Uitzicht op de eerste rij onthult uitzonderlijke kosmische explosie

That's one small step for a man, a giant leap for mankind, dat waren de woorden van Neill Armstrong toen hij zijn eerste stap op de maan zette. De ruimte en het universum interesseren ons allemaal, vind hier alles terug over ons zonnestelstel, de NASA, geplande ruimte missies en andere gebeurtenissen die ons allemaal aangaan.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Uitzicht op de eerste rij onthult uitzonderlijke kosmische explosie

Bericht door univers » 03 jun 2021, 22:08

Wetenschappers hebben tot nu toe het beste zicht gekregen op de helderste explosies in het universum: een gespecialiseerd observatorium in Namibië heeft de meest energetische straling en de langste gammastraling van een zogenaamde gammastraaluitbarsting (GRB) tot nu toe geregistreerd. De waarnemingen met het High Energy Stereoscopic System (HESS) dagen het gevestigde idee uit van hoe gammastraling wordt geproduceerd in deze kolossale stellaire explosies die de geboortekreten zijn van zwarte gaten, zoals het internationale team meldt in het tijdschrift Science .

"Gammastraaluitbarstingen zijn heldere röntgen- en gammaflitsen die in de lucht worden waargenomen, uitgezonden door verre extragalactische bronnen", legt DESY-wetenschapper Sylvia Zhu, een van de auteurs van het artikel, uit. "Het zijn de grootste explosies in het universum en worden geassocieerd met de ineenstorting van een snel roterende massieve ster tot een zwart gat. Een fractie van de vrijgekomen zwaartekrachtsenergie voedt de productie van een ultrarelativistische explosiegolf. Hun emissie is verdeeld in twee verschillende fasen: een aanvankelijke chaotische prompt-fase van tientallen seconden, gevolgd door een langdurige, geleidelijk vervagende afterglow-fase."

Afbeelding
Artistieke impressie van een relativistische straal van een gammastraaluitbarsting (GRB), die uit een instortende ster breekt en zeer energierijke fotonen uitzendt. CREDIT DESY, Wetenschapscommunicatielab

Op 29 augustus 2019 detecteerden de satellieten Fermi en Swift een gammaflits in het sterrenbeeld Eridanus. De gebeurtenis, gecatalogiseerd als GRB 190829A volgens de datum van optreden, bleek een van de dichtstbijzijnde gammaflitsen te zijn die tot nu toe zijn waargenomen, op een afstand van ongeveer een miljard lichtjaar. Ter vergelijking: de typische gammaflits bevindt zich op ongeveer 20 miljard lichtjaar afstand. "We zaten echt op de eerste rij toen deze gammaflits plaatsvond", legt co-auteur Andrew Taylor van DESY uit. Het team ving de gloed van de explosie onmiddellijk op toen deze zichtbaar werd voor de HESS-telescopen. "We konden de nagloed enkele dagen observeren en tot ongekende gammastralingsenergieën", meldt Taylor.

De relatief korte afstand tot deze gammastraaluitbarsting maakte gedetailleerde metingen mogelijk van het spectrum van de nagloed, dat is de verdeling van "kleuren" of fotonenergieën van de straling, in het zeer hoge energiebereik. "We zouden het spectrum van GRB 190829A kunnen bepalen tot een energie van 3,3 tera-elektronvolts, dat is ongeveer een biljoen keer zo energiek als de fotonen van zichtbaar licht", legt co-auteur Edna Ruiz-Velasco van het Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg uit. . "Dit is wat zo uitzonderlijk is aan deze gammastraaluitbarsting - het gebeurde in onze kosmische achtertuin waar de zeer hoogenergetische fotonen niet werden geabsorbeerd in botsingen met achtergrondlicht op hun weg naar de aarde, zoals het gebeurt over grotere afstanden in de kosmos ."

Afbeelding
Artistieke impressie van fotonen met zeer hoge energie afkomstig van een gammastraaluitbarsting die de atmosfeer van de aarde binnendringen en luchtdouches veroorzaken die worden vastgelegd door de telescopen van het High Energy Stereoscopic System (HESS) in Namibië. CREDIT DESY, Wetenschapscommunicatielab

Het team kon de nagloeiing volgen tot drie dagen na de eerste explosie. Het resultaat kwam als een verrassing: "Onze waarnemingen onthulden merkwaardige overeenkomsten tussen de röntgenstraling en de zeer hoge energie-gammastraling van de nagloeiing van de burst", meldt Zhu. Gevestigde theorieën gaan ervan uit dat de twee emissiecomponenten door afzonderlijke mechanismen moeten worden geproduceerd: de röntgencomponent is afkomstig van ultrasnelle elektronen die worden afgebogen in de sterke magnetische velden van de omgeving van de burst. Dit "synchrotron"-proces lijkt veel op hoe deeltjesversnellers op aarde heldere röntgenstralen produceren voor wetenschappelijk onderzoek.

Volgens bestaande theorieën leek het echter zeer onwaarschijnlijk dat zelfs de krachtigste explosies in het heelal elektronen voldoende zouden kunnen versnellen om de waargenomen gammastraling met zeer hoge energie direct te produceren. Dit komt door een "burn-off limit", die wordt bepaald door de balans tussen versnelling en afkoeling van deeltjes in een versneller. Het produceren van gammastraling met zeer hoge energie vereist elektronen met energieën die ver boven de afbrandgrens liggen. In plaats daarvan gaan de huidige theorieën ervan uit dat snelle elektronen in een gammastraaluitbarsting botsen met synchrotron-fotonen en ze daardoor opvoeren tot gammastraal-energieën in een proces dat synchrotron-zelf-Compton wordt genoemd.

Afbeelding
Röntgenstralen van de gammastraaluitbarsting werden gedetecteerd door NASA's Swift-satelliet in een baan om de aarde. Zeer energierijke gammastralen kwamen de atmosfeer binnen en veroorzaakten luchtdouches die door de HESS-telescopen vanaf de grond werden gedetecteerd (artist impression). CREDIT DESY, Wetenschapscommunicatielab

Maar de waarnemingen van het nagloeien van GRB 190829A laten nu zien dat beide componenten, röntgenstraling en gammastraling, synchroon vervaagden. Ook kwam het gammastralingsspectrum duidelijk overeen met een extrapolatie van het röntgenstralingsspectrum. Samen vormen deze resultaten een sterke aanwijzing dat röntgenstralen en zeer energierijke gammastralen in deze nagloed door hetzelfde mechanisme werden geproduceerd. "Het is nogal onverwacht om zulke opmerkelijk vergelijkbare spectrale en temporele kenmerken te zien in de energiebanden van röntgenstralen en gammastraling met zeer hoge energie, als de emissie in deze twee energiebereiken een verschillende oorsprong had", zegt co-auteur Dmitry Khangulyan van Rikkyo-universiteit in Tokio. Dit vormt een uitdaging voor de synchrotron-zelf-Compton-oorsprong van de zeer hoge energie-gammastraling.

De verstrekkende implicatie van deze mogelijkheid benadrukt de noodzaak van verder onderzoek naar zeer hoge energie GRB-nagloeiemissie. GRB 190829A is pas de vierde gammaflits die vanaf de grond is gedetecteerd. De eerder gedetecteerde explosies vonden echter veel verder weg in de kosmos plaats en hun nagloeien kon slechts gedurende een paar uur worden waargenomen en niet tot energieën boven 1 tera-elektronvolt (TeV). "Als we naar de toekomst kijken, zijn de vooruitzichten voor de detectie van gammastraaluitbarstingen door instrumenten van de volgende generatie zoals de Cherenkov Telescope Array die momenteel wordt gebouwd in de Chileense Andes en op het Canarische eiland La Palma veelbelovend", zegt HESS-woordvoerder Stefan Wagner uit Landessternwarte Heidelberg. "

https://www.eurekalert.org/pub_releases ... 052821.php
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

Plaats reactie