Pressemeddelelse

Kæmpe eksplosioner begravet i støv

ALMA studerer området omkring mørke gamma-stråle glimt.

11. juni 2014

Observationer fra Atacama Large Milimeter/Submilimeter Array (ALMA) har for første gang direkte afbildet den molekylære gas og støv i værts-galakserne for gamma-stråle glimt (GRB) - de største eksplosioner i vores univers. Det var en stor overraskelse, at der var forholdsvis mindre gas end ventet, og dermed tilsvarende mere støv, hvilket får nogle GRBere til at synes som mørke GRBere. Denne forskning vil blive præsenteret i tidsskriftet Nature d. 12. juni
2014 og er dermed det første videnskabelige resultat fra ALMA, som kommer i Nature. Det viser ALMAs potentiale til at hjælpe os med bedre at forstå disse objekter.

Gammaglimt (GRB) er intense udbrud af ekstrem høj energi observeret i fjerne galakser; de klareste eksplosive fænomener i vores univers. De udbrud, der varer mere end et par sekunder kendes som langvarige gamma-stråle glimt (LGRB) [1] og associeres med supernovaekslosioner, der er effektfulde eksplosioner som markerer enden på livet for de tungere stjerner.

På bare et par sekunder frigiver et typisk udbrud af den type lige så meget energi som solen vil gøre hele dens 10 milliarder år lange levetid. Eksplosionen selv følges ofte af en langsomt aftagende udsendelse af stråling, kendt som eftergløden, som antages at dannes ved sammenstød mellem det udskudte materiale og den omgivne gas.

Der er imidlertid nogle gamma-stråle glimt som underligt nok ikke synes at have nogen efterglød. De kaldes mørke udbrud. En mulig forklaring er, at skyer af støv forhinder efterglød-strålingen i at nå væk.

I de sidste par år har forskerne arbejdet på bedre at forstå hvordan GRB dannes ved at undersøge deres værts-galakser. Astronomerne forventede, at de massive stjerner, som GRBerne skabes af, skulle findes i aktive stjerne-dannende områder i disse værtsgalakser og at de ville være omgivet af store mængder molekylær gas, som kunne bidrage til stjernedannelsen. Der var dog ingen observationelle resultater, der kunne give den fornødne
opbakning til denne teori, hvilket i lang tid har været lidt af et mysterium.

For første gang har et japansk hold af astronomer under ledelse af Bunyo Hatsukade fra Japans national astronomiske observatorium benyttet ALMA til at måle radiostrålingen fra moolkeylær gas i to mørke LGRB værtsgalakser - GRB 020819B og GRB 051022 - hhv omkring 4.3 og 6.9 milliarder lysår væk. ALMAs uovertrufne følsomhed gjorde det muligt at observere den type radiostråling for første gang [2].

Kotaro Kohno, professor ved University of Tokyo og med på forskerholdet, sagde: "We har søgt efter molekylær gas i værtsgalakser til GRBer i over 10 år og anvendt forskellige teleskoper rundt om i verden. Som resultat af vores hårde arbejde har vi endelig opnået et bemærkelsesværdigt gennembrud ved at anvende det kraftfulde ALMA. Vi er meget begejstrede over det vi har opnået".

En anden bemærkelsesværdig opdagelse som skyldes den høje opløsning af ALMA var opdagelsen af hvordan den molekylære gas og støvet fordelte sig i værtsgalakserne for GRBs. Observationerne fra GRB 020819B afslørede at yderområderne af værtsgalaksen var overraskende rig på støv, mens den molekylære gas kun blev fundet om centret. Det er første gang, at den fordeling i værtsgalakserne for GRBs er afdækket [3].
 
"Vi forventede ikke, at GRBs ville optræde i så støvede omgivelser med et lavt forhold mellem molekylær gas og støv. Det antyder, at GRB sker i et område, der er ret forskelligt fra typisk
stjernedannelses-områder", siger Hatsukade. Det kan tyde på, at tunge stjerner, der dør som GRBere, inden de eksploderer har forandret omgivelserne i deres stjerne-dannelses område.

Forskerne antager, at en mulig forklaring på den høje andel af støv sammenlignet med molekylær gas de steder, hvor GRBerne er, skyldes forskelle reaktionen på ultraviolet stråling. Da de atomare bindinger i et molekyle let brydes af ultraviolet stråling kan molekylær gas ikke overleve i et område, hvor der er stærk ultraviolet stråling, som stammer fra de varme, tunge stjerner i de stjernedannende områder, herunder den stjerne, som til sidst vil eksplodere som en GRB. Skønt en tilsvarende fordeling er fundet i GRB 051022 tilfældet mangler man stadig en bekræftelse på at det samme gør sig gældende her; opløsningen har ikke været tilstgrækkelig (da GRB 051022's vært er længere væk end tilsvarende for GRB 020819B). Under alle omstændigheder bekræfter ALMAs observationer antagelsen om, at det er støv, der absorberer
eftergløden fra de mørke gamma-stråle glimt.

"Det resultat vi fik denne gang oversteg vores forventninger. Vi må fortsætte med flere observationer af andre GRB værtsgalakser for at se, om det er en generel egenskab ved områderne omkring GRBer. Vi ser frem til fortsat forskning med de forbedrede muligheder med ALMA", siger Hatsukade.

Noter

[1] Langvarige gamma-stråle glimt (LGRBer) - glimt, der varer over to sekunder - står for omkring 70% af de observerede GRBs. Udviklingen i obervationerne har over den sidste snes år afsløret
en ny klasse af GRMer med glimt, der er mindre end to sekunder - kortvarige GRBer - som kan skyldes sammensmeltning af to neutronstjerner og dermed ikke associeret med supernovaer eller
hypernovaer.

[2] ALMAs følsomhed i denne observation var omrking fem gange bedre end andre tilsvarende teleskopers. De tidlige videnskabelige observationer med ALMA begyndte med en del af teleskoperne i 2011 (eso1137). Disse observationer blev udført med en række bestående af kun 24 antenner med udstrækning på kun 125 meter. Det lover godt for mulighederne for hvad ALMA kan udrette i fremtiden, når  de sidste af de 66 teleskoper står klar. Antennerne vil kunne arrangeres i mange forskellige konfigurationer, hvor den maksimale afstand mellem teleskoperne kan ændres fra 150 meter til 16 kilometer.

[3] Andelen af støvets masse i forhold til molekylær gas masse er omkring 1% imellem stjernerne i vores galakse, Mælkevejen ligesom i de nærmeste stjernedannende galakser, men den er ti eller flere gange højere i de områder, der omgiver GRB 020819B.

Mere information

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en
international astronmisk facilitet, er et partnerskab mellem
Europa, Nordamerika og Øst Asien i samarbejde med Kina. ALMA er i
Europa finansieret af European Southern Observatory (ESO), i
Nordamerika af US National Science Foundation (NSF) i samarbejde
med National Resarch Council of Canada (NRC) og National Science
Council of Taiwan (NSC) samt i Øst Asien af National Institutes of
Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Academia Sinica
(AS) i Taiwan. Opførelsen af ALMA samt driften af faciliteten
ledes for Europas vedkommende af ESO, for Nordamerika af NRAO
(National Radio Astronomy Observatory) og for Øst Asien af
National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). JAO - the Joint
ALMA Observatory - står for den forenede ledelse og styring af
opbygningen, igangsættelsen og driften af ALMA.

Denne forskning blev præsenteret i en artikel i Nature (12. juni
2014) med titlen: "Two gamma-ray bursts from dusty regions with
little molecular gas" af B. Hatsukade et al.

Holdet består af B. Hatsukade (NAOJ, Tokyo, Japan), K. Ohta
(Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Japan), A. Endo
(Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, The Netherlands), K.
Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; The Graduate University for
Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Japan), Y. Tamura (Institute
of Astronomy [IoA], University of Tokyo, Japan ), T. Hashimoto
(NAOJ) og K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, University of Tokyo, Japan).

ESO er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 15 medlemslande: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. ESOs aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser inden for astronomi. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys samt to kortlægningsteleskoper. VISTA arbejder i infrarødt lys og er verdens største kortlægningsteleskop, mens VLT Survey Telescope (VST) er det største teleskop, der udelukkende er bygget til at kortlægge himlen i synligt lys. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 39 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive "verdens største øje mod himlen".

Links

• Videnskabelig artikel
• Mere om ALMA
• Billeder af ALMA
• Video'er af ALMA
• ALMA pjece
• ALMA-film:På jagt efter vores kosmiske oprindelse
• ALMA billedbog: In Search of our Cosmic Origins - The Constructino of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
• Flere pressemeddelelser om ALMA

Kontakter

Bunyo Hatsukade
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tel: +81-422-34-3900 (ext. 3173)
E-mail: bunyo.hatsukade@nao.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tel: +81-422-34-3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6761
Mobil: +49 173 3872 621
E-mail: lars@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media