eso1527nb — Pressemelding

Universets kraftigste eksplosjoner drives av universets sterkeste magneter

Enkelte lange gammaglimt har supermagnetisk stjernerest som energikilde

8. juli 2015

Observasjoner gjort ved ESOs observatorier på La Silla og Paranal i Chile har for første gang demonstrert en sammenheng mellom et svært langvarig utbrudd av gammastråling og en usedvanlig lyssterk supernovaeksplosjon. I strid med hva astronomene forventet, viser dataene at supernovaen ikke fikk sin energi fra radioaktivt henfall, men i stedet var drevet av supersterke magnetfelter omkring et eksotisk objekt kalt en magnetar. Studien presenteres i tidsskriftet Nature 9. juli 2015.

Gammaglimt, eller «gamma-ray bursts» på engelsk (forkortet GRB), er et av flere mulige utfall knyttet til de største eksplosjoner som finner sted i universet vårt. Gammastråling er ikke i stand til å trenge gjennom jordatmosfæren. Utbruddene fanges derfor opp av romteleskoper som er følsomme for denne typen høyenergetisk stråling, før den såkalte ettergløden observeres på lengre bølgelengder av observatorier i rommet så vel som på bakken.

Gammaglimt varer normalt bare noen få sekunder. I sjeldne tilfeller kan imidlertid gammastrålingen fortsette i flere timer [1]. Et slikt ultralangt gammaglimt ble registrert av Swift-satellitten 9. desember 2011 og fikk navnet GRB 111209A. Det var et av de kraftigste og mest langvarige gammaglimt man noensinne har observert.

Utbruddets etterglød, som sakte svant hen, ble studert med både GROND-instrumentet på MPG/ESOs 2,2-metersteleskop ved La Silla-observatoriet og X-shooter-spektrografenVery Large Telescope (VLT) ved Paranal-observatoriet. Dataene viste klare tegn på at dette var en supernova, som senere fikk betegnelsen SN 2011kl. Dette er første gang en supernova har blitt knyttet til et ultralangt gammaglimt [2].

«Et langt gammaglimt oppstår kun én gang for hver 10 000.–100 000. supernova. Stjernen som eksploderer, må derfor på en eller annen måte være spesiell. Astronomer har hittil gått ut fra at disse gammaglimtene stammer fra svært massive stjerner – omkring 50 ganger tyngre enn Sola – og at de signaliserer dannelsen av et sort hull. Men observasjonene våre av supernovaen SN 2011kl i etterkant av gammaglimtet GRB 111209A endrer nå denne oppfatningen,» forklarer forskningsartikkelens hovedforfatter Jochen Greiner ved Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik i Garching i Tyskland.

Når fusjonsprosessene i kjernen til en massiv stjerne stopper opp, vil kjernen umiddelbart kollapse under sin egen gravitasjon og gi opphav til en supernovaeksplosjon – det engelske ordet «collapsar» brukes av og til om denne modellen. Den sterke optiske/infrarøde strålingen fra supernovaen varer noen uker og antas å skyldes henfall (nedbrytning) av radioaktivt nikkel-56 som er dannet i eksplosjonen [3]. GROND- og VLT-observasjonene viser imidlertid for første gang at dette ikke kan være tilfelle for GRB 111209A [4]. Forskerne har også utelukket andre forklaringer på hvor energien kunne komme fra [5].

Den eneste forklaringen som passer med observasjonene av supernovaen som fulgte i kjølvannet av GRB 111209A, er at den ble drevet av en magnetar – en liten nøytronstjerne som roterer hundrevis av ganger per sekund og har et magnetfelt som er mye sterkere enn vanlige nøytronstjerner (også kalt radiopulsarer) [6]. Astronomer tror magnetarer er de kraftigste magnetene universet har å by på. Denne nye studien er den første som demonstrerer en entydig forbindelse mellom en supernova og en magnetar.

«Resultatene gir gode bevis for en uventet kobling mellom lange gammaglimt, svært lyssterke supernovaer og magnetarer. Teoretiske beregninger har i noen år vist at slike sammenhenger kan finnes, men å knytte alt sammen er en spennende og ny utvikling,» kommenterer medforfatter Paolo Mazzali.

«Tilfellet SN 2011kl/GRB 111209A tvinger oss til å se på alternativer til collapsar-modellen. Funnet bringer oss stadig nærmere et nytt og tydeligere bilde av hvordan gammaglimt oppstår,» avslutter Jochen Greiner.

Fotnoter

[1] Vanlige lange gammaglimt varer mellom 2 og 2000 sekunder. Man kjenner imidlertid til fire gammaglimt, inkludert objektet i denne studien, med varighet på hele 10 000–25 000 sekunder – disse kalles ultralange gammaglimt. I tillegg finnes en egen kategori for korte gammaglimt, som trolig skyldes en annen dannelsesmekanisme.

[2] At det kunne være en forbindelse mellom supernovaer og (vanlige) lange gammaglimt ble først antydet i 1998. Bakgrunnen for teorien var observasjoner av supernovaen SN 1998bw gjort hovedsakelig med ESOs teleskoper. Sammenhengen ble bekreftet i 2003 med gammaglimtet GRB 030329.

[3] Selve gammaglimtet antas å få sin energi fra kraftige relativistiske partikkelstrømmer, såkalte jeter, som stråler ut langs stjernens rotasjonsakse. Jetene oppstår idet stjernematerialet trekkes inn mot den kompakte stjernekjernen via en svært varm og tett omliggende skive (kalt en akkresjonsskive).

[4] Mengden nikkel-56 som GROND-instrumentet målte i supernovaen, er altfor stor til å passe overens med den kraftige ultrafiolette strålingen som X-shooter-instrumentet registrerte.

[5] To andre teorier for å forklare energien til ekstra lyssterke supernovaer er vekselvirkninger mellom sjokkbølgen fra eksplosjonen og det omliggende materialet (muligens knyttet til gasskall som stjernen har støtt vekk tidligere), eller at forløperen til eksplosjonen var en blå superkjempe. I tilfellet med SN 2011kl utelukker observasjonene begge disse mulighetene.

[6] Pulsarer er den mest vanlige typen av observerbare nøytronstjerner. Magnetarer antas å ha magnetfelt som er 100–1000 ganger kraftigere enn hva man finner hos pulsarene.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Nature 9. juli 2015: «A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst» av J. Greiner et al.

Forskerteamet består av Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Tyskland), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chile) , Elena Pian (INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italia; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland; INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italia), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Tyskland), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Tyskland), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Czech Technical University in Prague, Praha, Tsjekkia), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Danmark), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, University of Copenhagen, Danmark; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Italia), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Tyskland), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, USA), Hendrik van Eerten (MPE) og Karla Varela (MPE).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. 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 har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. 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 en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 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

Jochen Greiner
Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Tlf.: +49 89 30000 3847
E-post: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1527 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.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1527nb
Navn:Neutron star
Type:Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Gamma Ray Burst
Facility:Very Large Telescope
Science data:2015Natur.523..189G

Bilder

Kunstnerisk framstilling av gammaglimt og supernova som drives av en magnetar
Kunstnerisk framstilling av gammaglimt og supernova som drives av en magnetar

Se også