Credit imagine: ESO
La 29 martie 2003, exploratorul tranzitoriu de înaltă energie al NASA a detectat o explozie strălucitoare de raze gamma și la scurt timp după ce telescoapele din întreaga lume s-au concentrat pe obiect; acum numit GR30 030329 și măsurat la 2,6 miliarde de ani-lumină distanță. Măsurând ulterior exploziei, astronomii și-au dat seama că acesta se potrivește cu spectrul unei hipernove - explozii de stele extrem de mari, de cel puțin 25 de ori mai mari decât propriul nostru Soare. Comparând spectrele, astronomii au dovezi convingătoare că există o legătură între exploziile de raze gamma și exploziile unor stele foarte mari.
O explozie foarte puternică de raze gamma a fost observată pe 29 martie 2003 de către Exploratorul Energetic de înaltă energie (HETE-II) al NASA, într-o regiune de cer din constelația Leo.
În 90 de minute, o nouă sursă de lumină foarte strălucitoare („ulterior optic”) a fost detectată în aceeași direcție cu ajutorul unui telescop de 40 de inci la Observatorul Siding Spring (Australia) și, de asemenea, în Japonia. Explozia cu raze gamma a fost desemnată GRB 030329, conform datei.
Și în decurs de 24 de ore, un prim spectru foarte detaliat al acestui nou obiect a fost obținut de spectrograful UVES cu dispersie înaltă de pe telescopul VLT KUEYEN de 8,2 m de la Observatorul Paranal ESO (Chile). Acesta a permis să se determine distanța de aproximativ 2.650 de milioane de ani-lumină (redshift 0.1685).
Observațiile continue cu instrumentele multimod FORS1 și FORS2 pe VLT în luna următoare au permis unei echipe internaționale de astronomi [1] să documenteze în detaliu fără precedent schimbările din spectrul postglow optic al acestei raze gamma. Raportul lor detaliat apare în numărul din 19 iunie al revistei de cercetare „Nature”.
Spectrele arată apariția treptată și clară a unui spectru de supernovene din cea mai energică clasă cunoscută, o „hypernova”. Aceasta este cauzată de explozia unei stele foarte grele - probabil de peste 25 de ori mai grea decât Soarele. Viteza de expansiune măsurată (peste 30.000 km / sec) și energia totală eliberată au fost excepțional de mari, chiar și în cadrul clasei de hipernova elect.
Dintr-o comparație cu mai multe hipernee din apropiere, astronomii sunt capabili să remedieze cu exactitate bună momentul exploziei stelare. Se dovedește a fi într-un interval de plus / minus două zile de la explozia de raze gamma. Această concluzie unică oferă dovezi convingătoare că cele două evenimente sunt conectate direct.
Prin urmare, aceste observații indică un proces fizic comun în spatele exploziei hipernovei și emisia asociată de radiații puternice cu raze gamma. Echipa concluzionează că este probabil să se datoreze prăbușirii aproape instantanee, nesimetrică a regiunii interioare a unei stele foarte dezvoltate (cunoscut sub numele de modelul „colapsar”).
Explozia de raze gamma din 29 martie va trece în analele astrofizicii ca un „eveniment definitoriu” rar, oferind dovezi concludente ale unei legături directe între exploziile cosmologice de raze gamma și exploziile unor stele foarte masive.
Ce sunt explozii Gamma-Ray?
Unul dintre câmpurile actuale cele mai active ale astrofizicii este studiul evenimentelor dramatice cunoscute sub numele de „explozii de raze gamma (GRB)”. Aceștia au fost depistați pentru prima dată la sfârșitul anilor 1960 prin instrumente sensibile de la bordul orbitelor de sateliți militari, lansate pentru supravegherea și detectarea testelor nucleare. Originare, nu pe Pământ, ci departe în spațiu, aceste sclipiri scurte de raze gamma energetice durează de la mai puțin de o secundă până la câteva minute.
În ciuda eforturilor majore de observație, abia în ultimii șase ani a devenit posibilă identificarea cu exactitate a site-urilor unora dintre aceste evenimente. Cu ajutorul de neprețuit al observațiilor poziționale comparativ exacte ale emisiilor de raze X asociate de către diverse observatorii de satelit cu raze X de la începutul anului 1997, astronomii au identificat până în prezent aproximativ cincizeci de surse de lumină optică de scurtă durată asociate cu GRB („ulterior optice”). ).
Cele mai multe GRB au fost situate la distanțe extrem de mari („cosmologice”). Aceasta implică faptul că energia eliberată în câteva secunde în timpul unui astfel de eveniment este mai mare decât cea a Soarelui pe toată durata de viață de peste 10.000 de milioane de ani. GRB-urile sunt într-adevăr cele mai puternice evenimente de la Big Bang-ul cunoscut în Univers, cf. PR PR 08/99 și ESO PR 20/00.
În ultimii ani, dovezi circumstanțiale au demonstrat că GRBs semnalează prăbușirea stelelor masive. Aceasta s-a bazat inițial pe asocierea probabilă a unei explozii neobișnuite de raze gamma cu o supernovă („SN 1998bw”, descoperită și cu telescoape ESO, vezi ESO PR 15/98). De atunci au apărut mai multe indicii, inclusiv asocierea GRB-urilor cu regiuni de formare stelară masivă în galaxii îndepărtate, dovezi tentante de „denivelări” cu curbă de lumină asemănătoare supernovelor în ulterior opticii unor explozii anterioare și semnături spectrale din elemente proaspăt sintetizate , observat de observatoarele cu raze X.
Observații VLT ale GRB 030329
Pe 29 martie 2003 (exact la orele 11: 37: 14,67 UT) Exploratorul de tranzitorie energetică mare (HETE-II) al NASA a detectat o explozie de raze gamma foarte strălucitoare. După identificarea „ulterior optic” de către un telescop de 40 de inch la Siding Spring Observatory (Australia), redshift-ul exploziei [3] a fost determinat ca 0,1685 cu ajutorul unui spectru de dispersie înaltă obținut cu spectrograful UVES la Telescop VLT KUEYEN de 8,2 m la Observatorul Paranal ESO (Chile).
Distanța corespunzătoare este de aproximativ 2.650 milioane ani-lumină. Acesta este cel mai apropiat GRB normal detectat vreodată, oferind așadar oportunitatea mult așteptată de a testa numeroasele ipoteze și modele propuse de la descoperirea primelor GRB la sfârșitul anilor 1960.
Cu acest obiectiv specific, echipa de astronomi de la ESO [1] a apelat acum la alte două instrumente puternice la telescopul foarte mare ESO (VLT), la modulul multi-mod FORS1 și la camera / spectrografele FORS2. Pe o perioadă de o lună, până la 1 mai 2003, spectrele obiectului decolorat au fost obținute în mod regulat, asigurând un set unic de date de observație care documentează modificările fizice ale obiectului de la distanță în detalii de neegalat.
Conexiunea hypernova
Pe baza unui studiu atent al acestor spectre, astronomii își prezintă acum interpretarea evenimentului GRB 030329 într-o lucrare de cercetare apărută în revista internațională „Nature” joi, 19 iunie. Sub titlul prozaic „O supernova foarte energică asociată cu explozia cu raze gamma din 29 martie 2003 ”, nu mai puțin de 27 de autori din 17 institute de cercetare, în frunte cu astronomul danez Jens Hjorth, concluzionează că acum există dovezi irefutabile ale unei legături directe între GRB și explozia„ hypernova ”a unei foarte stea masivă, puternic evoluată.
Aceasta se bazează pe „apariția” treptată cu timpul unui spectru de tip supernova, care relevă explozia extrem de violentă a unei stele. Cu viteze mult mai mari de 30.000 km / sec (adică peste 10% din viteza luminii), materialul evacuat se deplasează cu viteză record, mărturisind puterea enormă a exploziei.
Hipernovele sunt evenimente rare și sunt cauzate probabil de explozia stelelor de așa-numitul tip „Lup-Rayet” [4]. Aceste stele WR au fost formate inițial cu o masă peste 25 de mase solare și constau în mare parte din hidrogen. Acum, în faza lor WR, după ce s-au dezbrăcat de straturile lor exterioare, ele constau aproape pur din heliu, oxigen și elemente mai grele produse prin arderea nucleară intensă în faza precedentă a scurtei lor vieți.
„L-am așteptat de mult timp”, spune Jens Hjorth, „acest GRB ne-a oferit cu adevărat informațiile care lipsesc. Din aceste spectre foarte detaliate, putem confirma acum că această explozie și probabil alte explozii lungi de raze gamma sunt create prin colapsul principal al stelelor masive. Majoritatea celorlalte teorii sunt acum puțin probabile. "
Un „eveniment care definește tipul”
Colegul său, astronomul ESO Palle M? Ller, este la fel de mulțumit: „Ceea ce ne-a obținut cu adevărat la început a fost faptul că am detectat clar semnăturile de supernova deja în primul spectru FORS, luate la doar patru zile după ce GRB a fost observat pentru prima dată - nu ne așteptam deloc la asta. Pe măsură ce obțineam din ce în ce mai multe date, ne-am dat seama că evoluția spectrală a fost aproape complet identică cu cea a hipernovei văzută în 1998. Similitudinea celor două ne-a permis apoi să stabilim un calendar foarte precis al evenimentului actual al supernovei ”.
Astronomii au stabilit că explozia hipernovei (denumită SN 2003dh [2]) documentată în spectrele VLT și evenimentul GRB observat de HETE-II trebuie să fi avut loc aproape în același timp. Sub rezerva unei perfecționări ulterioare, există cel mult o diferență de 2 zile și, prin urmare, nu există nicio îndoială că cele două sunt conectate cauzal.
"Supernova 1998bw ne-a stârnit pofta de mâncare, dar au fost necesari încă 5 ani până când am putut spune cu încredere, am găsit arma de fumat care a blocat asocierea dintre GRB și SNe", adaugă Chryssa Kouveliotou de la NASA. „030329 GRB se poate dovedi a fi un fel de„ link lipsă ”pentru GRB-uri.”
În concluzie, GRB 030329 a fost un eveniment rar „definitoriu”, care va fi înregistrat ca un bazin hidrografic în astrofizica cu energie mare.
Ce s-a întâmplat cu adevărat pe 29 martie (sau acum 2.650 milioane de ani)?
Iată povestea completă despre GR30 030329, după cum o citesc astăzi astronomii.
Cu mii de ani înaintea acestei explozii, o stea foarte masivă, care rămâne fără hidrogen, a eliberat o mare parte din învelișul său exterior, transformându-se într-o stea albastră-Lupet Rayet [3]. Resturile stelei conțineau aproximativ 10 mase solare în valoare de heliu, oxigen și elemente mai grele.
În anii dinaintea exploziei, steaua Wolf-Rayet și-a epuizat rapid combustibilul rămas. La un moment dat, acest lucru a declanșat brusc evenimentul de explozie a hipernovei / razei gamma. Nucleul s-a prăbușit, fără ca partea exterioară a stelei să știe. Înăuntru s-a format o gaură neagră, înconjurată de un disc de materie îngrozitoare. În câteva secunde, o gaură neagră a fost lansată un jet de materie.
Jetul a trecut prin învelișul exterior al stelei și, împreună cu vânturile viguroase ale nichelului 56 radioactiv nou format, care sufla discul din interior, a zdrobit steaua. Această zdruncinare, hipernova, strălucește puternic din cauza prezenței nichelului. Între timp, jetul a aratat în materialul din vecinătatea stelei și a creat o explozie de raze gamma care a fost înregistrată aproximativ 2.650 de milioane de ani mai târziu de către astronomii de pe Pământ. Mecanismul detaliat pentru producerea de raze gamma este încă o problemă de dezbatere, dar este legat fie de interacțiunile dintre jet și de materia evacuată anterior de stea, fie de coliziuni interne în interiorul jetului.
Acest scenariu reprezintă modelul „colapsar”, introdus de astronomul american Stan Woosley (Universitatea din California, Santa Cruz) în 1993 și membru al echipei actuale și explică cel mai bine observațiile GRB 030329.
„Acest lucru nu înseamnă că misterul de izbucnire a razei gamma este acum rezolvat”, spune Woosley. „Suntem siguri acum că exploziile lungi implică o prăbușire a miezului și o hipernovă, creând probabil o gaură neagră. Am convins majoritatea scepticilor. Cu toate acestea, nu putem ajunge la nicio concluzie, cu toate acestea, cu privire la motivele care cauzează scurtele raze gamma, cele sub două secunde. ”
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
