Kids

eso1418no — Pressemelding

Gigantiske eksplosjoner begravd i støv

ALMA utforsker omgivelsene til mørke gammaglimt

11 June 2014

Observasjoner med ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har for første gang kartlagt forekomsten av både molekylær gass og støv i vertsgalaksene til gammaglimt – de kraftigste eksplosjoner i universet. Til astronomenes store overraskelse fant de mindre gass enn forventet, men desto mer støv, hvilket får enkelte gammaglimt til å framstå som såkalte mørke gammaglimt. Studien som presenteres i tidsskriftet Nature 12. juni 2014, er den første som omhandler gammaglimt observert med ALMA. Den viser hvilket potensial ALMA har til å øke vår kunnskap om dette fascinerende fenomenet.

Gammaglimt, på engelsk "gamma-ray bursts" eller GRBs, er intense utbrudd av ekstremt energirik stråling i fjerntliggende galakser. De er de mest lyssterke eksplosjoner man kjenner til i universet. Utbrudd som varer mer enn et par sekunder, kalles lange gammaglimt ("long-duration gamma-ray bursts" eller LGRBs) [1] og er knyttet til massive stjerner som ender sine liv i voldsomme supernovaeksplosjoner.

I løpet av få sekunder frigir et typisk utbrudd like mye energi som Sola kommer til å gjøre gjennom hele sitt ti milliarder år lange liv. Selve eksplosjonen følges ofte av en langvarig etterglød, det vil si stråling som sakte, men sikkert avtar i intensitet og som antas å stamme fra kollisjoner mellom det utkastete materialet og den omliggende gassen.

Enkelte gammaglimt ser imidlertid ikke ut til å ha en slik etterglød. Disse mystiske tilfellene går under betegnelsen mørke gammaglimt. En mulig forklaring kan være at store omkringliggende støvskyer absorberer strålingen fra ettergløden.

De senere år har forskere arbeidet med å forstå hvordan gammaglimt oppstår, blant annet ved å se nærmere på galaksene utbruddene finner sted i. Man forventet at gammaglimtene ville inntreffe i aktivt stjernedannende regioner i vertsgalaksene ettersom det er massive og forholdsvis unge stjerner som er forløperne til disse fenomenene. I så fall burde gammaglimtene være omgitt av store mengder molekylær gass, som er selve hovedingrediensen i det å lage stjerner. Det har imidlertid ikke vært mulig å oppdrive observasjonelle data som kunne støtte denne teorien. Gammaglimtenes omgivelser har derfor lenge vært et mysterium.

Et japansk astronomteam, ledet av Bunyo Hatsukade ved Japans nasjonale astronomiske observatorium, har brukt ALMA til å fange opp radiostrålingen fra molekylær gass i vertsgalaksene til to lange og mørke gammaglimt, nærmere bestemt GRB 020819B og GRB 051022 henholdsvis 4,3 og 6,9 milliarder lysår unna Jorda. Denne type radiostråling er aldri tidligere oppdaget i gammaglimtenes vertsgalakser, men ALMA klarte det takket være dets uslåelig følsomme detektorer [2]

"Vi har lett etter molekylær gass i vertsgalaksene til ulike gammaglimt i mer enn ti år med bruk av forskjellige teleskoper rundt om i verden," forteller Kotaro Kohno, professor ved Universitetet i Tokyo. "Endelig har vårt harde arbeid båret frukter. Dette fantastiske gjennombruddet kan vi takke også ALMA for. Vi er utrolig glade over det vi har fått til."

ALMAs høye oppløsning gjorde dessuten forskerne i stand til å avdekke fordelingen av molekylær gass og støv i vertsgalaksene. Observasjoner av gammaglimtet GRB 020819B avslørte et forbløffende støvrikt miljø i utkanten av vertsgalaksen, mens molekylær gass ble funnet bare rundt galaksens sentrum. Dette er første gang man har avdekket en slik fordeling av molekylær gass og støv i et gammaglimts vertsgalakse [3]

"Vi forventet ikke at gammaglimt kunne finne sted i et slikt støvete område med så lav andel av molekylær gass. Oppdagelsen tyder på at gammaglimtet inntraff i et miljø som var ganske så forskjellig fra det man vanligvis finner i stjernedannelsesområder," sier Hatsukade. Dette indikerer at massive stjerner som ender sine liv som gammaglimt, påvirker og endrer forholdene i stjernedannelsesområdene sine før de eksploderer. 

Den høye andelen av støv sammenlignet med molekylær gass rundt gammaglimtet kan ifølge forskerteamet ha sin forklaring i måten disse komponentene reagerer på intens ultrafiolett stråling. Det er slik at bindingene mellom atomene i molekyler lett brytes under ultrafiolett bestråling. Den molekylære gassen overlever derfor ikke i områder som er utsatt for det sterke ultrafiolette lyset som sendes ut av varme, massive stjerner, inkludert den som etter hvert kommer til å eksplodere og skape et gammaglimt. 

En lignende fordeling av støv og molekylær gass er sett også i GRB 051022s tilfelle, men funnet er ikke endelig bekreftet siden oppløsningen ikke er god nok (vertsgalaksen til GRB 051022 ligger mye lenger unna oss enn vertsgalaksen til GRB 020819B gjør). Uansett støtter ALMA-observasjonene hypotesen om at det er støv som absorberer strålingen fra ettergløden, og at det er dette som er opphav til de mørke gammaglimtene.

"Resultatene overgikk forventningene våre. Men vi må gjøre ytterligere observasjoner av andre vertsgalakser for å se om dette virkelig er typiske omgivelser for gammaglimt. Vi ser fram til å kunne utnytte det ferdigstilte ALMA-nettverket i våre framtidige undersøkelser," avslutter Hatsukade.

Fotnoter

[1] Gammaglimt som varer lenger enn to sekunder, kalles lange gammaglimt (på engelsk "long-duration gamma-ray bursts" eller LGRBs). Disse utgjør rundt 70 % av alle observerte gammaglimt. Forskning gjennom de siste ti år har dessuten gjort det klart at det finnes en ny klasse gammaglimt med mindre enn to sekunders varighet. Disse korte gammaglimtene skyldes trolig at to nøytronstjerner kolliderer og smelter sammen. Denne typen er ikke forbundet med supernovaer eller hypernovaer.

[2] ALMAs følsomhet under denne observasjonen var omkring fem ganger bedre enn hva andre lignende teleskoper er i stand til å oppnå. De første vitenskapelige observasjoner med et mindre antall ALMA-antenner startet i 2011 (eso1137). På den tiden bestod nettverket av bare 24–27 antenner plassert opptil 125 meter fra hverandre. Nå som den siste av de totalt 66 antennene er på plass (se eso1342), kan forskere se fram til enda flere oppdagelser. Antennene kan arrangeres i ulike mønstre, og avstanden mellom dem kan nå varieres fra 150 meter til hele 16 kilometer.

[3] Masseandelen av støv i forhold til molekylær gass er rundt 1 % i det interstellare medium (rommet mellom stjernene) i Melkeveien og andre nære stjernedannende galakser. I området omkring GRB 020819B er dette tallet minst ti ganger høyere.

Mer informasjon

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom Europa, Nord-Amerika og Øst-Asia, i samarbeid med Chile. ALMA er i Europa finansiert av ESO, i Nord-Amerika av det amerikanske National Science Foundation (NSF) i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan. I Øst-Asia er ALMA finansiert av National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Byggingen og driften av ALMA ledes i Europa av ESO, i Nord-Amerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), og i Øst-Asia av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Nature (12. juni 2014): "Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas" av B. Hatsukade et al.

Forskerteamet består av B. Hatsukade (NOAJ, Tokyo, Japan), K. Ohta (Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Japan), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, Nederland), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Japan), Y. Tamura (Institute of Astronomy [IoA], University of Tokyo, Japan ), T. Hashimoto (NAOJ) og K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, University of Tokyo, Japan).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Bunyo Hatsukade
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tlf.: +81-422-34-3900 (ext. 3173)
E-post: bunyo.hatsukade@nao.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tlf.: +81-422-34-3630
E-post: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6761
Mob.: +49 173 3872 621
E-post: lars@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1418 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.
Bookmark and Share

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1418no
Science data:2014Natur.510..247H

Bilder

Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)

Videoer

Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)
Gammaglimt begravd i støv (kunstnerisk framstilling)

Se også