Den kraftigste eksplosion nogensinde set

Gammaglimt er de kraftigste eksplosioner i Universet, og markerer afslutningen på en stjernes liv. Et særlig kraftigt glimt blev for nylig observeret af flere rumteleskoper. Et team af forskere, ledet af astronomer ved Cosmic Dawn Center, målte den nøjagtige afstand til eksplosionen, hvilket gjorde det muligt for dem at beregne den totale udløste energi: I løbet af de blot fem minutter, glimtet varede, udløste det mere energi, end vores Sol har udsendt gennem hele sit 4½ milliarder år lange liv. Dette gør glimtet til det mest energirige, der nogensinde er opdaget.

grb-cartoon

Kunstnerisk opfattelse af et gammaglimt, forårsaget af en kollapsende stjerne, som udsender partikler og stråling i en smal stråle. Kredit: Soheb Mandhai.

Bemærk at selvom dette studie har gennemgået fagfællebedømmelse, venter en del af det stadig på at blive accepteret til publikation.

 

Gammaglimt er de mest energirige og lysstærke begivenheder, vi kender til i Universet. Som kortlivede glimt af gammastråler — typisk fra ⅒ sekund til mindre end en time — kan de for en kort stund skinne kraftigere end en hel galakse. Eksplosionerne menes at stamme fra tunge stjerners kollaps, kollisionen af neutronstjerner, eller sammensmeltningen af en neutronstjerne og et sort hul.

Selvom vi har kendt til deres eksistens i 60 år, er der stadig meget at lære om disse fascinerede begivenheder. Ikke blot er de kortvarige og optræder tilfældige steder på himlen; gammastråler absorberes også af vores atmosfære, hvilket stort set forhindrer dem i at komme ned til jorden.

For at detektere dem bruger forskere derfor rumbaserede gammastråle-teleskoper som, når de udløses, øjeblikkeligt sender en automatisk besked til Jorden. Dette tillader astronomer at følge dem op med Jordbaserede teleskoper, og kigge efter den mindre energirige "efterglød", der ofte følger et gammaglimt.

Overstråler en hel galakse

Den 9. oktober 2022 detekterede ESA's INTEGRAL, NASA's Swift og Fermi satelliter og andre rumobservatorier gammaglimtet, som derfor blev navngivet GRB 221009A. Dette fik Daniele Bjørn Malesani, astronom ved Radboud Universitet i Holland og affilieret forsker ved Cosmic Dawn Center, til at rette Very Large Telescope (VLT) i Chile mod GRB 221009A's retning.

Ved hjælp af X-shooter-spektrografen, som er monteret på VLT, tillod det resulterende spektrum Malesani og hans team at måle den præcise afstand til GRB 221009A. Selvom glimtets "værtsgalakse" viste sig at ligge mere end to milliarder lysår væk, er dette faktisk et af de næreste glimt man har fundet. Med en præcis afstand var teamet desuden i stand til at beregne den total mængde energi udløst af glimtet.

"Gammaglimt er altid energirige, men den her var fuldstændig overvældende: I løbet af de 290 sekunder, som GRB 221009A varede, udløste det omtrent 10.000 gange så meget energi, som vores Sol har udsendt i hele dens 4½ milliarder år lange levetid," siger Malesani.

En anden måde at udtrykke dette på er, at glimtet for en kort stund var mere lysstærkt end det samlede lys fra alle Mælkevejens hundrede milliarder af stjerner tilsammen.

Som man plejer, antager denne beregning at GRB 221009A udsendte den samme mængde lys i alle retninger. Mere sandsynligt er energien dog "koncentreret" i en smal stråle, i hvis retning vi så tilfældigvis ligger. Den totale energi er derfor en del mindre, omend stadig ufattelig stor.

De gådefulde gammaglimt

Gammaglimt blev først opdaget i 1967 af Vela-satellitten, bygget til at overvåge himlen for eventuelle tests af atomvåben, hvilket ville være et brud på traktaten om prøvestop (Nuclear Test Ban Treaty) fra 1963. Først troede man at de kom fra nære kilder i vores eget solsystem eller galakse, men mere følsomme rumobservationer i 1990’erne afslørede, at de måtte stamme fra langt uden for Mælkevejen, fordelt over hele Universet.

Deres kortvarige natur gjorde det vanskeligt at studere dem, men fra slutningen af 1990’erne har astronomer også kunne detektere deres mindre energirige efterglød, fra røntgenstråler over synligt lys til infrarødt lys, hvilket har hjulpet med at etablere en teori for deres oprindelse.

Uanset hvad er det det mest energirige gammaglimt, som nogensinde er set, ikke mindre end 70 gange kraftigere end det næstkraftigste. Det blev endda rapporteret at have påvirket Jordens ionosfære.

"Teoretisk set forventer vi, at et så kraftigt glimt kun burde hænde én gang i 10.000 år," forklarer Malesani. "Det får os til at overveje, om vores opdagelse er rent og skær held, eller om der er noget vi har misforstået omkring gammaglimtenes natur."

Fulgt op med James Webb

GRB 221009A blev også fulgt op med rumteleskopet James Webb. Disse observationer blev ledet af Andrew Levan, også ved Radboud University,  selvom Malesani og andre DAWNere også var en del af teamet.

James Webb-observationerne tillod astronomerne at karakterisere gammaglimtet yderligere. Webb er særlig anvendelig her, fordi glimtet uheldigvis ligger gemt bag et tykt lagt af kosmisk støv inde i Mælkevejen. Dette har ikke noget at gøre med glimtet selv, men det gør det sværere at analysere resultaterne, da det formørker lyset fra glimtet.

Men James Webb kunne kigge på eftergløden i det (midt-)infrarøde lys, som påvirkes langt mindre af støv, og dermed få et bedre overblik over hændelsen.

En sekvens af billeder taget i optisk lys med ESO's Very Large Telescope, som viser gammaglimtet GRB 221009A ‘fade’ ud. Kredit: ESO/Malesani et al., The Stargate Collaboration.

Men selv Webb kan somme tider komme til kort:

Kasper Heintz, adjunkt ved Cosmic Dawn Center, deltog også i begge studier. Han forklarer: "Gammaglimt som GRB 221009A forventes af eksplodere sammen med en supernova, hvis lys burde ‘lægges til’ selve gammaglimtets lys. Men for det her glimt kunne Webb, på trods af sit gigantiske spejl, ikke påvise nogen evidens for en klar supernova."

Så var supernovaen bare svagere end normalt, eller manglede den helt? Det står endnu uvist hen, og der er nok flere overraskelser i vente fra denne mystiske once-in-a-lifetime begivenhed.

Artiklen af Andrew Levan er netop blevet accepteret til publikation i Astrophysical Journal Letters, mens artiklen af Daniele Malesani venter på at blive accepteret til Astronomy & Astrophysics.

Mere information

 

Tags: