De helderste gammastraaluitbarsting verlicht ons sterrenstelsel als nooit tevoren

De röntgenstralen van de explosie hebben 20 stofwolken in ons melkwegstelsel verlicht, waardoor hun afstanden en stofeigenschappen nauwkeuriger dan ooit tevoren kunnen worden bepaald. Maar het mysterie blijft. Het puin van de exploderende ster die de gammastraaluitbarsting veroorzaakte, lijkt spoorloos te zijn verdwenen.

GRB 221009A werd voor het eerst gemeld wanneer NASA’s Neil Gehrells Swift-observatorium Ontdek de röntgenstralen op 9 oktober 2022. De bron lijkt in ons Melkwegstelsel te zitten, niet ver van het centrum van de melkweg. Er zijn echter meer gegevens van Swift en NASA’s Fermi Gamma-Ray Space Telescope Hij suggereerde al snel dat hij te ver weg was. Aantekeningen van Very Large Telescope van het European Southern Observatory Vervolgens lokaliseerde hij de ontploffing naar een veel verder weg gelegen melkwegstelsel dat toevallig buiten het onze ligt.

Omdat hij zo ver weg is, ongeveer twee miljard lichtjaar in plaats van enkele tienduizenden, betekent dit dat de GRB uitzonderlijk helder moet zijn.

“Het verschil tussen een typische gammastraaluitbarsting en dit is ongeveer hetzelfde als het verschil tussen een gloeilamp in je woonkamer en de schijnwerpers die in een sportstadion branden”, zegt Andrew Levan van de Radbound Universiteit in Nederland, die gebruikte de NASA/ESA/ESA James Webb Space Telescope, Canadian Aerospace en NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop om de explosie te volgen.

Statistisch gezien zal een heldere gammastraal zoals GRB 221009A naar verwachting slechts eens in de duizenden jaren voorkomen, en het kan de helderste gammastraaluitbarsting zijn sinds het begin van de menselijke beschaving. Dus astronomen noemden het BOAT – de helderste aller tijden.

“Dit was een zeer in het oog springende gebeurtenis. We hadden het geluk er getuige van te zijn”, zegt Alicia Rocco-Escurial, een research fellow bij de European Space Agency die GRB’s bestudeert.

Berekeningen tonen aan dat tijdens de paar seconden dat de explosie duurde, de explosie ongeveer gigawatt aan energie in de bovenste atmosfeer van de aarde deponeerde. Dit is het equivalente vermogen van een grondenergiecentrale. “Er werden zoveel gammastralen en röntgenstralen uitgezonden dat ze de ionosfeer van de aarde prikkelden”, zegt Erik Kuulkers, ESA Project for Integral-wetenschapper, een van de ruimtevaartuigen die de GRB ontdekte.

Een aantal ESA-ruimtevaartuigen XMM-Newton, Solar Orbiter, BepiColombo, Gaia en SOHO hebben ook GRB of de effecten ervan op ons sterrenstelsel gedetecteerd. De gebeurtenis was zo helder dat de resterende straling, bekend als de nagloeiing, nog steeds zichtbaar is en dat nog lang zal blijven. “We zullen de nasleep van dit evenement nog jaren zien”, zegt Volodymyr Savchenko van de Universiteit van Genève, Zwitserland, die momenteel geïntegreerde gegevensanalyse uitvoert.

Deze grote hoeveelheid gegevens wordt nu verzameld met totaal verschillende instrumenten om te begrijpen hoe de oorspronkelijke explosie plaatsvond en hoe de straling interageerde met andere materie tijdens zijn reis door de ruimte.

Een gebied waarop al wetenschappelijke resultaten zijn geboekt, is de manier waarop röntgenstralen de stofwolken in ons sterrenstelsel hebben verlicht. De straling reisde ongeveer twee miljard jaar door de intergalactische ruimte voordat ze onze melkweg binnendrong. Toen ontmoette het zijn eerste stofwolk ongeveer 60.000 jaar geleden en de laatste ongeveer 1000 jaar geleden.

Elke keer dat een röntgenfoto een stofwolk tegenkomt, verstrooit het een deel van de straling en vormt het concentrische ringen die naar buiten lijken uit te zetten. XMM-Newton van ESA observeerde deze afleveringen enkele dagen na de GRB. De dichtere wolken produceerden de grotere ringen simpelweg omdat ze door perspectief groter lijken.

Andrea Tiengo, Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia, Italië, en een team van astronomen analyseerden de gegevens om de meest nauwkeurige afstand voor elk van deze stofwolken af ​​te leiden. “Het lijkt erop dat de eerste wolk die het trof aan de rand van ons melkwegstelsel was, ver van waar wolken van galactisch stof gewoonlijk worden gezien”, zegt Andrea. Het team leidde vervolgens de eigenschappen van de stofdeeltjes in de wolken af, omdat de röntgenstralen worden verstrooid op basis van de grootte, vorm en samenstelling van het stof.

In de loop der jaren hebben astronomen een aantal verschillende eigenschappen van stofdeeltjes voorgesteld, en zo konden Andrea en zijn collega’s ze testen aan de hand van röntgengegevens. Ze ontdekten dat één model de afleveringen heel goed reproduceerde. In dit model bestonden de stofdeeltjes voornamelijk uit grafiet, een kristallijne vorm van koolstof. Ze gebruikten hun gegevens ook om de röntgenemissie van de GRB zelf te reconstrueren, omdat dit specifieke signaal door geen enkel instrument rechtstreeks werd waargenomen.

Maar het mysterie blijft over welk object explodeerde om de GRB te creëren. Andrew Levan en zijn collega’s gebruikten de Webb- en Hubble-telescopen om naar sporen van de explosie te zoeken – en vonden er geen. “Het is vreemd,” zegt hij, “en het is niet helemaal duidelijk wat het betekent.”

Een ster kan zo massief zijn dat hij na de eerste explosie onmiddellijk een zwart gat vormde dat het materiaal opslokte dat de gasvormige wolk bekend zou maken als een supernova-restant.

Daarom is er veel vervolgwerk aan de winkel terwijl astronomen blijven zoeken naar de overblijfselen van de ontplofte ster. Een ding waar ze naar op zoek zullen zijn, zijn sporen van zware elementen zoals goud, waarvan wordt aangenomen dat ze worden geproduceerd in zulke enorme explosies.

Opmerkingen voor de redactie:
De laatste waarnemingen van GRB 221009A, inclusief die van XMM-Newton, de James Webb Space Telescope en Integral, werden op 28 maart 2023 gepresenteerd tijdens een persconferentie op de 20e bijeenkomst van de High Energy Astrophysics Division van de American Astronomical Society ( AAS) in Hawaï, Verenigde Staten. Live uitzending: https://www.youtube.com/c/AASPressOffice

“Strength of Rings: Soft X-ray Emission of GRB 221009A from the Dust Scattering Halo” door Andrea Tiengo at al. , werd gepubliceerd in Astrofysische dagboekbrieven: https://doi.org/10.3847/2041-8213/acc1dc

“Eerste JWST-spectrum van de volgende GRB Aurora: geen supernova helder in waarnemingen van de helderste GRB ooit, GRB 221009A” door Andrew Levan et al. , werd gepubliceerd in Astrofysische dagboekbrieven: https://iopscience.iop.org/collections/apjl-230323-172_Focus-on-the-Ultra-luminous-GRB-221009A