Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) haben Astronomen erstmals eine explosive Neutronensternverschmelzung eines Neutronensterns mit einem anderen Stern aufgezeichnet. Sie entdeckten ein Millimeterwellenlängenlicht einer feurigen Explosion, die durch die Fusion verursacht wurde. Es wird angenommen, dass dieses Licht einer der energiereichsten kurzzeitigen Gammastrahlenausbrüche ist, die jemals beobachtet wurden – GRB 211106A.
Tanmoy Laskar, der bald seine Arbeit als Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der University of Utah aufnehmen wird, sagte: „Zu den Verschmelzungen kommt es aufgrund der Gravitationswellenstrahlung, die der Umlaufbahn der Doppelsterne Energie entzieht und dazu führt, dass sich die Sterne spiralförmig aufeinander zubewegen.“
„Die daraus resultierende Explosion wird von Jets begleitet, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Wenn einer dieser Jets auf die Erde gerichtet ist, beobachten wir einen kurzen Puls Gammastrahlung Strahlung oder ein kurzzeitiger GRB.“
Kurzfristige GRBs sind oft schwer zu erkennen. Bisher wurden nur ein halbes Dutzend GRBs mit kurzer Dauer bei Radiowellenlängen entdeckt. Darüber hinaus wurde im Millimeterwellenbereich keines nachgewiesen.
Laskar sagte: „Die Schwierigkeit liegt in der immensen Entfernung zu GRBs und den technologischen Fähigkeiten der Teleskope. Kurzfristiger GRB Nachleuchten sind sehr leuchtend und energiegeladen. Aber diese Explosionen ereignen sich in fernen Galaxien, was bedeutet, dass das Licht von ihnen für unsere Teleskope auf der Erde recht schwach sein kann. Vor ALMA waren Millimeterteleskope nicht empfindlich genug, um dieses Nachleuchten zu erkennen.“
Das Licht von GRB 211106A war so schwach, dass die ursprüngliche Galaxie bei dieser Wellenlänge nicht nachweisbar war, während frühe Röntgenbeobachtungen mit dem Neil Gehrels Swift Observatory der NASA die Explosion beobachteten. Daher konnten Wissenschaftler seinen genauen Standort nicht bestimmen.
Um zu wissen, aus welcher Galaxie ein Ausbruch stammt, und um mehr über den Ausbruch selbst zu erfahren, ist die Verwendung von Nachleuchtlicht erforderlich. Wissenschaftler stellten zunächst die Hypothese auf, dass dieser Ausbruch von einer nahegelegenen Galaxie stammen könnte, als gerade das Gegenstück im Röntgenbereich gefunden worden war.
Laskar sagte: „Jede Wellenlänge fügte dem Verständnis der Wissenschaftler über den GRB eine neue Dimension hinzu, und insbesondere der Millimeter war entscheidend, um die Wahrheit über den Ausbruch aufzudecken.“
„Die Hubble-Beobachtungen zeigten ein unveränderliches Galaxienfeld. Die beispiellose Empfindlichkeit von ALMA ermöglichte es uns, die Position des GRB in diesem Feld genauer zu bestimmen, und es stellte sich heraus, dass er sich in einer anderen schwachen Galaxie befand, die weiter entfernt ist. Das wiederum bedeutet, dass dieser kurzzeitige Gammastrahlenausbruch sogar noch stärker ist, als wir zunächst dachten, und ihn zu einem der leuchtendsten und energiereichsten aller Zeiten macht.“
Wen-fai Fong, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie an der Northwestern University, fügte hinzu: „Dieser kurze Gammastrahlenausbruch war der erste Versuch, ein solches Ereignis mit ALMA zu beobachten. Nachleuchten für kurze Ausbrüche sind sehr schwer zu bekommen, daher war es spektakulär, dieses Ereignis so hell erstrahlen zu sehen. Nach vielen Jahren der Beobachtung dieser Ausbrüche eröffnet diese überraschende Entdeckung ein neues Forschungsgebiet, da sie uns dazu motiviert, in Zukunft noch viele weitere dieser Ausbrüche mit ALMA und anderen Teleskopanordnungen zu beobachten.“
Joe Pesce, Programmbeauftragter der National Science Foundation für NRAO/ALMA, sagte: „Diese Beobachtungen sind in vielerlei Hinsicht fantastisch. Sie liefern weitere Informationen, die uns helfen, das Rätselhafte zu verstehen Gammastrahlenexplosionen (und Neutronenstern-Astrophysik im Allgemeinen). Sie zeigen auch, wie wichtig und ergänzend Multiwellenlängenbeobachtungen mit weltraum- und bodengestützten Teleskopen für das Verständnis astrophysikalischer Phänomene sind.“
Edo Berger, Professor für Astronomie an der Harvard University und Forscher am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian sagte: „Die Untersuchung kurzzeitiger GRBs erfordert die schnelle Koordination von Teleskopen auf der ganzen Welt und im Weltraum, die bei allen Wellenlängen arbeiten. Im Fall von GRB 211106A haben wir einige der leistungsstärksten verfügbaren Teleskope verwendet – ALMA, das Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) der National Science Foundation, das Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und das Hubble-Weltraumteleskop.“
„Mit dem jetzt in Betrieb befindlichen James Webb-Weltraumteleskop (JWST) und zukünftigen optischen 20-40-Meter-Teleskopen und Radioteleskopen wie dem VLA der nächsten Generation (ngVLA) werden wir in der Lage sein, ein vollständiges Bild dieser katastrophalen Ereignisse zu erstellen und sie zu untersuchen.“ beispiellose Entfernungen.“
Laskar sagte, „Mit JWST können wir jetzt ein Spektrum der Wirtsgalaxie aufnehmen und leicht die Entfernung ermitteln, und in Zukunft könnten wir JWST auch verwenden, um Infrarot-Nachleuchten zu erfassen und ihre chemische Zusammensetzung zu untersuchen.“ Mit ngVLA werden wir in der Lage sein, die geometrische Struktur der Nachglühen und des sternbildenden Treibstoffs in ihrer Wirtsumgebung in beispielloser Detailtiefe zu untersuchen. Ich freue mich über diese bevorstehenden Entdeckungen auf unserem Gebiet.“
Journal Referenz:
- Tanmoy Laskar, Alicia Rouco Escorial. Das erste kurze GRB-Millimeter-Nachglühen: Der weitwinklige Strahl des extrem energiegeladenen SGRB 211106A. Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe. arXiv: 2205.03419v2
