets av 50000 ljusår och expanderar med en hastighet av miljontals km i timmen. Vad som  skapade dem vet vi inte. Vintergatans supermassiva svarta hål är den tills nu ledande kandidaten till förklaring på dessa sedan miljontals år sedan skapade bubblor vilka sedan dess  rört sig utåt från en okänd källa (om vi inte ska acceptera det svarta hålet som källa rakt av) sedan dess.

 Fermi-bubblornas strålning är inte jämnt fördelad. I synnerhet finns det vad som beskrivs som en "kokong" av nyaccelererade kosmiska strålar i södra loben av Vintergatan, enligt en analys från 2011 som en del i superbubbelmiljön.

Nyligen har ett team av astronomer med ledning av astrofysiker Roland Crocker vid Australian National University i Australien lagt märke till något intressant då det nyligen upptäcktes en gammablixt i närheten av Vintergatan (inte i Vintergatan).

Ursprunget till dessa bubblor ses nu inte vara från Vintergatans svarta hål utan tros nu istället vara millisekundpulsarer i en liten dvärggalax som kretsar kring Vintergatan.

Upptäckten får konsekvenser för vår förståelse av Fermi-bubblornas källa men kan även få en inverkan på bredare forskningsområden såsom i sökandet efter mörk materia.

”Kokongens” (se ovan) placering sammanfaller direkt med placeringen av ett annat objekt – kärnan i Skyttens dvärgsfäroidgalax, en satellitgalax till Vintergatan som håller på att slitas isär och inordnas i Vintergatan.

Men det blir än mer intressant. ”Kokongen” och satellitgalaxen har också liknande form och orientering i rummet. Dock finns det möjliga felmarginaler i mätningsresultaten.

Om du ser något som avger gammastrålning i en större gammastrålningsstruktur är det förmodligen naturligt att anta att de två är relaterade. Men två saker med liknande form och inriktningar som ligger direkt i vår siktlinje som avger detta är märkligt.

Inte omöjligt dock. Men då måste det finnas en sannolik förklaring - till exempel en koppling mellan dessa två objekt (en koppling vi inte förstår i dag).

Forskarna bestämde sig för att undersöka kokongen för att se om dvärggalaxen möjligen kunde vara en alternativ förklaring till gammastrålningen som observerats däri.

De modellerade emissionen med en rad förklaringar (teorier)  inklusive kokongen inom bubblan och satellitgalaxen, och fann att satellitgalaxen med ganska stor trolighet var den mest troliga sändaren av gammastrålning i Fermibubble-kokongen.

Nästa fråga var naturligtvis varför det kunde ske. I Vintergatan genereras gammastrålar övervägande av kollisioner mellan kosmiska strålar och gas i det interstellära mediet.

Detta är inte möjligt  i denna satellitgalax. Den mindre satellitgalaxen faller genom gravitationen  in i Vintergatan och har gjort det under en tid; av troligen 2 till 3 miljarder år.

Inte heller har några massiva, kortlivade stjärnor försvunnit här som supernovor (inga spår av sådana skeenden finns här och därmed har inga stora kollisioner eller explosioner skett).

Den mest troliga förklaringen enligt teamet är därför millisekunders pulsarer. Neutronstjärnor (de kollapsade, ultratäta kärnorna av döda massiva stjärnor) med extremt snabba rotationshastigheter, på millisekundskalor; när de snurrar avger de strålar från sina poler - inklusive gammastrålning. Dessa skulle vara kompatibla med de senaste episoderna av stjärnbildning i satellitgalaxen och ha samma rumsliga fördelning som resten av stjärnpopulationen.

Detta fynd tyder på att dvärgsfäroidgalaxer som denna  kan producera mer gammastrålning än förväntat. 

I så fall kan de förvirra sökning efter signaler från mörk materia varav sökning här innebär sökningar efter ett överskott av gammastrålning som emitteras när partiklar av mörk materia och antipartiklar ömsesidigt förintar varandra.

Forskarna anser att resultatet av studien ovan  ger incitament till närmare undersökningar av små, svaglysande galaxer, för att se om vi behöver revidera vår förståelse av dvärgsfäroidgalaxer och de gamla populationer av stjärnor  de innehåller.

Forskningen utifrån ovan har nyligen publicerats i Nature Astronomy.

Bild flickr.com "Using data from NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope, scientists have recently discovered a gigantic, mysterious structure in our galaxy. This never-before-seen feature looks like a pair of bubbles extending above and below our galaxy's center".

Astronomer har upptäckt en ny ultrahögenergi gammastrålningskälla.

 

Källor som avger gammastrålning innehållande  fotonenergi mellan 100 GeV och 100 TeV kallas högenergikällor /eller starka (VHE) gammastrålningskällor) medan de med fotonenergier över 0,1 PeV kallas ultrahögenergiska (UHE) gammastrålningskällor. Källornas karaktär är dock fortfarande inte helt förstådd.

Därför söker astronomer ständigt efter nya objekt av denna typ för att bättre förstå   mer om deras allmänna egenskaper.

Senast har ett team  astronomer med ledning av Zhen Cao från CAS ( Canterbury Astronomical Society på Nya Zeland) hittat en ny källa av denna typ. Detta med hjälp av Kinas LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory). 

Källans beteckning är LHAASO J0341+5258  och upptäcktes under en obervationskampanj mellan december 2019 och november 2020. Observationen visade att LHAASO J0341+5258 är en utökad källa med en vinkelstorlek på cirka 0,29 grader. Gammastrålningsutsläppet från källan når värden på nästan 200 TeV (0,2 PeV).

 

Resultaten visar även att det integrerade energiflödet av gammastrålningsutsläpp från LHAASO J0341+5258 är över 25 TeV vilket är cirka 20 procent av flödet från Krabbnebulosan där källan finns.

Dessutom konstaterades det att LHAASO J0341+5258  position sammanfaller med en annan känd GeV gamma-ray källa 4FGL J0340.4+5302. Forskarna utgår därför att båda källorna kan ha samma ursprung.

Forskarna tillägger även att energiflödet kan ha ett hadron  ursprung då det gäller UHE-utsläppet från LHAASO J0341+5258  och kan tolkas som ett "eko" från molekylära moln. Då är vi inne i kvarkvärlden och dess teorier 

Möjligen kan  resultatet av interaktioner mellan protoner och täta gasregioner i närheten av en gammal supernovarester även vara förklaringen till energiutkasten. Ingen vet i dag.

Bild från  https://phys.org/news/2021-07-astronomers-ultra-high-energy-gamma-ray-source.html  som visar citat ”Signifikanskartan över LHAASO J0341+5258 över 25 TeV. Den gröna cirkeln markerar positionen 4FGL J0340.4+5302, och det blå korset markerar positionen för pulsar PSR J0343+5312. Kredit: Cao et al., 2021”

Efter 20 år har mysteriet med gammastrålningskällan avslöjats

 

Det var för två decennier sedan en gammastrålningskälla hittades som fick namnet PSR J1653-0158 . Man förundrades då och fram till nu av varifrån dess regelbundna gammaskurar hade sin källa. Den uppförde sig som en pulsar men inget kunde hittas som förklarade vad som sände ut dessa strålar.

Nu först har en internationell forskargrupp identifierat källan till gammastrålarna som en tung neutronstjärna med en medföljande stjärna av mycket låg densitet som kretsar runt den. Källan var därmed något man redan misstänkte en neutronstjärna som var en pulsar. Svårigheten att finna den (min anm.) berodde troligen på den lågmassastjärna som medföljde och dolde neutronstjärnan med sitt sken.

Det var med hjälp av nya dataanalysmetoder som kördes med cirka 10000 grafikkort i forskningsprojektet/där tusentals frivilliga amatörer hjälpt till lösningen hittades och det bekräftades vad man trott. (Einstein@Home).  

Bekräftandet av neutronstjärnans existens och dess regelbundet pulserande gammastrålning. Insamlingsdatan kom från från NASA:s Fermi-satellit. Neutronstjärnan snurrar runt sin egen axel i en hastighet av 30 000 varv/min, vilket gör den till en av de snabbast roterande stjärnor vi känner till.

Med detta Jag (min anm.) ser man här ytterligare ett projekt där en rymdintresserad allmänhet kunnat hjälpa till. Det är bra att dessa möjligheter ökat genom datoriseringen.

Bild från vikipedia på en modell av hur en neutronstjärna ser ut.

Tre utbrott på 40 år men otroligt energirika och korta. Välkommen till en magnetar.

Tre gånger under de senaste 40 åren har mycket kraftfulla gammastrålningsfacklor bombarderat vår plats i rymden. Det är dock inga farliga utbrott för oss. Dess varaktighet är enbart ungefär en tiondel av en sekund. Vi kan kanske säga att vi har haft tur som upptäckt tillfällena.


Men de är mycket mer kraftfulla utbrott av strålning mot den som vi kan uttrycka vanliga gammastrålningen i bakgrunden i universum.


Första utslaget vi upptäckte med våra instrument skedde den 5 mars 1979 så det är inga vanliga händelser därefter har det upptäckts ytterligare två utbrott.

Utbrotten kommer från  magnetarer vilka snurrande sänder ut enormt mycket energi efter några okända omvälvande händelser i dess inre.

En magnetar är en neutronstjärna med ett mycket starkt magnetfält cirka 1000 gånger starkare än hos en ordinär neutronstjärna. Nu har astrofysiker en ny teori om vad dessa omvälvande händelser är.  

Man tror att utbrotten beror på spänningar som har byggts upp i magnetarernas komplexa magnetfält. Det går till viss del att jämföra med jordskalv på jorden då neutronstjärnor har en fast skorpa som (tror man) spricker under utbrotten.

 Under dessa utbrott frigörs stora mängder gammastrålning (från dess inre) elektroner och positroner får fri fart  vilket resulterar i en extremt energirik strålning under en bråkdels sekund följt av en avtagande mängd strålning (troligen sluts sprickan snabbt igen därav den korta tid utbrottet sker, vi ska komma ihåg att neutronstjärnor är slutstadiet av en stjärna där neutroner är hårt packade samman innebärande att en kubikcentimeter materia vägen 1 miljard ton min anm)

För att läsa mer om den forskning som bedrivits om fenomenet se här.

Bild från vikipedia på uppbyggnaden av en neutronstjärna. En magnet är troligast likartat uppbyggd men här sker något som ger utbrott enligt ovan vilket enligt mig bör teoretiskt ge tanken att alla neutronstjärnor potentiellt är möjliga att bli magnetarer.

Mysteriet mystiska Gammastrålningskällan från centrala Vintergatan är löst

En signal bestående av gammastrålning från centrala Vintergatan har länge förbryllat astronomer. Källan har sökts länge.

Under en längre tid ansågs den komma från mörk materia. Hur och varför kunde man däremot inte förstå.

Astronomer från ANU  i Australien tillsammans med forskningsinstitutioner i Förenta staterna, Nya Zeeland och Tyskland genomförde en ny studie som leddes av Virginia Tech i USA. Detta med hjälp av Rymdteleskopet Fermi Gamma-Ray  vilket  ligger i en låg omloppsbana kring jorden sedan 2008 och vilket  har gett forskare de tydligaste bilderna någonsin av gammastrålning från rymden.

Resultatet blev att källan i Vintergatans centrum nu hittats.

 Det är snabbt roterande tio miljarder år gamla neutronstjärnor i tusental som är källan. De sänder ut denna signal av gammastrålning gemensamt i tidsintervall. Den mörka materian är därmed oskyldig och gäckar fortfarande vetenskapen i det fördolda.

Bilden är på Fermi Gamma-ray Space Telescope teleskopet som varit till stor hjälp i sökandet efter källan nämnd ovan

Gammakällan PKS 1441+25 en kvasaren 7 miljarder ljusår bort vilkens gammastrålning inte möter motstånd på vägen hit.

En kvasar är en överaktiv stjärna vars strålning och ljus är så stark att det inte går att se själva galaxen den finns i. Först med adaptiv teknik och CDD-teknik har den galax vars centrum kvasaren behärskar kunnat ses.

Kvasarens centrum är ett svart hål. Stoft och gas faller in i hålet samtidigt  försvinner andra gaser från hålet.  Denna process gör att starkt strålning sänds ut över och under hålet. Det blir själva ljuskällan  Den starka gammastrålningen exempelvis.

I fallet ovan med nämnda kvasar PKS 1441+25 är det den höga gammastrålning som inte verkar minska på vägen till jorden som förvånar. Låg gammastrålning är vad man trott skulle kunna gå fram utan större energiförlust genom rymdens fotoner. Men inte stark.

En annan sak som förvånar från denna avlägsna källa är att gammastrålningen även bildas långt från det svarta hålet här. Vad är källan eller anledningen till det? Det är ingen vanlig kvasarkälla vi upptäckt här.

En lösning på ej minskad gammastrålning på vägen hit från just denna källa kan vara att fotondimman här är mindre mellan oss och denna kvasar  än på andra platser i rymden. Men varför,  avståndet är enormt för en slump.

Lösningen på att strålningen kommer en bit från hålet kan vara stötar med strålning från olika håll som krockar då stark strålning från hålet studsar på redan utsläppt strålning på avstånd och en acceleration blir följden stötvis. Det kan vara en förklaring på den starka effekt som finns.

I vilket fall är det en gåta med denna kvasar.