Sonda NASA Swift trafia na błysk gamma o dwóch osobowościach

Sonda NASA Swift trafia na błysk gamma o dwóch osobowościachOriginal Press Release
Błyski gamma (GRB – Gamma Ray Burst) to najjaśniejsze wybuchy Wszechświata, w kilka sekund emitujące tyle energii co nasze Słońce w ciągu całego swego życia.

To co zdaje się mówić nam rozbłysk bożonarodzeniowy to fakt, że rodzina błysków gamma jest bardziej zróżnicowana, niż dotąd sądziliśmy. Jedynie szybkie wykrywanie setek tych błysków – tak jak robi to Swift – pozwala nam wychwycić co bardziej ekscentrycznych członków rodziny

Christina Thoene
Institute of Astrophysics of Andalusia in Granada

Wspólna dla obu scenariuszy jest obecność gwiazdy neutronowej, zmiażdżony jądra, który powstaje podczas eksplozji gwiazdy o masie wielokrotnie większej od Słońca. Kiedy gwiazdy zużyje zapasy paliwa, zapada się pod własnym ciężarem, ściskając jądro tak bardzo, że masa pół miliona razy większa od Ziemi zostaje skompresowana do sfery nie większej niż miasto.

Wybuch bożonarodzeniowy, znany również jako GRB 101225A, został odkryty w gwiazdozbiorze Andromedy przez teleskop Burst Alert Telescope obserwatorium Swift o 18:38 UT 25 grudnia 2010. Emisja promieniowania gamma trwała co najmniej 28 minut, niezwykle długo jak na tego rodzaju błysk. Dalsze obserwacje jego poświaty wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble oraz obserwatoria na Ziemi nie pozwoliły określić odległości do źródła błysku.

Hipoteza zespołu, do którego należy Thoene sugeruje, że wybuch miał miejsce w egzotycznych układzie podwójnym, w którym gwiazda neutronowa krążyła na orbicie wokół normalnej gwiazdy, która właśnie weszła w fazę czerwonego olbrzyma, w której jej zewnętrzna atmosfera uległa rozszerzeniu. Ta ekspansja pochłonęła gwiazdę neutronową, co zaowocowało jednocześnie odrzuceniem atmosfery olbrzyma i nagłym zaciśnięciem się orbity gwiazdy neutronowej. Gdy gwiazd krążyły we wspólnej otoczce gazu, po zaledwie 5 orbitach – 18 miesiącach – gwiazda neutronowa złączyła się z jądrem olbrzyma. W efekcie fuzji powstała czarna dziura oraz przeciwnie skierowane strumienie cząstek poruszających się z prędkością bliską prędkości światła, a następnie słaba supernowa. Strumienie cząstek były źródłem promieniowania gamma. Interakcja dżetu z gazem wyrzucanym przed fuzją pozwalają wyjaśnić wiele osobliwości obserwowanych w zapisie błysku. Według tej hipotezy, zdarzenie miało miejsce około 5,5 miliardów lat świetlnych od nas. Zespół odkrył we właściwym miejscu na niebie coś, co może być słabą galaktyką macierzystą wybuchu.

„Głębokie ekspozycje wykonane za pomocą teleskopu Hubble mogą pomóc rozstrzygnąć charakter tego obiektu „- mówi Sergio Campana, który kierował zespołem proponującym hipotezę zderzenia w Obserwatorium Brera w Merate, Włochy.

Jeżeli uda się faktycznie potwierdzić obecność galaktyki, byłoby to dowodem poprawności modelu z układem podwójnym. Z drugiej strony, jeśli Obserwatorium rentgenowskie NASA Chandra X-ray Observatory znajdzie tam punktowe źródło promieniowania rentgenowskiego lub radioteleskopy wykryją pulsar, to podważy to tę hipotezę.

Alternatywny model, proponowany przez zespół Campana, proponuje jako wyjaśnienie pływowe zaburzenie podobnego do dużej komety obiektu i wynikające zeń uderzenie szczątków w gwiazdę neutronową w odległości zaledwie około 10 000 lat świetlnych od nas. Scenariusz wymaga rozpadu obiektu o masie około połowę mniejszej od planety karłowej Ceres. Chociaż obiekty takie są rzadkie w pasie asteroid, uważa się, że występują dość powszechnie w lodowatym pasie Kuipera poza  orbitą Neptuna. Podobne obiekty położone daleko od gwiazdy neutronowej mogły przetrwać wybuch supernowej, w której powstała. Emisja promieniowania gamma nastąpiła, gdy szczątki spadły na gwiazdę neutronową. Grudy materii kometarnej prawdopodobnie wykonały po kilka orbit, każda nieco inną, zanim utworzyły dysk wokół gwiazdy neutronowej. Zmienne promieniowanie rentgenowskie obserwowane przez teleskop rentgenowski obserwatorium Swift, która było rejestrowane przez kilka godzin mogło być skutkiem późno przybywających grud materii uderzających w gwiazdę neutronową podczas gdy ponad nią formował się dysk.

„Piękno błysku bożonarodzeniowego polega na tym, że musimy odwołać się do dwóch równie egzotycznych scenariuszy by go wytłumaczyć, ale to właśnie te ekscentryczne błyski pomogą nam lepiej poznać błyski GRB „- mówi Chryssa Kouveliotou,  z NASA SFC w Huntsville w Alabamie/

Obserwatorium NASA Swift zostało uruchomione w listopadzie 2004 roku i jest zarządzane przez Centrum Lotów Kosmicznych Goddard. Jest obsługiwane we współpracy z instytucjami w USA i partnerami z Wielkiej Brytanii, Włoch, Niemiec i Japonii.

Źródła:

NASA's Swift Finds a Gamma-Ray Burst With a Dual Personality

A peculiar cosmic explosion first detected by NASA's Swift observatory on Christmas Day 2010 was caused either by a novel type of supernova located billions of light-years away or an unusual collision much closer to home, within our own galaxy. Papers describing both interpretations appear in the Dec. 1 issue of the journal Nature.

Gamma-ray bursts (GRBs) are the universe's most luminous explosions, emitting more energy in a few seconds than our sun will during its entire energy-producing lifetime. What astronomers are calling the „Christmas burst” is so unusual that it can be modeled in such radically different ways.

„What the Christmas burst seems to be telling us is that the family of gamma-ray bursts is more diverse than we fully appreciate,” said Christina Thoene, the supernova study's lead author, at the Institute of Astrophysics of Andalusia in Granada, Spain. It's only by rapidly detecting hundreds of them, as Swift is doing, that we can catch some of the more eccentric siblings.”

Common to both scenarios is the presence of a neutron star, the crushed core that forms when a star many times the sun's mass explodes. When the star's fuel is exhausted, it collapses under its own weight, compressing its core so much that about a half-million times Earth's mass is squeezed into a sphere no larger than a city.

The Christmas burst, also known as GRB 101225A, was discovered in the constellation Andromeda by Swift's Burst Alert Telescope at 1:38 p.m. EST on Dec. 25, 2010. The gamma-ray emission lasted at least 28 minutes, which is unusually long. Follow-up observations of the burst's afterglow by the Hubble Space Telescope and ground-based observatories were unable to determine the object's distance.

Thoene's team proposes that the burst occurred in an exotic binary system where a neutron star orbited a normal star that had just entered its red giant phase, enormously expanding its outer atmosphere. This expansion engulfed the neutron star, resulting in both the ejection of the giant's atmosphere and rapid tightening of the neutron star's orbit.

Once the two stars became wrapped in a common envelope of gas, the neutron star may have merged with the giant's core after just five orbits, or about 18 months. The end result of the merger was the birth of a black hole and the production of oppositely directed jets of particles moving at nearly the speed of light, followed by a weak supernova.

The particle jets produced gamma rays. Jet interactions with gas ejected before the merger explain many of the burst's signature oddities. Based on this interpretation, the event took place about 5.5 billion light-years away, and the team has detected what may be a faint galaxy at the right location.

„Deep exposures using Hubble may settle the nature of this object,” said Sergio Campana, who led the collision study at Brera Observatory in Merate, Italy.

If it is indeed a galaxy, that would be evidence for the binary model. On the other hand, if NASA's Chandra X-ray Observatory finds an X-ray point source or if radio telescopes detect a pulsar, that goes against it.

Campana's team supports an alternative model that involves the tidal disruption of a large comet-like object and the ensuing crash of debris onto a neutron star located only about 10,000 light-years away. The scenario requires the break-up of an object with about half the mass of the dwarf planet Ceres. While rare in the asteroid belt, such objects are thought to be common in the icy Kuiper belt beyond Neptune. Similar objects located far away from the neutron star may have survived the supernova that formed it.

Gamma-ray emission occurred when debris fell onto the neutron star. Clumps of cometary material likely made a few orbits, with different clumps following different paths before settling into a disk around the neutron star. X-ray variations detected by Swift's X-Ray Telescope that lasted several hours may have resulted from late-arriving clumps that struck the neutron star as the disk formed.

In the early years of studying GRBs, astronomers had very few events to study in detail and dozens of theories to explain them. In the Swift era, astronomers have settled into two basic scenarios, either the collapse of a massive star or the merger of a compact binary system.

„The beauty of the Christmas burst is that we must invoke two exotic scenarios to explain it, but such rare oddballs will help us advance the field,” said Chryssa Kouveliotou, a co-author of the supernova study at NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Ala.

NASA's Swift was launched in November 2004 and is managed by Goddard. It is operated in collaboration with several U.S. institutions and partners in the United Kingdom, Italy, Germany and Japan. 

Francis Reddy

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *