Astronomen hebben een ongekende manier ontdekt om een ​​ster te vernietigen

Astronomen bestuderen een krachtige gammastraaluitbarsting (GRB) met behulp van de Gemini South-telescoop, die wordt beheerd door NSF NOIRLabMogelijk heeft hij een ongekende manier ontdekt om een ​​ster te vernietigen. In tegenstelling tot de meeste GRB’s, die worden veroorzaakt door exploderende massieve sterren of mogelijke samensmeltingen van neutronensterren, hebben astronomen geconcludeerd dat GRB’s het gevolg zijn van de botsing van sterren of stellaire overblijfselen in de drukke omgeving rond een massieve ster. Zwart gat In het hart van een oud sterrenstelsel.

De aard van de sterdood

Sterren in het universum beëindigen hun leven gewoonlijk op voorspelbare manieren, bepaald door hun massa. Sterren met een relatief lage massa, zoals onze zon, werpen op oudere leeftijd hun buitenste lagen af ​​en vervagen uiteindelijk witte dwerg sterren. Massievere sterren branden helderder en sterven eerder bij catastrofale supernova-explosies, waardoor ultradichte objecten zoals neutronensterren en zwarte gaten ontstaan. Als twee van deze stellaire overblijfselen een binair systeem vormen, kunnen ze uiteindelijk ook botsen. Nieuw onderzoek wijst echter op een vierde optie die al lang wordt verondersteld, maar nog nooit eerder is gezien.

Deze artist’s impression laat zien hoe astronomen die een krachtige gammastraaluitbarsting (GRB) bestuderen met behulp van de Gemini South-telescoop, beheerd door NSF’s NOIRLab, mogelijk een ongekende manier hebben ontdekt om een ​​ster te vernietigen. In tegenstelling tot de meeste GRB’s, die worden veroorzaakt door exploderende massieve sterren of mogelijk samensmeltende neutronensterren, hebben astronomen geconcludeerd dat deze GRB’s in plaats daarvan voortkwamen uit botsingen van sterren of stellaire overblijfselen in de dichtbevolkte omgeving rond een superzwaar zwart gat in de kern van de galactische kern. oude melkweg

Ontdek nieuwe ontdekkingen

Bij hun zoektocht naar de oorsprong van de Long Duration GRB hebben astronomen gebruik gemaakt van de Gemini South Telescope in Chili, onderdeel van het Gemini International Observatory van het NOIRLab van de National Science Foundation, en van de Northern Optical Telescope and Astronomy Observatory. NASA/Europese Ruimtevaartorganisatie Hubble-ruimtetelescoopZe ontdekten bewijs van botsende sterren, of stellaire overblijfselen, op een sloopderby-achtige manier in het dicht opeengepakte, chaotische gebied nabij het superzware zwarte gat van een oud sterrenstelsel.

‘Deze nieuwe bevindingen laten zien dat sterren hun ondergang tegemoet kunnen zien in sommige van de dichtere gebieden van het heelal, waar ze met elkaar in botsing kunnen komen’, zegt Andrew Levan, astronoom aan de Radboud Universiteit in Nederland en hoofdauteur van het artikel dat verscheen in het tijdschrift Radboud. Natuurastronomietijdschrift. “Dit is opwindend om te begrijpen hoe sterren sterven en om andere vragen te beantwoorden, zoals welke onverwachte bronnen de zwaartekrachtsgolven kunnen veroorzaken die we op aarde kunnen detecteren.”

Observationeel bewijs en resultaten

Oude sterrenstelsels zijn het begin van stervorming al lang voorbij en er zullen nog maar weinig of geen reuzensterren over zijn, die de belangrijkste bron zijn van lange GRB’s. Hun kernen wemelen echter van de sterren en een verzameling superdichte overblijfselen, zoals witte dwergen, neutronensterren en zwarte gaten. Astronomen hebben lang vermoed dat het in de turbulente activiteit rondom een ​​superzwaar zwart gat slechts een kwestie van tijd zou zijn voordat twee stellaire objecten met elkaar in botsing zouden komen en GRB’s zouden produceren. Het bewijs voor dit soort fusie blijft echter ongrijpbaar.

Astronomen die een krachtige gammastraaluitbarsting (GRB) bestuderen met het Gemini International Observatory, beheerd door NSF’s NOIRLAb, hebben misschien een ongekende manier opgemerkt om een ​​ster te vernietigen. In tegenstelling tot de meeste GRB’s, die worden veroorzaakt door exploderende massieve sterren of mogelijk samensmeltende neutronensterren, hebben astronomen geconcludeerd dat deze GRB’s in plaats daarvan voortkwamen uit botsingen van sterren of stellaire overblijfselen in de dichtbevolkte omgeving rond een superzwaar zwart gat in de kern van de galactische kern. oude melkweg Bron: Gemini Observatory International/NOIRLAb/NSF/AURA/M. Knoflook / M. mijn tijd

De eerste aanwijzingen voor een dergelijke gebeurtenis werden gezien op 19 oktober 2019 toen NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory een heldere flits van gammastraling ontdekte die iets meer dan een minuut duurde. Elke GRB-burst die langer dan 2 seconden duurt, wordt als “lang” beschouwd. Dergelijke explosies zijn meestal het gevolg van de supernova-dood van sterren die minstens tien keer de massa van onze zon hebben, maar niet altijd.

De onderzoekers gebruikten vervolgens Gemini South om langetermijnobservaties te maken van de vervagende nagloed van de GRB-explosies om meer te weten te komen over de oorsprong ervan. Dankzij de waarnemingen konden astronomen de GRB-explosies lokaliseren in een gebied op minder dan 100 lichtjaar van de kern van een oud sterrenstelsel, en ze in de buurt van het superzware zwarte gat van het sterrenstelsel plaatsen. De onderzoekers vonden ook geen bewijs van een soortgelijke supernova, die zijn stempel zou hebben gedrukt op het door Gemini South bestudeerde licht.

Inzicht in het ontstaan ​​van de GRB

‘Onze daaropvolgende waarnemingen vertelden ons dat de explosie niet zozeer een massieve instortende ster was, maar hoogstwaarschijnlijk werd veroorzaakt door de samensmelting van twee samensmeltende objecten,’ zei Levan. ‘Door het in het centrum van een eeuwenoud, eerder geïdentificeerd sterrenstelsel te plaatsen, hebben we het eerste verleidelijke bewijs verkregen van een nieuw traject dat sterren volgen op hun ondergang.’

Vanaf een duizelingwekkende hoogte kan de volledige reikwijdte en dimensie van de Gemini South Telescope, de helft van het Gemini International Observatory, beheerd door NSF’s NOIRLab, worden bereikt. Gemini South ligt op de berg Cerro Bachon op een hoogte van 2.715 meter (8.900 voet) boven zeeniveau en profiteert van de stabiele omstandigheden van het microklimaat. De droge lucht die het voor een telescoop gemakkelijker maakt om te “zien” is bijna voelbaar boven de uitgestrekte Chileense Andes op de achtergrond. Deze afbeelding toont ook de 8 meter lange spiegel van de telescoop die door de koepelstructuur tuurt, wat ongebruikelijk is bij daglicht, en de zonnepanelen (rechtsonder), die de telescoop van stroom voorzien tijdens nachtelijke waarnemingen van de zuidelijke hemel. Bron: Gemini Observatory International/NOIRLAb/NSF/AURA/T. Matsopoulos

In normale galactische omgevingen wordt aangenomen dat de productie van lange GRB’s uit de overblijfselen van botsende sterren zoals neutronensterren en zwarte gaten zeldzaam is. De kernen van oude sterrenstelsels zijn echter helemaal niet normaal, en er kunnen wel een miljoen of meer sterren zijn gepropt in een gebied van slechts een paar lichtjaren in doorsnee. Een dergelijke intense bevolkingsdichtheid zou zo groot kunnen zijn dat er af en toe stellaire botsingen zouden plaatsvinden, vooral onder de gigantische zwaartekracht van een superzwaar zwart gat, dat de bewegingen van de sterren zou verstoren en ze in willekeurige richtingen zou sturen. Uiteindelijk zullen deze verdwaalde sterren elkaar kruisen en samensmelten, wat resulteert in een enorme explosie die vanaf grote kosmische afstanden zichtbaar is.

Het is mogelijk dat dergelijke gebeurtenissen routinematig plaatsvinden in soortgelijke dichtbevolkte gebieden in het hele universum, maar tot nu toe onopgemerkt zijn gebleven. Een mogelijke reden voor de ondoorzichtigheid ervan is dat de galactische centra gevuld zijn met stof en gas, wat zowel de aanvankelijke flits van de GRB als de daaruit voortvloeiende nagloed zou kunnen verdoezelen. Dit type GRB is geïdentificeerd als GVK 191019aDit kan een zeldzame uitzondering zijn, waardoor astronomen de explosie kunnen detecteren en de nawerkingen ervan kunnen bestuderen.

Toekomstig onderzoek en de implicaties ervan

Onderzoekers willen meer weten over deze gebeurtenissen. Ze hopen de ontdekking van GRB’s te matchen met de overeenkomstige detectie van zwaartekrachtgolven, die meer over hun ware aard zouden onthullen en hun oorsprong zouden bevestigen, zelfs in de meest mysterieuze omgevingen. Het Vera C. Rubin Observatorium zal, wanneer het in 2025 klaar is voor gebruik, van onschatbare waarde zijn in dit soort onderzoek.

“Het bestuderen van gammaflitsen zoals deze is een goed voorbeeld van hoe het veld al gevorderd is, waarbij zoveel faciliteiten samenwerken, van detectie van GRB’s tot detectie van aurorae en afstanden met telescopen als Gemini, helemaal tot gedetailleerde ontledingen van gebeurtenissen. ‘, zei Levan, ‘met waarnemingen over het hele elektromagnetische spectrum’.

‘Deze waarnemingen dragen bij aan de rijke erfenis van Gemini en vergroten ons begrip van de evolutie van sterren’, zegt Martin Steele, NSF-programmamanager bij het Gemini International Observatory. “De tijdgevoelige waarnemingen zijn een bewijs van de intelligente processen van Gemini en de gevoeligheid voor dynamische, verre gebeurtenissen in het universum.”

Referentie: “Lange periode Gammastraaluitbarsting van dynamische oorsprong uit een oude galactische kern” door Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A . Burleigh, Gillian Rastingad, Brian D. Metzger, Steve Schulz, Elizabeth R. Stanway, Anne Enckenhage, Taiba Zafar, J. Feliciano Agui Fernandez, Ashley A. Krems, Kornbob Birumbakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragioni, Johann Bo Venpo, Nicola Gaspari, Casper E. Heintz, Jens Hegworth, Pal Jacobson, Peter J. Junker, Gavin B. Lam, Elijah Mandel, Sohaib Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sullerman en Niall R. Tanvir, 22 juni 2023, hier beschikbaar. Natuur Astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-01998-8

Meer over deze ontdekking:

Referentie: “Lange periode Gammastraaluitbarsting van dynamische oorsprong uit een oude galactische kern” door Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A . Burleigh, Gillian Rastingad, Brian D. Metzger, Steve Schulz, Elizabeth R. Stanway, Anne Enckenhage, Taiba Zafar, J. Feliciano Agui Fernandez, Ashley A. Krems, Kornbob Birumbakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen Fei Fung, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragioni, Johann Bo Venpo, Nicola Gaspari, Casper E. Heintz, Jens Hegworth, Pal Jacobson, Peter J. Junker, Gavin B. Lam, Elijah Mandel, Sohaib Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sullerman en Niall R. Tanvir, 22 juni 2023, hier beschikbaar. Natuur Astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-01998-8