Het heelal meten met sterverpletterende explosies

[univers]

Een internationaal team van 23 onderzoekers onder leiding van Maria Dainotti, universitair docent aan de National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), heeft archiefgegevens geanalyseerd voor krachtige kosmische explosies van de dood van sterren en een nieuwe manier gevonden om afstanden in het verre heelal te meten.


Figuur 1: Conceptueel beeld van dit onderzoek: gebruik van Gamma Ray Bursts om afstand in de ruimte te bepalen. Hoge resolutie afbeelding is hier (3MB) (Credit: NAOJ)

Zonder oriëntatiepunten in de ruimte is het erg moeilijk om een ​​gevoel van diepte te krijgen. Een techniek die astronomen gebruiken, is om te zoeken naar 'standaardkaarsen', objecten of gebeurtenissen waarbij de onderliggende fysica dicteert dat de absolute helderheid (wat je zou zien als je ernaast stond) altijd hetzelfde is. Door deze berekende absolute helderheid te vergelijken met de schijnbare helderheid (wat feitelijk vanaf de aarde wordt waargenomen), is het mogelijk om de afstand tot de standaardkaars te bepalen, en bij uitbreiding andere objecten in hetzelfde gebied. Het ontbreken van standaardkaarsen die helder genoeg zijn om op meer dan 11 miljard lichtjaar afstand te worden gezien, heeft onderzoek naar het verre heelal belemmerd. Gammastraaluitbarstingen (GRB's), uitbarstingen van straling die worden geproduceerd door de dood van massieve sterren, zijn helder genoeg, maar hun helderheid hangt af van de kenmerken van de explosie.

Om de uitdaging aan te gaan om deze heldere gebeurtenissen als standaardkaarsen te gebruiken, analyseerde het team archiefgegevens voor de zichtbare lichtwaarnemingen van 500 GRB's gemaakt door toonaangevende telescopen zoals de Subaru Telescope (eigendom van en geëxploiteerd door NAOJ), RATIR (Noot 1 ), en satellieten zoals de Neil Gehrels Swift Observatory. Bij het bestuderen van het patroon van de lichtcurve van hoe de GRB in de loop van de tijd oplicht en dimt, identificeerde het team een ​​klasse van 179 GRB's die gemeenschappelijke kenmerken hebben en waarschijnlijk zijn veroorzaakt door soortgelijke verschijnselen. Uit de kenmerken van de lichtcurven kon het team voor elke GRB een unieke helderheid en afstand berekenen die als kosmologisch hulpmiddel kan worden gebruikt.


Figuur 2: Een voorbeeld van een GRB-helderheidscurve. Het team concentreerde zich op 179 GRB's met een "plateau" waarin de helderheid bijna constant blijft na het dimmen van een deel van de snelle piekemissie. Ze onderzochten de relatie tussen drie parameters: de piekhelderheid van de GRB, de lichtsterkte aan het einde van het plateau en de duur van het plateau. (Credit: Maria Dainotti et al.)


Figuur 3: Verdeling van GRB's wanneer uitgezet in een driedimensionale parameterruimte gedefinieerd door "piekhelderheid van GRB", "helderheid aan het einde van plateau" en "duur van plateau". Het team toonde aan dat 179 van de onderzochte GRB's op een bepaald vlak zijn verdeeld. Met behulp van de driedimensionale correlaties is het mogelijk om unieke helderheidswaarden voor deze GRB's te berekenen. (Credit: Maria Dainotti et al.)

Deze bevindingen zullen nieuwe inzichten verschaffen in de mechanica achter deze klasse van GRB's en een nieuwe standaardkaars vormen voor het observeren van het verre heelal. Hoofdauteur Dainotti had eerder een soortgelijk patroon gevonden in röntgenwaarnemingen van GRB's, maar het is gebleken dat waarnemingen met zichtbaar licht nauwkeuriger zijn bij het bepalen van kosmologische parameters.

Dianotti zegt: "De optische driedimensionale correlaties zijn intrinsiek en onafhankelijk van selectiebias of roodverschuivingsevolutie. Daarom stelt deze correlatie ons in staat om een ​​gemeenschappelijk emissiemechanisme te lokaliseren, hoogstwaarschijnlijk een magnetar, voor deze klasse van GRB's die eigenaardige eigenschappen hebben. in de toekomst kunnen deze GRB's worden gebruikt als kosmologische standaardkaarsen, omdat ze een hogere precisie zullen bieden bij het bepalen van kosmologische parameters dan GRB's in het fundamentele röntgenvlak.


Deze video gaat over het volgende onderzoeksartikel: The Optical Two- and Three-dimensional Fundamental Plane Correlations for Almost 180 Gamma-Ray Burst Afterglows with Swift/UVOT, RATIR, and the Subaru Telescope (MG Dainotti et al 2022 ApJS 261 25)

https://subarutelescope.org/en/results/ ... /3074.html