Nye observationer kæder gigantiske stjernekollisioner sammen med hjemløse gammaglimt – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2018 > Nye observationer kæde...

26. juli 2018

Nye observationer kæder gigantiske stjernekollisioner sammen med hjemløse gammaglimt

Neutronstjerne kollision:

Forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet har været involveret i opdagelsen af en stråle af lys, der kobler neutronstjerne kollisioner og kortvarige gammaglimt. Resultatet er nu publiceret i Nature Astronomy.

Kunstnerisk fremstilling af stråling efter neutronstjernesammenstød med efterfølgende gammaglimt. Billede: Mark Garlick/University of Warwick

Neutronstjerner er små, men ekstremt tunge himmellegemer, kun ca. 10 kilometer i diameter, men med samme masse som en stjerne. Når de kolliderer eller smelter sammen, produceres der enorme mængder energi. Man har ment i nogen tid, at de er årsagen til gammaglimt, et fænomen, der først blev opdaget af 1960ernes koldkrigs satellitter til overvågning af atomvåben. Med den nye opdagelse etableres denne forbindelse på en måde, der åbner op for, at de hundreder af de korte gammaglimt, man kender til, kan bruges i studiet af neutronstjerne kollisioner.

Hvad er et gammaglimt helt præcist?

Vi ved nu, at gammaglimt er vidnesbyrd om den ekstremt voldsomme sammensmeltning af to neutronstjerner. Et hurtigt udbrud af gammastråling følger millisekunder efter kollisionen og glimtene kan observeres fra Jorden. Hundreder af glimt er blevet registreret indtil nu, men det har ikke tidligere været muligt at koble observationerne til en sikker kilde. Dette studie har anvendt en begivenhed fra 2017, som nu er ganske berømt, til at kæde et gammaglimt sammen med en neutronstjerne kollision. Det gav overskrifter, da den astrofysiske begivenhed GW170817 - målingen af tyngdebølger fra en sikkert identificeret astrofysisk kilde, nemlig en neutronstjerne kollision, fandt sted 17. august 2017. Da et team af forskere, med deltagelse fra Niels Bohr Institutet, senere observerede begivenheden, blev de belønnet med den første, bekræftede observation af en jet af materiale, eftergløden, som stadig strømmede ud fra sammenstødet.

Sporene efter en heftig kollision

Detektionen af tyngdebølger har givet et væld af data, som er helt uden fortilfælde. Fx tyngderne af de sammensmeltende objekter, hvordan de roterer og den endelige masse af det resulterende, nye himmellegeme. Imidlertid er det også vigtigt at betragte det lys, spredt over mange bølgelængder, som kollisionen udsendte, for at få den fulde forståelse af begivenheden. Her er der to forskellige kilder til lys, som hver indeholder forskellig information. Den første er den umiddelbare udsendelse af højenergistråling, kun 1,7 millisekunder efter tyngdebølgesignalet, nemlig selve gammaglimtet. Den anden kilde, kilonovaen, dukker op i dagene derefter og har en meget langsommere udsendelse af optisk og infrarødt lys, som stiger i intensitet og dermed dæmpes. GW170817 forårsagede et gammaglimt, som af nogle forskere menes at have været dæmpet, fordi Jorden ikke lå i ”sigtelinjen” til dette glimt, men artiklen konkluderer også, at kollisionen udsendte en jet af materiale, ligeledes i en forskudt vinkel på Jorden, ved at registrere synligt lys fra eftergløden måneder efter sammensmeltningen. Denne jetstrøm af materiale skal skelnes fra kilonovaens optiske udsendelse af lys, fordi lyset besidder karakteristika, som passer med udsendelsen af en jet fra kollisionen. Dermed er der skabt forbindelse mellem det jet-drevne, korte gammaglimt og neutronstjerne kollisionen. Rammen om en ny forståelse af både GW170817 og de hundreder af tidligere observationer af ”hjemløse” gammaglimt er altså etableret.

Det større perspektiv

En særlig interesse samler sig om oprindelsen til de tungere grundstoffer, som stadig er genstand for en heftig debat mellem forskerne. Mange er nu af den overbevisning, at de sjældne grundstoffer på Jorden, fx guld og platin, dannes i disse sammensmeltninger og spredes i universet. Man mangler dog stadig klart at kunne identificere disse grundstoffers oprindelse, men med det foreliggende resultat, kan man lave statistik på neutronstjerne kollisionerne ved at anvende gammaglimt. Dermed bliver det måske muligt at regne ”baglæns” fra forekomsten af gammaglimt til sammenstød og fastslå egenskaberne ved neutronstjerner generelt.

Jens Hjorth, Johan Fynbo, Christa Gall, Bo Milvang-Jensen og Darach Watson fra Niels Bohr Institutet tog del i arbejdet med publikationen. Arbejdet er støttet af Villum fonden og Carlsberg fondet.

Link til download af artiklen: https://arxiv.org/abs/1801.02669v2


Jens Hjorth, professor og leder af Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, Telefon: +45 3532-5928, Email: jens@dark-cosmology.dk

Johan Peter Uldall Fynbo, professor MSO, Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, Email: jfynbo@nbi.ku.dk Telefon: +45 35 32 59 83 Mobil: +45 28 75 59 83

Christa Gall, Lektor, Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, Email: Christa.gall@nbi.ku.dk Telefon: +45 35 32 60 76

Darach Jafar Watson, Lektor, Cosmic Dawn Center (DAWN), Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, Email: darach@nbi.ku.dk Telefon: +45 35 32 59 94 Mobil: +45 24 80 38 25