21. november 2019

Ekstremt energirige partikler er for første gang koblet til en stjernes voldsomme endeligt

Stjernedød:

Forskere på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet og DTU-Space i Lyngby, har i samarbejde med et stort internationalt team for første gang kunnet fastslå, at ekstremt energiladede lyspartikler udsendes under en meget tung stjernes voldsomme endeligt. De ekstremt energirige lyspartikler blev målt med teleskopet MAGIC, som står på De Kanariske Øer. Forskerne fra Niels Bohr Institutet fulgte op med målinger fra det Nordisk Optiske Teleskop, samme sted. Perspektivet i denne opdagelse, altså stedfæstningen af partikeludladningen til dens kilde, er at vi kan lære mere om de ekstreme fysiske processer, der er forbundet med de tungeste stjerners død. Studiet er nu publiceret i Nature.

Gammaglimtet set efter 37,5 min., efter 4,3 timer og efter 9,02 dage.

Gammaglimt – hvad er det?

Når en tung stjerne dør eller falder sammen, sker det i form af en supernova – en gigantisk eksplosion. I ca. en titusindedel af supernovaerne sker der noget endnu voldsommere. ”Der bliver formodentlig dannet et sort hul eller en ekstremt magnetisk neutronstjerne”, forklarer Professor Johan Fynbo fra Cosmic DAWN Centeret ved Niels Bohr Institutet. Stoffet presses sammen til et enormt kompakt objekt, som roterer meget hurtigt. Det kan give anledning til at magnetfeltet bliver meget intenst langs rotationsaksen, som så muliggør, at energirige partikler sendes ud i rummet langs rotationsaksen i det forskerne kalder en ”jet”. Hvis den peger på os, ser vi et gammaglimt.

Ekstremt energirige partikler i gammaglimtet når os på Jorden

De partikler (elektroner), der sendes ud i jetten, rammer lys (fotoner) under vejs, og afgiver energien til fotonerne. Fotonerne rejser gennem Universet og kan så efter flere milliarder år måles på Jorden. Johan Fynbo og hans kolleger Daniele Malesani, Jonatan Selsing, Kasper Heintz og Luca Izzo observerede gammaglimtet allerede 29 minutter efter det kunne ses på jorden, og lykkedes med at måle afstanden til det. Afstanden er afgørende for at kunne identificere kilden til gammaglimtet, som man er nødt til at kende, hvis man skal forstå de processer, der sender så energirigt et gammaglimt ud i rummet. ”Det er ekstremt relativistisk, hvilket betyder at den jet, der er sendt ud fra gammaglimtet, rejser med 99,999% af lysets hastighed, den hurtigst mulige hastighed. Og det er den grundlæggende forståelse af de allermest ekstreme processer i rummet, der står i centrum af den efterfølgende forskning. Opdagelsen af et gammaglimt viser også, at på denne position i universet findes en galakse, hvor den ekstreme situation kan opstå. De egenskaber, der findes i galaksen kan vi dermed også blive klogere på”, fortæller Daniele Malesani.

Solen fødes – og en gammel stjerne dør

Afstanden er vigtig at kende af flere grunde: Idet intensiteten af enhver stråling, lyset fra gammaglimtet inklusive, falder med den afstand, den skal rejse over, fortæller gammaglimtets energiregnskab, at dets kilde har været en virkelig ekstremt energirig begivenhed. Når vi kender afstanden kan vi også regne ud, hvornår eksplosionen skete: den skete for 4,5 milliarder år siden. Når man kigger ud i Universet, ser man også tilbage i tiden. Og supernovaen fandt altså sted næsten samtidig med, at vores egen sol dannedes. Siden da har de energirige partikler rejst gennem universet og nåede så Jorden 14. januar i år. Gammaglimtet befinder sig i stjernebilledet ”Kemiske Ovn” eller Fornax, som dets latinske betegnelse er.

Et stort internationalt samarbejde – og en vigtig opgradering af Nordic Optical Telescope

Den videnskabelige artikel er frugten af et samarbejde mellem mange forskere fra hele verden, og den vigtige afstandsbedømmelse og placering af gammaglimtet blev løst af Niels Bohr Institutets forskere. I fremtiden forventer man her at blive endnu dygtigere til netop denne opgave, idet man, takket være en bevilling fra Carlsberg Fondet, arbejder på et videnskabeligt instrument (kaldet NOT Transient Explorer), som tilføjes det Nordisk Optiske Teleskop. ”Indenfor en 5-årig horisont, vil vi meget bedre kunne følge op på denne type transienter eller voldsomme, kortvarige, astrofysiske begivenheder med det Nordisk Optiske Teleskop. Der er endvidere flere nye forskningsprojekter under opbygning, som snart vil kunne opdage mange flere af de mest energirige lyspartikler fra døende stjerner og andre ekstreme objekter og dermed sætte os i stand til at studere denne type fysik meget mere indgående”, fortæller Johan Fynbo.