Valo 12 miljardia vuotta sitten tapahtuneesta valtavasta räjähdyksestä saavuttaa maan
Gammasäteilyn purske 1404191 havaittiin kello 23.00. 19. huhtikuuta SMU: n robotti-ROTSE-IIIb-teleskoopilla McDonald Observatoriossa, Fort Davis, Texas. Kuva: Southern Methodist University
Yli 12 miljardia vuotta sitten-pian alkuräjähdyksen jälkeen-tapahtui harvinainen, korkean energian räjähdys. Sen valo saavutti vasta äskettäin Maan ja näkyi taivaalla. Nykyään kutsumme näitä räjähdyksiksigammasäteilyä. Valo kulki 12,1 miljardia vuotta, ennen kuin se havaittiin ja havaittiin teleskoopilla ROTSE-IIIb, jonka omistaa Dallasin Southern Methodist University.
Gammasäteiden puhkeamisen uskotaan olevan tähden katastrofaalinen romahtaminen elämänsä lopussa. SMU -fyysikot raportoivat, että heidän kaukoputkensa havaitsi ensimmäisenä maassa räjähdyksen ja otti kuvan, kertoi Farley Ferrante, SMU: n fysiikan laitoksen jatko -opiskelija, joka seurasi havaintoja yhdessä kahden tähtitieteilijän kanssa Turkissa ja Havaijilla.
Nasan Gamma-ray Coordinates Network -yhtiön tallentama GRB 140419A, purske havaittiin kello 23.00. Huhtikuuta SMU: n robottiteleskoopilla McDonaldin observatoriossa Länsi -Teksasin Davis -vuoristossa.
Tähtitieteilijät eivät ymmärrä gammasäteilyjä hyvin, mutta niitä pidetään tärkeinä, Ferrante sanoi.
'Kuten NASA huomauttaa, gammasäteily on maailmankaikkeuden voimakkain räjähdys alkuräjähdyksen jälkeen', hän sanoi. 'Nämä purskeet vapauttavat enemmän energiaa 10 sekunnissa kuin maapallomme aurinko koko sen odotetun 10 miljardin vuoden elinkaaren aikana.'
Jotkut näistä gammasäteilyn purskeista näyttävät liittyvän supernoviin ja vastaavat massiivisen tähden eliniän loppua, sanoi fysiikan professori ja SMU-tähtitieteen ryhmän johtaja Robert Kehoe.
'Gammasäteilypurskeet voivat olla erityisen massiivisia serkkuja supernoville, tai ne voivat vastata tapauksia, joissa räjähdyssuunta heijastuu enemmän suuntaan. Tutkimalla niitä opimme supernovista ”, Kehoe sanoi.
Tutkijat pystyivät havaitsemaan optista valoa gammasäteilyistä vasta 1990-luvun lopulla, jolloin teleskooppitekniikka parani. Kaikkien sähkömagneettisen spektrin valojen joukossa gammasäteillä on lyhyimmät aallonpituudet ja ne näkyvät vain erikoisilmaisimilla.
Gammasäteilyä syntyy kuumista tähdistä, joiden koko on jopa 50 auringon massaa. Räjähdys tapahtuu, kun tähdistä loppuu polttoaine ja romahtavat itsekseen muodostaen mustia aukkoja.
Ulkokerrokset räjähtävät ja ampuivat materiaalia pyörimisakselia pitkin tehokkaissa, energiatehokkaissa suuttimissa, jotka sisältävät gammasäteilyä.
Gammasäteilyn vähentyessä räjähdys tuottaa näkyvän optisen valon jälkivalaistuksen. Valo puolestaan häipyy hyvin nopeasti, Kehoe sanoi. Fyysikot laskevat räjähdysmatkan valon aallonpituuden tai punasiirtymän perusteella.
'Optinen valo näkyy muutamasta sekunnista muutamaan tuntiin', Kehoe sanoi. ”Joskus optiset teleskoopit voivat kaapata spektrit. Tämän avulla voimme laskea valon punaisen siirtymän, joka kertoo kuinka nopeasti valo liikkuu poispäin meistä. Tämä on epäsuora osoitus etäisyydestä meistä. ”
Gammasäteilyn havainnointitiedot antavat tutkijoille mahdollisuuden ymmärtää varhaisen maailmankaikkeuden rakennetta
Kehoe ja Ferrante huomauttavat uusien gammasäteilyhavaintojen iän kontekstissa, että alkuräjähdys tapahtui 13,81 miljardia vuotta sitten. GRB 140419A on punaisella siirtymällä 3,96, Ferrante sanoi.
'Tämä tarkoittaa, että GRB 140419A räjähti noin 12,1 miljardia vuotta sitten', hän sanoi, 'mikä on vain noin puolitoista miljardia vuotta maailmankaikkeuden alkamisen jälkeen. Se on todella vanhaa. ”
Purskeen kuvilla varustetut tähtitieteilijät voivat analysoida havaintoaineistoa tehdäkseen uusia johtopäätöksiä varhaisen maailmankaikkeuden rakenteesta.
'Tämän gammasäteilyn räjähdyksen aikaan universumi näytti huomattavasti erilaiselta kuin nyt', Kehoe sanoi. 'Se oli galaksin muodostumisen varhainen vaihe. Maan kaltaisten planeettojen valmistamiseen ei ollut raskaita elementtejä. Tämä on siis vilkaisu varhaiseen maailmankaikkeuteen. Gammasäteilyn havaitseminen on tärkeää, jotta saadaan tietoa varhaisesta maailmankaikkeudesta. ”
GRB 140419A: n kirkkaus, mitattuna sen kyvystä nähdä joku maapallolla, oli 12. suuruusluokkaa, Kehoe sanoi osoittaen, että se oli vain 10 kertaa himmeämpi kuin kiikarilla näkyvä ja vain 200 kertaa himmeämpi kuin ihmissilmä voi nähdä , Kehoe sanoi.
'Ero kirkkaudessa on suunnilleen sama kuin kirkkaimman tähden, jonka näet taivaalla, ja himmeimmän, jonka näet paljaalla silmällä kirkkaana, pimeänä yönä', Kehoe sanoi. 'Koska tämä asia oli näkyvän maailmankaikkeuden reunalla, se on äärimmäinen räjähdys. Se oli jotain suurta. Todella iso.'
SMU -teleskooppi vastasi NASA -satelliitin havaitsemiseen ja ilmoitukseen
SMU: n robottioptinen ohimenevä hakukokeilu (ROTSE) IIIb on robotti -kaukoputki. Se on osa NASA: n satelliittiin reagoivien maateleskooppien verkostoa, joka on keskeinen osa avaruusjärjestön Swift Gamma-Ray Burst Mission -operaatiota. Kuvat gammasäteilystä ovat osoitteessa https://bit.ly/1kKZeh5.
Kun Swift-satelliitti havaitsee gammasäteilyn, se välittää välittömästi sijainnin. Teleskoopit ympäri maailmaa, kuten SMU: n ROTSE-IIIb, käynnistyvät toimintaan tarkkailemaan purskeen jälkivalaistusta ja ottamaan kuvia, kertoi gammasäteilyn tutkimukseen osallistunut SMU-tutkija Govinda Dhungana.
SMU: n ROTSE-IIIb havaitsee optisen säteilyn useista gammasäteilyistä vuosittain. Se havaitsi GRB 140419A: n vain 55 sekuntia sen jälkeen, kun Swift havaitsi purskeen.
Vain muutamaa päivää myöhemmin ROTSE-IIIb havaitsi ja raportoi toisen harvinaisen ja kaukana olevan gammasäteilyn, GRB 140423A, kello 3.30. ROTSE-IIIb havaitsi sen 51 sekuntia sen jälkeen, kun Swift havaitsi purskeen.
'Meillä on kirkkain havainto ja varhaisin vastaus molempiin, koska kaukoputkemme on täysin robotti eikä ihmisen käsi ollut mukana', Ferrante sanoi.
Ferrante, joka tarkisti ensimmäisenä havainnot GRB 140423A: sta, on ensimmäinen gamma-säteilyn kirjoittaja. Tolga Guver, apulaisprofessori Astronomian ja avaruustieteiden laitoksella Istanbulin yliopistossa Turkissa, on toinen kirjoittaja. Mallissa GRB 140419A Guver on ensimmäinen kirjoittaja ja Ferrante on toinen.