Het mysterie van lange gammaflitsen met kilonova’s is ongetwijfeld opgelost

Meer dan vijftig jaar geleden detecteerden militaire satellieten die door de Verenigde Staten in een baan om de aarde waren gebracht gammaflitsen, in het Engels. Gammastraaluitbarstingen Of GRB. De missie van deze satellieten was het detecteren van verboden kernexplosies binnen of buiten de atmosfeer. Maar de wetenschappers die verantwoordelijk waren voor de satellieten beseften al snel dat deze gebeurtenissen kosmisch waren en helemaal niet van menselijke oorsprong. Jaren later werd hun ontdekking vrijgegeven, wat de astrofysische gemeenschap zou verbijsteren.

In feite was de energie die vrijkwam enorm en werd niet eens begrepen totdat iemand opperde te erkennen dat deze gammaflitsen geen gammastralingsemissies waren volgens een soort lichtveld, maar volgens gefocuste jets. De vrijgekomen energie was veel lager, hoewel nog steeds enorm, maar deze keer werd deze begrepen binnen het raamwerk van de bekende astrofysica.

Epische onthulling van GW170817. Voor een redelijk nauwkeurige Franse vertaling klikt u rechtsonder op het witte rechthoekje. De Engelse vertaling zou hierna moeten verschijnen. Klik vervolgens op de moer rechts van de rechthoek, vervolgens op ‘Vertalingen’ en ten slotte op ‘Automatisch vertalen’. Selecteer “Frans”. © Wetenschap versus film

Kilonova-, gamma- en zwaartekrachtbronnen

We realiseerden ons ook dat gammaflitsen in twee categorieën kunnen worden verdeeld: kort, die minder dan twee seconden duren, en lang, die vaak ongeveer tien seconden duren. In het eerste geval waren dit waarschijnlijk botsingen van neutronensterren, resulterend in wat later kilonova’s werden genoemd: explosies die krachtiger zijn dan nova’s maar zwakker dan supernova’s. Uiteindelijk hebben we deze hypothese gevalideerd door de bron van de zwaartekrachtgolf GW170817 te ontdekken.

Deze lange explosies moeten veroorzaakt zijn door zeer massieve sterren die snel ronddraaien en die, door de zwaartekracht instorten, een zwart gat in hun kern vormden, en vervolgens een zwart gat dat materie accumuleert en twee jets produceert terwijl de ster blijft roteren. Voordat het een supernova wordt, wordt het soms een supernova genoemd. In het Engels wordt dit ook wel een model genoemd Stort in, Samentrekking van Engelse termen Stort in (instorting) en een ster (ster), officieel “geëxplodeerde ster” in het Frans, hoewel deze naam in de praktijk zelden wordt gebruikt.

De zaken zijn ingewikkeld geworden sinds 11 december 2021, toen de röntgen- en gammastralingsdetectoren aan boord van de Swift- en Fermi-satellieten een GRB rapporteerden die ongeveer een minuut duurde en daarom typerend is voor een lange gammastraaluitbarsting en daarmee verband zou kunnen houden. met een bekend sterrenstelsel. Een miljard lichtjaar verwijderd van het Melkwegstelsel.

Waarnemingen kunnen echter worden gedaan op verschillende golflengten, zoals infrarood, bijvoorbeeld met behulp van een telescoop Tweeling Noord (Hawaï, VS) of met Hubble, hebben duidelijk aangetoond dat GRB 211211A eigenschappen heeft die tot nu toe werden toegeschreven aan kilonova’s, en dus aan korte gammaflitsen.

Op 11 december 2021 ontdekten NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory en Fermi Gamma-ray Space Telescope een uitbarsting van hoogenergetisch licht afkomstig van de buitenwijken van een sterrenstelsel op ongeveer een miljard lichtjaar afstand. Deze gebeurtenis schokte het begrip van wetenschappers over gammastraaluitbarstingen (GRB’s), de krachtigste gebeurtenissen in het universum. Deze explosie wordt GRB 211211A genoemd. Verschillende onderzoeksgroepen hebben gekeken naar waarnemingen verzameld door Swift, Fermi, de Hubble-ruimtetelescoop en anderen. Sommigen hebben gesuggereerd dat de vreemdheid van deze explosie verklaard zou kunnen worden doordat een neutronenster samensmelt met een ander massief object, zoals een zwart gat. Voor een redelijk nauwkeurige Franse vertaling klikt u rechtsonder op het witte rechthoekje. De Engelse vertaling zou hierna moeten verschijnen. Klik vervolgens op de moer rechts van de rechthoek, vervolgens op ‘Vertalingen’ en ten slotte op ‘Automatisch vertalen’. Selecteer “Frans”. © NASA Goddard Space Flight Center

Gottlieb-erts Hij is een onderzoeker Centrum voor Computationele Astrofysica (CCA) l Flatiron Instituut in New York. Hij en collega’s hebben zojuist een artikel gepubliceerd in Astrofysische dagboekbrieven Een vrij toegankelijke versie is te vinden op arXiv Ze kondigden aan dat ze een verklaring hadden gevonden voor het paradoxale geval van GRB 211211A en een ander geval uit 2023, GRB 230307A, dat vergelijkbaar is.

De onderzoekers voerden geavanceerde numerieke simulaties uit die specifiek de magnetohydrodynamica van plasma omvatten, dat accretieschijven kan vormen in gekromde ruimtetijd. Ze ontdekten dat de waarnemingen op twee manieren konden worden geïnterpreteerd, en bouwden daarmee een raamwerk dat de beschrijving van veel gammaflitsen verenigt, althans in theorie.

Een uniform model van zwarte gaten die neutronenstermaterie aanzuigen

In het eerste geval vormen twee neutronensterren die in een normaal kilonova-scenario botsen door samensmelting ook een zwart gat. Maar wat er veranderd is, is dat het zwarte gat een deel van de materie verzamelt die overblijft na de botsing, waardoor opnieuw een accretieschijf en jets van materie ontstaan ​​die bronnen van gammastraling zijn.

Het tweede geval is een zeldzame botsing tussen een neutronenster en een stellair zwart gat. Maar daar zien we ook een accretieschijf en materiestralen die aan de oorsprong liggen van een lange gammaflits.

Dit is wat Or Gottlieb deed zeggen: Onze bevindingen, die waarnemingen koppelen aan fundamentele natuurkunde, verenigen veel onopgeloste mysteries op het gebied van gammaflitsen. Voor het eerst kunnen we naar GRB-waarnemingen kijken en ontdekken wat er gebeurde voordat het zwarte gat ontstond. Als we lange GRB’s zien zoals die in 2022, weten we nu dat ze uit een zwart gat met een enorme schijf komen. Omdat we het bestaan ​​van een enorme schijf kennen, kunnen we nu de verhouding van de massa’s van de twee oorspronkelijke objecten bepalen, omdat de verhouding van hun massa’s verband houdt met de eigenschappen van de schijf. De fusie van neutronensterren met ongelijke massa zal bijvoorbeeld onvermijdelijk een langlevende GRB opleveren. »

Astrofysici Noordwestelijke Universiteit (VS) ontwikkelde de eerste numerieke simulatie die de evolutie van de jet volgt tijdens de fusie van een zwart gat en een neutronenster over grote afstanden. © Uri Gottlieb, Danat Issa, Alexander Tsjechovskoy

Verwacht wordt dat GRB-ontdekkingen met hulp zullen verdubbelen Vera C. Rubin Observatorium Binnen een paar jaar, en daarom zei Gottlieb in de conclusie van het persbericht van de Simons Foundation: “ Naarmate we meer waarnemingen krijgen van gammaflitsen tijdens verschillende pulsatieperioden, zullen we beter in staat zijn de centrale drijfveren achter deze extreme gebeurtenissen te onderzoeken. “.