Med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) registrerade astronomer för första gången en explosiv neutronstjärna sammanslagning av en neutronstjärna med en annan stjärna. De upptäckte ett millimetervåglängtsljus från en brinnande explosion orsakad av sammanslagningen. Detta ljus tros vara en av de mest energiska kortvariga gammastrålningsskurar som någonsin observerats - GRB 211106A.
Tanmoy Laskar, som snart kommer att börja arbeta som biträdande professor i fysik och astronomi vid University of Utah, sa: "Sammanslagningarna uppstår på grund av gravitationsvågstrålning som tar bort energi från binärstjärnornas omloppsbana, vilket får stjärnorna att spiralera in mot varandra."
"Den resulterande explosionen åtföljs av jetstrålar som rör sig nära ljusets hastighet. När ett av dessa strålar riktas mot jorden, observerar vi en kort puls av gammastråle strålning eller en kortvarig GRB.”
Kortvariga GRB:er är ofta svåra att upptäcka. Hittills har endast ett halvdussin kortvariga GRB:er detekterats vid radiovåglängder. Dessutom hade ingen upptäckts i millimetervåglängder.
Laskar sa, "Svårigheten är det enorma avståndet till GRB och teleskopens tekniska kapacitet. Kortvarig GRB efterglöd är mycket lysande och energiska. Men dessa explosioner sker i avlägsna galaxer, vilket innebär att ljuset från dem kan vara ganska svagt för våra teleskop på jorden. Innan ALMA var millimeterteleskop inte tillräckligt känsliga för att upptäcka dessa efterglöd."
Ljuset från GRB 211106A var så svagt att medan tidiga röntgenobservationer med NASA:s Neil Gehrels Swift Observatory såg explosionen, var värdgalaxen oupptäckbar vid den våglängden. Därför kunde forskarna inte fastställa dess exakta plats.
Att veta vilken galax en explosion kommer från och förstå mer om själva explosionen behöver använda efterglödljus. Forskare antog först att denna explosion kan komma från en närliggande galax när bara röntgenmotsvarigheten hade hittats.
Laskar sa, "Varje våglängd gav en ny dimension till forskarnas förståelse av GRB, och i synnerhet millimeter var avgörande för att avslöja sanningen om explosionen."
"Hubble-observationerna avslöjade ett oföränderligt fält av galaxer. ALMA:s oöverträffade känslighet gjorde det möjligt för oss att fastställa platsen för GRB i det fältet med mer precision, och det visade sig vara i en annan svag galax, som ligger längre bort. Det betyder i sin tur att denna kortvariga gammastrålning är ännu kraftfullare än vi först trodde, vilket gör den till en av de mest lysande och energiska som någonsin har gjorts.”
Wen-fai Fong, biträdande professor i fysik och astronomi vid Northwestern University, tillade, "Denna korta gammastrålning var första gången vi försökte observera en sådan händelse med ALMA. Efterglöd för korta skurar är mycket svåra att få tag på, så det var spektakulärt att fånga denna händelse som lyser så starkt. Efter många år av observation av dessa skurar, öppnar denna överraskande upptäckt upp ett nytt studieområde, eftersom det motiverar oss att observera många fler av dessa med ALMA och andra teleskoparrayer i framtiden."
Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer för NRAO/ALMA, sa, ”De här observationerna är fantastiska på många plan. De ger mer information för att hjälpa oss att förstå det gåtfulla gammastrålar (och neutronstjärnas astrofysik i allmänhet). De visar också hur viktiga och kompletterande multivåglängdsobservationer med rymd- och markbaserade teleskop är för att förstå astrofysiska fenomen."
Edo Berger, professor i astronomi vid Harvard University och forskare vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, sa, "Studien av kortvariga GRB kräver snabb koordinering av teleskop runt om i världen och i rymden, som fungerar på alla våglängder. När det gäller GRB 211106A använde vi några av de mest kraftfulla teleskopen som finns tillgängliga – ALMA, National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), NASA:s Chandra X-ray Observatory och Hubble Space Telescope.”
"Med det nu fungerande James Webb rymdteleskopet (JWST) och framtida 20-40 meter optiska och radioteleskop som nästa generations VLA (ngVLA), kommer vi att kunna producera en komplett bild av dessa katastrofala händelser och studera dem på oöverträffade avstånd.”
Laskar sade, "Med JWST kan vi nu ta ett spektrum av värdgalaxen och enkelt veta avståndet, och i framtiden kan vi också använda JWST för att fånga infraröda efterglöd och studera deras kemiska sammansättning. Med ngVLA kommer vi att kunna studera den geometriska strukturen hos efterglöden och det stjärnbildande bränslet som finns i deras värdmiljöer i oöverträffad detalj. Jag är exalterad över dessa kommande upptäckter inom vårt område."
Tidskriftsreferens:
- Tanmoy Laskar, Alicia Rouco Escorial. Den första korta GRB-millimeterns efterglödning: Den vidvinklade strålen från den extremt energiska SGRB 211106A. The Astrophysical Journal Letters. arXiv: 2205.03419v2
