Tähtitieteilijä Andrew Levanin mukaan gammapurkausten tutkimisessa on vanha sananlasku: 'Kun olet nähnyt yhden gammasäteen purkauksen, olet nähnyt... vain yhden gammasäteen purkauksen. Neeivät olekaikki sama', hän sanoi lehdistötilaisuudessa 16. huhtikuuta, jossa keskusteltiin hyvin erilaisen GRB:n löydöstä – tyypistä, jolla on uusi pitkäkestoinen maku.
Kolme näistä epätavallisista pitkäaikaisista tähtiräjähdyksistä on löydetty äskettäin käyttämällä Swift-satelliittia ja muita kansainvälisiä teleskooppeja, ja yksi, nimeltään GRB 111209A, on pisin koskaan havaittu GRB, jonka kesto on vähintään 25 000 sekuntia eli noin 7 tuntia.
'Olemme havainneet pisimmän gammasäteilypurkauksen nykyaikaisessa historiassa ja uskomme, että tämä tapahtuma johtuu sinisen superjättiläisen kuolemasta', sanoi Bruce Gendre, tutkija, joka on nykyisin yhteydessä Ranskan kansalliseen tieteelliseen tutkimuskeskukseen ja joka johti tätä tutkimusta. Italian avaruusjärjestön tiedetietokeskuksessa Frascatissa, Italiassa. 'Se aiheutti voimakkaimman tähtiräjähdyksen lähihistoriassa ja todennäköisesti sitten alkuräjähdyksen.'
Tähtitieteilijät sanoivat, että nämä kolme GRB:tä edustavat aiemmin tuntematonta luokkaa näistä tähtien räjähdyksistä, jotka johtuvat satoja kertoja aurinkoamme suurempien superjättitähtien katastrofaalisista kuolemista. GRB:t ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia ja salaperäisimpiä räjähdyksiä. Räjähdykset lähettävät gammasäteilyä – voimakkainta valomuotoa – sekä röntgensäteitä, ja ne tuottavat jälkihehkuja, jotka voidaan havaita optisilla ja radioenergioilla.
Swift, Fermi-teleskooppi ja muut avaruusalukset havaitsevat keskimäärin noin yhden GRB:n joka päivä. Siitä, miksi tämän tyyppistä GRB:tä ei ole havaittu aiemmin, Levan selitti, että tämä uusi tyyppi näyttää olevan vaikea löytää, koska ne kestävät.
'Gammasädeteleskoopit havaitsevat yleensä nopean piikin, ja etsit purskahdusta - kuinka monta gammasädettä tulee taivaalta', Levan kertoi Universe Todaylle. 'Mutta nämä uudet GRB:t tuottavat energiaa pitkän ajan kuluessa, yli 10 000 sekunnissa tavallisen 100 sekunnin sijaan. Koska se on hajallaan, sitä on vaikeampi havaita, ja vasta Swiftin julkaisun jälkeen meillä on mahdollisuus rakentaa kuvia GBS:istä taivaan poikki. Tämän uudenlaisen havaitsemiseksi sinun on laskettava yhteen kaikki valo pitkän ajan kuluessa.
Levan on tähtitieteilijä Warwickin yliopistossa Coventryssa, Englannissa.
Hän lisäsi, että nämä pitkäkestoiset GRB:t olivat todennäköisesti yleisempiä universumin menneisyydessä.
Swiftin havaitsemien GRB:ien lukumäärä, kesto ja purskeluokka esitetään tässä käyrässä. Värit yhdistävät jokaisen GRB-luokan kaavion yläpuolella oleviin kuviin, jotka näyttävät lähdetähtien arvioidut koot. Vertailun vuoksi keltaisen ympyrän leveys edustaa noin 20 prosenttia aurinkoa suurempaa tähteä. Luotto: Andrew Levan, Univ. Warwickista.
Perinteisesti tähtitieteilijät ovat tunnistaneet kahden tyyppisiä GRB:itä: lyhyen ja pitkän gammasäteilysignaalin keston perusteella. Lyhyet purskeet kestävät kaksi sekuntia tai vähemmän, ja niiden uskotaan edustavan kompaktien esineiden fuusiota binäärijärjestelmässä, ja todennäköisimmin epäillyt ovat neutronitähdet ja mustat aukot. Pitkät GRB:t voivat kestää useista sekunneista useisiin minuutteihin tyypillisten kestojen ollessa 20-50 sekuntia. Näiden tapahtumien uskotaan liittyvän Auringon monta kertaa massaa suuremman tähden romahtamiseen ja sen seurauksena uuden mustan aukon syntymiseen.
'Se on hyvin satunnainen prosessi ja jokainen GRB näyttää hyvin erilaiselta', Levan sanoi tiedotustilaisuudessa. 'Niillä kaikilla on erilaisia kestoja ja erilaisia energioita. Vaatii paljon suuremman näytteen nähdäksesi, onko tässä uudessa tyypissä monimutkaisempia kuin tavallisissa gammasäteilypurkauksissa.
Kaikki GRB:t synnyttävät voimakkaita suihkuja, jotka kuljettavat ainetta lähes valon nopeudella vastakkaisiin suuntiin. Kun suihkut ovat vuorovaikutuksessa tähdessä ja sen ympärillä olevan aineen kanssa, ne tuottavat korkeaenergisen valopiikin.
Gendre ja hänen kollegansa tekivät yksityiskohtaisen tutkimuksen GRB 111209A:sta, joka purkautui 9. joulukuuta 2011 käyttäen NASAn Wind-avaruusaluksen Konus-instrumentin gammasäteilytietoja, Swiftin röntgenhavaintoja ja Euroopan avaruusjärjestön XMM-Newton-satelliittia. ja optiset tiedot TAROT-robottiobservatoriosta La Sillassa, Chilessä. 7 tunnin purske on ylivoimaisesti pisin koskaan tallennettu GRB.
Toinen tapahtuma, GRB 101225A, räjähti 25. joulukuuta 2010 ja tuotti korkean energian päästöjä vähintään kahden tunnin ajan. Myöhemmin 'Joulupurskeeksi' kutsutun tapahtuman etäisyyttä ei tiedetty, mikä sai kaksi joukkuetta päätymään radikaalisti erilaisiin fyysisiin tulkintoihin. Eräs ryhmä päätteli, että räjähdyksen aiheutti asteroidi tai komeetta, joka putosi neutronitähteen omassa galaksissamme. Toinen ryhmä päätti, että räjähdys johtui noin 3,5 miljardin valovuoden päässä sijaitsevan eksoottisen binäärijärjestelmän fuusiotapahtumasta.
'Tiedämme nyt, että joulupurkaus tapahtui paljon kauempana, yli puolivälissä havaittavaa maailmankaikkeutta, ja oli näin ollen paljon voimakkaampi kuin nämä tutkijat kuvittelivat', sanoi Levan.
Käyttämällä Gemini North -teleskooppia Havaijilla Levan ja hänen tiiminsä saivat spektrin haaleasta galaksista, joka isännöi joulupurkausta. Tämän ansiosta tutkijat pystyivät tunnistamaan hapen ja vedyn päästöviivat ja määrittämään, kuinka paljon nämä linjat olivat siirtyneet alhaisempaan energiaan verrattuna niiden esiintymiseen laboratoriossa. Tämä ero, jonka tähtitieteilijät tuntevat punasiirtymänä, sijoittaa purkauksen noin 7 miljardin valovuoden päähän.
Levanin tiimi tutki myös 111209A:ta ja uudempaa purskaavaa 121027A:ta, joka räjähti 27. lokakuuta 2012. Kaikissa on samanlainen röntgen-, ultravioletti- ja optinen emissio, ja ne kaikki syntyivät tiiviiden galaksien keskialueilta, jotka muodostavat aktiivisesti tähtiä. Tähtitieteilijät ovat tulleet siihen tulokseen, että kaikki kolme GRB:tä muodostavat uudenlaisen GRB:n, jota he kutsuvat 'ultrapitkiksi' purskeiksi.
Tähtitieteilijät ehdottavat, että siniset superjättitähdet voivat olla todennäköisimpiä ultrapitkien GRB:iden lähteitä. Nämä tähdet pitävät noin 20 kertaa auringon massan ja voivat saavuttaa 1000 kertaa aurinkoa suuremman koon, mikä tekee niistä lähes riittävän leveitä ulottumaan Jupiterin kiertoradalle. Kiitokset: NASAn Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.
'Erittäin pitkät GRB:t syntyvät erittäin suurista tähdistä', sanoi Levan, 'ehkä yhtä suuria kuin Jupiterin kiertorata. Koska tähden reunalta mustaan aukkoon putoavan materiaalin on pudottava edelleen, kestää kauemmin päästä sinne. Koska sinne pääseminen kestää kauemmin, se antaa virtaa suihkulle pidemmäksi ajaksi, jolloin sillä on aikaa murtautua ulos tähdestä.'
Levan sanoi, että Wolf-Rayet-tähdet sopivat parhaiten kuvaukseen. 'He syntyvät yli 25 kertaa Auringon massalla, mutta ne palavat niin kuumana, että ne ajavat pois syvän, uloimman vetykerroksensa ulosvirtauksena, jota kutsumme tähtituuleksi', hän sanoi. Tähden ilmakehän poistaminen jättää objektin, joka on tarpeeksi massiivinen muodostamaan mustan aukon, mutta riittävän pienen, jotta hiukkassuihkut voivat porautua koko matkan läpi pitkille GRB:ille tyypillisinä aikoina.
John Graham ja Andrew Fruchter, molemmat Baltimoressa sijaitsevan Space Telescope Science Instituten tähtitieteilijät, antoivat yksityiskohtia siitä, että nämä siniset superjättiläiset sisältävät suhteellisen vaatimattomia määriä heliumia raskaampia alkuaineita, joita tähtitieteilijät kutsuvat metalleiksi. Tämä sopii ilmeiseen palapeliin, että näillä ultrapitkillä GRB:illä näyttää olevan vahva luontainen mieltymys matalametallisille ympäristöille, jotka sisältävät vain pieniä määriä muita alkuaineita kuin vetyä ja heliumia.
'Korkean metallin pitkäkestoisia GRB:itä on olemassa, mutta ne ovat harvinaisia', Graham sanoi. 'Niitä esiintyy noin 1/25 nopeudella (tähtien muodostumisyksikköä kohti) alhaisen metallisuuden tapahtumista. Tämä on hyvä uutinen meille täällä maan päällä, sillä todennäköisyys tämän tyyppisten GRB:n puhkeamiseen omassa galaksissamme on paljon pienempi kuin aiemmin on luultu.'
Tähtitieteilijät keskustelivat löydöistään tiistaina vuoden 2013 Huntsville Gamma-ray Burst -symposiumissa Nashvillessä, Tennissä, kokouksessa, jota osittain sponsoroivat Alabaman yliopisto Huntsvillessä ja NASAn Swift- ja Fermi Gamma-ray -avaruusteleskooppitehtävät. Gendren havainnot julkaistaan 20. maaliskuuta ilmestyvässä The Astrophysical Journal -lehdessä.
Paperi: 'Erittäin pitkä gammasädepurkaus 111209A: sinisen superjätin romahdus?' B. Genre et ai.
Paperi: 'LGB:ien metallivastaisuus.' J. F. Graham ja A. S. Fruchter.
Lähteet: Teleconference, NASA , Warwickin yliopisto , CNRS