Laut dem Astronomen Andrew Levan gibt es ein altes Sprichwort bei der Untersuchung von Gammastrahlenausbrüchen: "Wenn Sie einen Gammastrahlenausbruch gesehen haben, haben Sie gesehen ... nur einen Gammastrahlenausbruch. Sie nicht Trotzdem “, sagte er während einer Pressekonferenz am 16. April über die Entdeckung einer ganz anderen Art von GRB - einer Art, die einen neuen, lang anhaltenden Geschmack hat.
Drei dieser ungewöhnlichen lang anhaltenden Sternexplosionen wurden kürzlich mit dem Swift-Satelliten und anderen internationalen Teleskopen entdeckt, und eine mit dem Namen GRB 111209A ist mit einer Dauer von mindestens 25.000 Sekunden oder etwa 7 Stunden die längste jemals beobachtete GRB.
"Wir haben den längsten Gammastrahlenausbruch in der modernen Geschichte beobachtet und glauben, dass dieses Ereignis durch den Tod eines blauen Überriesen verursacht wird", sagte Bruce Gendre, ein Forscher, der jetzt mit dem französischen Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung verbunden ist und diese Studie leitete das Wissenschaftsdatenzentrum der italienischen Weltraumorganisation in Frascati, Italien. "Es verursachte die stärkste Sternexplosion in der jüngeren Geschichte und wahrscheinlich seit dem Urknall."
Die Astronomen sagten, dass diese drei GRBs eine zuvor nicht erkannte Klasse dieser Sternexplosionen darstellen, die durch den katastrophalen Tod von Überriesensternen entstehen, die hunderte Male größer sind als unsere Sonne. GRBs sind die leuchtendsten und mysteriösesten Explosionen im Universum. Die Explosionen senden Gammastrahlen - die stärkste Form von Licht - sowie Röntgenstrahlen aus und erzeugen Nachleuchten, die bei optischen und Funkenergien beobachtet werden können.
Swift, das Fermi-Teleskop und andere Raumfahrzeuge erfassen durchschnittlich etwa ein GRB pro Tag. Levan erklärte, warum dieser GRB-Typ bisher nicht erkannt wurde, und erklärte, dieser neue Typ sei aufgrund seiner langen Lebensdauer schwer zu finden.
"Gammastrahlenteleskope erkennen normalerweise eine schnelle Spitze, und Sie suchen nach einem Ausbruch - bei der Anzahl der Gammastrahlen, die vom Himmel kommen", sagte Levan gegenüber dem Space Magazine. „Aber diese neuen GRBs setzen über einen langen Zeitraum Energie frei, über 10.000 Sekunden anstelle der üblichen 100 Sekunden. Da es verteilt ist, ist es schwieriger zu erkennen, und erst seit dem Start von Swift können wir Bilder von GBSs über den Himmel hinweg erstellen. Um diese neue Art zu erkennen, muss man das gesamte Licht über einen langen Zeitraum addieren. “
Levan ist Astronom an der Universität von Warwick in Coventry, England.
Er fügte hinzu, dass diese lang anhaltenden GRBs in der Vergangenheit des Universums wahrscheinlich häufiger vorkamen.
Traditionell haben Astronomen zwei Arten von GRBs erkannt: kurze und lange, basierend auf der Dauer des Gammastrahlensignals. Kurze Bursts dauern höchstens zwei Sekunden und stellen vermutlich eine Verschmelzung kompakter Objekte in einem binären System dar, wobei die wahrscheinlichsten Verdächtigen Neutronensterne und Schwarze Löcher sind. Lange GRBs können zwischen einigen Sekunden und mehreren Minuten dauern, wobei die typische Dauer zwischen 20 und 50 Sekunden liegt. Es wird angenommen, dass diese Ereignisse mit dem Zusammenbruch eines Sterns um ein Vielfaches der Sonnenmasse und der daraus resultierenden Geburt eines neuen Schwarzen Lochs verbunden sind.
"Es ist ein sehr zufälliger Prozess und jeder GRB sieht ganz anders aus", sagte Levan während des Briefings. „Sie haben alle eine Reihe von Dauern und Energien. Es wird eine viel größere Stichprobe erforderlich sein, um festzustellen, ob dieser neue Typ komplexer ist als normale Gammastrahlen. “
Alle GRBs führen zu leistungsstarken Jets, die Materie mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen treiben. Während sie mit Materie im und um den Stern interagieren, erzeugen die Jets eine Spitze von energiereichem Licht.
Gendre und seine Kollegen führten eine detaillierte Studie über GRB 111209A durch, die am 9. Dezember 2011 ausbrach. Dabei wurden Gammastrahlendaten des Konus-Instruments auf dem Windraumschiff der NASA, Röntgenbeobachtungen von Swift und dem Satelliten XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation verwendet und optische Daten vom TAROT-Roboterobservatorium in La Silla, Chile. Der 7-Stunden-Burst ist mit Abstand der GRB mit der längsten Dauer, der jemals aufgezeichnet wurde.
Ein weiteres Ereignis, GRB 101225A, explodierte am 25. Dezember 2010 und erzeugte mindestens zwei Stunden lang energiereiche Emissionen. In der Folge mit dem Spitznamen "Weihnachtsausbruch" war die Entfernung des Ereignisses unbekannt, was dazu führte, dass zwei Teams zu radikal unterschiedlichen physischen Interpretationen kamen. Eine Gruppe kam zu dem Schluss, dass die Explosion durch einen Asteroiden oder Kometen verursacht wurde, der auf einen Neutronenstern in unserer eigenen Galaxie fiel. Ein anderes Team stellte fest, dass der Ausbruch das Ergebnis eines Fusionsereignisses in einem exotischen Binärsystem war, das sich etwa 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernt befindet.
"Wir wissen jetzt, dass der Weihnachtsausbruch viel weiter entfernt stattfand, mehr als auf halber Strecke des beobachtbaren Universums, und folglich weitaus mächtiger war, als diese Forscher es sich vorgestellt hatten", sagte Levan.
Mit dem Gemini North Telescope in Hawaii erhielten Levan und sein Team ein Spektrum der schwachen Galaxie, in der der Weihnachtsausbruch stattfand. Dies ermöglichte es den Wissenschaftlern, Emissionslinien von Sauerstoff und Wasserstoff zu identifizieren und zu bestimmen, um wie viel diese Linien im Vergleich zu ihrem Auftreten in einem Labor zu niedrigeren Energien verschoben wurden. Dieser Unterschied, der den Astronomen als Rotverschiebung bekannt ist, lässt den Ausbruch etwa 7 Milliarden Lichtjahre entfernt.
Levans Team untersuchte auch 111209A und den neueren Ausbruch 121027A, der am 27. Oktober 2012 explodierte. Alle zeigen ähnliche Röntgen-, Ultraviolett- und optische Emissionen und stammten alle aus den zentralen Regionen kompakter Galaxien, die aktiv Sterne bildeten. Die Astronomen sind zu dem Schluss gekommen, dass alle drei GRBs eine neue Art von GRB darstellen, die sie als "ultralange" Bursts bezeichnen.
"Ultra-lange GRBs entstehen aus sehr großen Sternen", sagte Levan, "vielleicht so groß wie die Umlaufbahn des Jupiter. Da das Material, das vom Rand des Sterns auf das Schwarze Loch fällt, weiter fallen muss, dauert es länger, bis es dort ankommt. Da es länger dauert, bis es dort ankommt, treibt es den Jet länger an und gibt ihm Zeit, aus dem Stern auszubrechen. “
Levan sagte, dass Wolf-Rayet-Sterne am besten zur Beschreibung passen. "Sie werden mit mehr als der 25-fachen Sonnenmasse geboren, aber sie brennen so heiß, dass sie ihre tiefe, äußerste Wasserstoffschicht als Abfluss vertreiben, den wir als Sternwind bezeichnen", sagte er. Wenn Sie die Atmosphäre des Sterns entfernen, bleibt ein Objekt massiv genug, um ein Schwarzes Loch zu bilden, aber klein genug, damit die Partikelstrahlen in Zeiten, die für lange GRBs typisch sind, vollständig durchbohren können
John Graham und Andrew Fruchter, beide Astronomen am Space Telescope Science Institute in Baltimore, lieferten Details, dass diese blauen Überriesen relativ geringe Mengen an Elementen enthalten, die schwerer als Helium sind, was Astronomen Metalle nennen. Dies passt zu einem offensichtlichen Puzzleteil, dass diese ultralangen GRBs eine starke intrinsische Präferenz für Umgebungen mit geringer Metallizität zu haben scheinen, die nur Spuren von anderen Elementen als Wasserstoff und Helium enthalten.
"GRBs mit hoher Metallizität und langer Dauer existieren, sind aber selten", sagte Graham. „Sie treten mit etwa 1/25 der Rate (pro Einheit der Sternentstehung) der Ereignisse mit geringer Metallizität auf. Dies sind gute Nachrichten für uns hier auf der Erde, da die Wahrscheinlichkeit, dass diese Art von GRB in unserer eigenen Galaxie auftritt, weitaus geringer ist als bisher angenommen. “
Die Astronomen diskutierten ihre Ergebnisse am Dienstag beim Huntsville Gamma-Ray Burst Symposium 2013 in Nashville, Tennessee, einem Treffen, das teilweise von der University of Alabama in Huntsville und den Swift- und Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop-Missionen der NASA gesponsert wurde. Gendres Ergebnisse erscheinen in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 20. März.
Artikel: "Der ultralange Gammastrahlenstoß 111209A: Der Zusammenbruch eines blauen Überriesen?" B. Genre et al.
Papier: "Die Metallaversion von LGRBs." J. F. Graham und A. S. Fruchter.
Quellen: Telefonkonferenz, NASA, University of Warwick, CNRS
