Mogelijk hebben we de eerste magnetische uitbarsting buiten onze Melkweg gedetecteerd

Gammastraling is een brede klasse van hoogenergetische fotonen, inclusief alles met een grotere energie dan röntgenstraling. Hoewel ze vaak voortkomen uit processen zoals radioactief verval, produceren weinig astronomische gebeurtenissen ze in voldoende hoeveelheden om te kunnen worden gedetecteerd wanneer de straling afkomstig is uit een ander sterrenstelsel.

De lijst is echter groter dan één, wat betekent dat de ontdekking van gammastraling niet betekent dat we de gebeurtenis kennen die tot hun verschijning heeft geleid. Bij lage energieën kunnen ze worden geproduceerd in de gebieden rond zwarte gaten en neutronensterren. Supernova's kunnen ook een plotselinge uitbarsting van gammastraling produceren, evenals de samensmelting van compacte objecten zoals neutronensterren.

Dan zijn er magnetars. Dit zijn neutronensterren die, althans tijdelijk, intense magnetische velden van >10 hebben¹² Vele malen sterker dan het magnetische veld van de zon. Magnetars kunnen uitbarstingen en zelfs gigantische uitbarstingen ervaren omdat ze grote hoeveelheden energie uitstoten, inclusief gammastraling. Deze explosies kunnen moeilijk te onderscheiden zijn van gammaflitsen die het gevolg zijn van de samensmelting van compacte objecten. Daarom hebben de enige bevestigde gigantische magnetarexplosies plaatsgevonden in onze Melkweg of zijn satellieten. Tot nu toe lijkt het.

wat was dat

De explosie in kwestie werd gevolgd door de European Space Agency Geïntegreerd Gamma Ray Observatoriumonder meer in november 2023. GRB 231115A was kort en duurde bij sommige golflengten slechts ongeveer 50 milliseconden. Hoewel langere gammaflitsen kunnen worden geproduceerd door de vorming van zwarte gaten tijdens supernova's, is deze korte uitbarsting vergelijkbaar met de uitbarstingen die naar verwachting zullen optreden wanneer neutronensterren samensmelten.

Richtingsgegevens van Integral GRB 231115A plaatsten hem direct boven een nabijgelegen sterrenstelsel, M82, ook wel bekend als het Sigarenstelsel. M82 is een zogenaamd starburststelsel, wat betekent dat het in een snel tempo sterren vormt, en de explosie wordt waarschijnlijk veroorzaakt door interacties met zijn buren. Over het geheel genomen vormt het sterrenstelsel sterren met een snelheid die meer dan tien maal zo groot is als de stervormingssnelheid van de Melkweg. Dit betekent veel supernova's, maar ook veel jonge neutronensterren, waarvan sommige magnetars zullen vormen.

Dit sluit de mogelijkheid niet uit dat M82 aanwezig is vóór een gammaflits van een verre gebeurtenis. Onderzoekers gebruiken echter twee verschillende methoden om aan te tonen dat dit hoogst onwaarschijnlijk is, waardoor iets dat in het sterrenstelsel gebeurt de meest waarschijnlijke bron van gammastraling is.

Het zou nog steeds een gammaflits kunnen zijn die plaatsvindt binnen M 82, behalve dat de geschatte totale energie van de explosie veel lager is dan we op basis van die gebeurtenissen zouden verwachten. Supernova's zouden ook op andere golflengten moeten worden gedetecteerd, maar daar was geen spoor van (ze veroorzaken doorgaans toch langere explosies). Een alternatieve bron, de samensmelting van twee compacte objecten zoals neutronensterren, had kunnen worden gedetecteerd met behulp van zwaartekrachtgolfobservatoria, maar er was op dat moment geen duidelijk signaal. Deze gebeurtenissen laten vaak röntgenbronnen achter, maar er zijn geen nieuwe zichtbaar in M82.

Het lijkt dus op een gigantische magnetische uitbarsting, en mogelijke verklaringen voor een korte gammastralingsuitbarsting werken niet echt voor GRB 231115A.

Op zoek naar meer

Het exacte mechanisme waarmee magnetars gammastraling produceren is nog niet volledig vastgesteld. Aangenomen wordt dat dit proces een herschikking van de korst van de neutronenster met zich meebrengt, veroorzaakt door de intense krachten die worden gegenereerd door het verbazingwekkend intense magnetische veld. Er wordt aangenomen dat gigantische fakkels een magnetische veldsterkte van minstens 10 vereisen¹⁵ Gauss. Het magnetische veld van de aarde is minder dan één gauss.

Ervan uitgaande dat de gebeurtenis straling in alle richtingen stuurde in plaats van deze naar de aarde te richten, schatten de onderzoekers dat de totale vrijgekomen energie 10 was.⁴⁵ ergs, wat zich vertaalt naar ongeveer 10²² Megaton TNT. Dus hoewel het minder actief is dan een fusie van neutronensterren, is het nog steeds een indrukwekkend actieve gebeurtenis.

Om ze echter beter te begrijpen hebben we waarschijnlijk meer nodig dan de drie staten in onze directe omgeving die duidelijk met magnetars in verband worden gebracht. Het zou dus een grote overwinning zijn voor astronomen om consistent te kunnen bepalen wanneer deze gebeurtenissen plaatsvinden in verre sterrenstelsels. De resultaten kunnen ons helpen een model te ontwikkelen waarmee we onderscheid kunnen maken wanneer we naar een gigantische uitbarsting kijken in plaats van naar alternatieve bronnen van gammastraling.

De onderzoekers merken ook op dat dit de tweede kandidaat voor een gigantische uitbarsting is die geassocieerd wordt met M82, en zoals hierboven vermeld wordt verwacht dat stellaire sterrenstelsels relatief rijk zijn aan magnetars. Het richten van zoekopdrachten op hen en soortgelijke sterrenstelsels kan precies zijn wat we nodig hebben om het tempo van onze waarnemingen te verhogen.

Natuur, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4 (Over digitale ID's).