Ljósi varpað á daufa gammablossa
Sævar Helgi Bragason
16. des. 2010
Fréttir
Daufir gammablossar hafa í nokkurn tíma verið stjörnufræðingum ráðgáta. Nú hefur hún verið leyst.
Þótt gammablossar séu með orkuríkustu atburðum alheims hefur sýnilegt ljós frá glæðum þeirra stundum reynst óvenju dauft. Með hjálp GROND mælitækisins á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum á La Silla í Chile hafa stjarnvísindamenn nú komist að því að þetta á sér einfalda útskýringu. Ryk sem liggur milli jarðar og sprengingarinnar er meginástæða daufra gammablossa en aðrar ástæður liggja líka að baki.
Gammablossar eru tilviljanakenndir atburðir sem standa yfir í innan við sekúndu og upp í nokkrar mínútur. Gervitungl á braut um jörðu geta greint þá vegna háorkugeislunar sem berst frá þeim. Fyrir þrettán árum fundu stjörnufræðingar straum orkuminni geislunar sem rekja mátti til þessara atburða og gátu enst í nokkrar vikur eða jafnvel ár, eftir að blossi átti sér stað. Þetta kalla stjörnufræðingar glæður gammablossa.
Röntgengeislun berst frá glæðum allra gammablossa [1] en sýnilegt ljós fylgir aðeins um helmingi blossa og restin er óvenju dauf. Sumir stjörnufræðingar töldu að þessar daufu glæður gætu verið dæmi um nýja tegund af gammablossum á meðan aðrir töldu þá alla mjög fjarlæga. Fyrri rannsóknir bentu til þess að ryk milli blossanna og okkar gæti líka útskýrt hvers vegna þeir voru stundum svo daufir.
„Það er nauðsynlegt að rannsaka glæður blossanna svo auka megi skilning okkar á þeim fyrirbærum sem mynda gammablossa og hvað þau segja okkur um myndun stjarna snemma í sögu alheimsins“ segir Jochen Greiner, aðalhöfundur greinar um rannsóknina, og stjarneðlisfræðingur við Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik í Garching við München í Þýskalandi.
Í árslok 2004 skaut NASA Swift gervitunglinu á loft. Gervitunglið er hátt yfir lofthjúpi jarðar og um leið og það greinir gammablossa sendir það upplýsingar um staðsetningu hans til jarðar svo hægt sé að rannsaka glæðurnar með stjörnusjónaukum á jörðu niðri. Í nýju rannsókninni studdust stjörnufræðingar við gögn frá Swift og athuganir með GROND [2] – mælitæki sem er sérstaklega hugsað til að gera athuganir á gammablossum og er á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum á La Silla í Chile. Með því hefur stjörnufræðingunum tekist að leysa ráðgátuna um daufar glæður gammablossa.
Hraður viðbragðstími er helsti styrkleiki GROND og það sem gerir tækið heppilegt fyrir rannsóknir á glæðum gammablossa. Með því er hægt að gera mælingar örfáum mínútum eftir að skilaboð berast frá Swift um sérstakt kerfi sem kallast Rapid Response Mode. GROND getur auk þess gert athuganir í gegnum sjö síur samtímis sem ná bæði yfir sýnilega og nær-innrauða hluta rafsegulrófsins.
Með því að sameina gögnin frá GROND og Swift gátu stjörnufræðingarnir ákvarðað nákvæmlega ljósmagnið sem glæðurnar gáfu frá sér á mismunandi bylgjulengdum, allt frá háorku röntgengeislun til nær-innrauðs ljóss. Með þessum upplýsingum gátu stjörnufræðingarnir með beinum hætti mælt rykmagnið sem ljósið ferðast í gegnum á leið sinni til jarðar. Áður gátu stjörnufræðingar aðeins áætlað gróflega rykmagnið.
Í ljós kom að birta flestra blossa minnkaði um 60-80% af upphaflegum ljósstyrk vegna ryksins á milli. Þessi áhrif verða enn meiri vegna sökum þess hve blossarnir eru fjarlægir. Það veldur því að athugandi sér aðeins 30-50% ljóssins [4]. Stjörnufræðingar draga því þá ályktun að daufir gammablossar séu flestir daufir vegna þess að aðeins lítill hluti sýnilega ljóssins berst til okkar.
„GROND er ódýrt og tiltölulega einfalt mælitæki í samanburði við mörg önnur á stórum sjónaukum en með því hefur okkur tekist að leysa ráðgátuna um daufa gammablossa“ segir Greiner.
Skýringar
[1] Gammablossar sem vara í yfir meira en tvær sekúndur kallast langir blossar en þeir sem endast skemur eru kallaðir stuttir blossar. Í þessari rannsókn voru langir blossar rannsakaðir en þeir tengjast endalokum ungra og massamikilla stjarna í vetrarbrautum þar sem mikil stjörnumyndun á sér sennilega stað. Stuttir blossar eru ekki eins vel útskýrðir en eru taldir eiga rætur að rekja til samruna tveggja þéttra fyrirbæra eins og nifteindastjarna.
[2] GROND stendur fyrir Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector. Mælitækið var hannað og smíðað í Max-Planck stofnunni í stjarneðlisfræði í samstarfi við Tautenburg stjörnustöðina og hefur verið í notkun síðan í ágúst 2007.
[3] Áður hafa svipaðar rannsóknir á daufum gammablossum verið gerðar. Fyrr á þessu ári notuðu stjörnufræðingar Subaru stjörnusjónaukann í rannsókn á stökum gammablossa og settu svo fram þá tilgátu að daufir gammablossar mynduðust á annan hátt, til dæmis við samruna tvístirna. Á síðasta ári notuðu stjörnufræðingar Keck sjónaukann til að kanna hýsilvetrarbrautir fjórtán daufra gammablossa og drógu þá ályktun að ryk ásamt lágu rauðviki væri líklegasta ástæða daufu blossanna. Í þeim niðurstöðum sem hér eru kynntar voru 39 gammablossar rannsakaðir, þar á meðal um 20 daufir blossar. Þetta er eina rannsóknin þar sem mælingar á rykmagni voru gerðar með beinum hætti og engar ályktanir dregnar fyrirfram.
[4] Alheimurinn þenst út og því mælist rauðvik í glæðum mjög fjarlægra gammablossa. Upphaflega ljósið sem barst frá fyrirbærinu var blárra en ljósið sem við greinum þegar það berst loks til jarðar. Blátt og útfjólublátt ljós dofnar meira en rautt svo heildarljósdeifingin af völdum ryksins er meiri eftir því sem gammablossinn er fjarlægari. Þess vegna skiptir geta GROND til að mæla nær-innrauða geislun miklu máli.
Frekari upplýsingar
Greint er frá þessum rannsóknum í tímaritinu Astronomy & Astrophysics þann 16. desember 2010.
Í rannsóknahópnum eru: J. Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE] í Þýskalandi), T. Krühler (MPE, Universe Cluster, Technische Universität München), S. Klose (Thüringer Landessternwarte í Þýskalandi), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), R. Filgas (MPE), D.H. Hartmann (Clemson University í Bandaríkjunum), A. Küpcü Yoldaş¸ (University of Cambridge í Bretlandi), M. Nardini (MPE), F. Olivares E. (MPE), A. Rau (MPE), A. Rossi (Thüringer Landessternwarte í Þýskalandi), P. Schady (MPE), og A. Updike (Clemson University í Bandaríkjunum).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 14 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og VISTA, stærsta kortlagningarsjónauka (survey telescope) veraldar. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 42 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: saevar[hjá]stjornuskodun.is
Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3847
Email: jcg[hjá]mpe.mpg.de
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook[hjá]eso.org
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1049.
Ljósi varpað á daufa gammablossa
Sævar Helgi Bragason 16. des. 2010 Fréttir
Daufir gammablossar hafa í nokkurn tíma verið stjörnufræðingum ráðgáta. Nú hefur hún verið leyst.
Þótt gammablossar séu með orkuríkustu atburðum alheims hefur sýnilegt ljós frá glæðum þeirra stundum reynst óvenju dauft. Með hjálp GROND mælitækisins á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum á La Silla í Chile hafa stjarnvísindamenn nú komist að því að þetta á sér einfalda útskýringu. Ryk sem liggur milli jarðar og sprengingarinnar er meginástæða daufra gammablossa en aðrar ástæður liggja líka að baki.
Gammablossar eru tilviljanakenndir atburðir sem standa yfir í innan við sekúndu og upp í nokkrar mínútur. Gervitungl á braut um jörðu geta greint þá vegna háorkugeislunar sem berst frá þeim. Fyrir þrettán árum fundu stjörnufræðingar straum orkuminni geislunar sem rekja mátti til þessara atburða og gátu enst í nokkrar vikur eða jafnvel ár, eftir að blossi átti sér stað. Þetta kalla stjörnufræðingar glæður gammablossa.
Röntgengeislun berst frá glæðum allra gammablossa [1] en sýnilegt ljós fylgir aðeins um helmingi blossa og restin er óvenju dauf. Sumir stjörnufræðingar töldu að þessar daufu glæður gætu verið dæmi um nýja tegund af gammablossum á meðan aðrir töldu þá alla mjög fjarlæga. Fyrri rannsóknir bentu til þess að ryk milli blossanna og okkar gæti líka útskýrt hvers vegna þeir voru stundum svo daufir.
„Það er nauðsynlegt að rannsaka glæður blossanna svo auka megi skilning okkar á þeim fyrirbærum sem mynda gammablossa og hvað þau segja okkur um myndun stjarna snemma í sögu alheimsins“ segir Jochen Greiner, aðalhöfundur greinar um rannsóknina, og stjarneðlisfræðingur við Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik í Garching við München í Þýskalandi.
Í árslok 2004 skaut NASA Swift gervitunglinu á loft. Gervitunglið er hátt yfir lofthjúpi jarðar og um leið og það greinir gammablossa sendir það upplýsingar um staðsetningu hans til jarðar svo hægt sé að rannsaka glæðurnar með stjörnusjónaukum á jörðu niðri. Í nýju rannsókninni studdust stjörnufræðingar við gögn frá Swift og athuganir með GROND [2] – mælitæki sem er sérstaklega hugsað til að gera athuganir á gammablossum og er á 2,2 metra MPG/ESO sjónaukanum á La Silla í Chile. Með því hefur stjörnufræðingunum tekist að leysa ráðgátuna um daufar glæður gammablossa.
Hraður viðbragðstími er helsti styrkleiki GROND og það sem gerir tækið heppilegt fyrir rannsóknir á glæðum gammablossa. Með því er hægt að gera mælingar örfáum mínútum eftir að skilaboð berast frá Swift um sérstakt kerfi sem kallast Rapid Response Mode. GROND getur auk þess gert athuganir í gegnum sjö síur samtímis sem ná bæði yfir sýnilega og nær-innrauða hluta rafsegulrófsins.
Með því að sameina gögnin frá GROND og Swift gátu stjörnufræðingarnir ákvarðað nákvæmlega ljósmagnið sem glæðurnar gáfu frá sér á mismunandi bylgjulengdum, allt frá háorku röntgengeislun til nær-innrauðs ljóss. Með þessum upplýsingum gátu stjörnufræðingarnir með beinum hætti mælt rykmagnið sem ljósið ferðast í gegnum á leið sinni til jarðar. Áður gátu stjörnufræðingar aðeins áætlað gróflega rykmagnið.
Í ljós kom að birta flestra blossa minnkaði um 60-80% af upphaflegum ljósstyrk vegna ryksins á milli. Þessi áhrif verða enn meiri vegna sökum þess hve blossarnir eru fjarlægir. Það veldur því að athugandi sér aðeins 30-50% ljóssins [4]. Stjörnufræðingar draga því þá ályktun að daufir gammablossar séu flestir daufir vegna þess að aðeins lítill hluti sýnilega ljóssins berst til okkar.
„GROND er ódýrt og tiltölulega einfalt mælitæki í samanburði við mörg önnur á stórum sjónaukum en með því hefur okkur tekist að leysa ráðgátuna um daufa gammablossa“ segir Greiner.
Skýringar
[1] Gammablossar sem vara í yfir meira en tvær sekúndur kallast langir blossar en þeir sem endast skemur eru kallaðir stuttir blossar. Í þessari rannsókn voru langir blossar rannsakaðir en þeir tengjast endalokum ungra og massamikilla stjarna í vetrarbrautum þar sem mikil stjörnumyndun á sér sennilega stað. Stuttir blossar eru ekki eins vel útskýrðir en eru taldir eiga rætur að rekja til samruna tveggja þéttra fyrirbæra eins og nifteindastjarna.
[2] GROND stendur fyrir Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector. Mælitækið var hannað og smíðað í Max-Planck stofnunni í stjarneðlisfræði í samstarfi við Tautenburg stjörnustöðina og hefur verið í notkun síðan í ágúst 2007.
[3] Áður hafa svipaðar rannsóknir á daufum gammablossum verið gerðar. Fyrr á þessu ári notuðu stjörnufræðingar Subaru stjörnusjónaukann í rannsókn á stökum gammablossa og settu svo fram þá tilgátu að daufir gammablossar mynduðust á annan hátt, til dæmis við samruna tvístirna. Á síðasta ári notuðu stjörnufræðingar Keck sjónaukann til að kanna hýsilvetrarbrautir fjórtán daufra gammablossa og drógu þá ályktun að ryk ásamt lágu rauðviki væri líklegasta ástæða daufu blossanna. Í þeim niðurstöðum sem hér eru kynntar voru 39 gammablossar rannsakaðir, þar á meðal um 20 daufir blossar. Þetta er eina rannsóknin þar sem mælingar á rykmagni voru gerðar með beinum hætti og engar ályktanir dregnar fyrirfram.
[4] Alheimurinn þenst út og því mælist rauðvik í glæðum mjög fjarlægra gammablossa. Upphaflega ljósið sem barst frá fyrirbærinu var blárra en ljósið sem við greinum þegar það berst loks til jarðar. Blátt og útfjólublátt ljós dofnar meira en rautt svo heildarljósdeifingin af völdum ryksins er meiri eftir því sem gammablossinn er fjarlægari. Þess vegna skiptir geta GROND til að mæla nær-innrauða geislun miklu máli.
Frekari upplýsingar
Greint er frá þessum rannsóknum í tímaritinu Astronomy & Astrophysics þann 16. desember 2010.
Í rannsóknahópnum eru: J. Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik [MPE] í Þýskalandi), T. Krühler (MPE, Universe Cluster, Technische Universität München), S. Klose (Thüringer Landessternwarte í Þýskalandi), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), R. Filgas (MPE), D.H. Hartmann (Clemson University í Bandaríkjunum), A. Küpcü Yoldaş¸ (University of Cambridge í Bretlandi), M. Nardini (MPE), F. Olivares E. (MPE), A. Rau (MPE), A. Rossi (Thüringer Landessternwarte í Þýskalandi), P. Schady (MPE), og A. Updike (Clemson University í Bandaríkjunum).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 14 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og VISTA, stærsta kortlagningarsjónauka (survey telescope) veraldar. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 42 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Greinin í A&A
Vefsíða GROND
Myndir af La Silla
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: saevar[hjá]stjornuskodun.is
Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3847
Email: jcg[hjá]mpe.mpg.de
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook[hjá]eso.org
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1049.