Pressmeddelande

Enorma explosioner begravda i stoft

ALMA utforskar de mörka gammablixtarnas närområden

11 juni 2014

Med teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har astronomer för första gången kunnat kartlägga både damm och molekylär gas i galaxerna som är värdar för universums största explosioner, gammablixtarna. Till forskarnas stora förvåning upptäckte man mindre gas än man förväntat sig, men desto mer stoft och damm, som gör att vissa av dessa explosioner uppträder som så kallade mörka gammablixtar. Rönen, som publiceras i tidsskriften Nature den 12 juni 2014, är ALMA:s första forskningsresultat som rör gammablixtar, och visar hur väl ALMA kan hjälpa oss att utforska dessa objekt i framtiden.

Gammablixtar är intensiva och extremt energirika utbrott som observeras i avlägsna galaxer. De är de mest ljusstarka explosionerna i universum. Utbrott som varar längre än några sekunder kallas långa gammablixtar [1] och förknippas med supernovaexplosioner – kraftfulla urladdningar som inträffar i slutet av stora stjärnors liv.

På bara några sekunder ger ett typiskt utbrott ifrån sig lika mycket energi som solen kommer att göra under hela sitt tio miljarder år långa liv. Explosionen efterföljs ofta av ett långsamt falnande sken som kallas efterglöd. Man tror att denna strålning uppstår när materia som slungas ut i explosionen krockar med gas omkring den.

Vissa gammablixtar verkar märkligt nog inte ha någon efterglöd, och de kallas därför för mörka gammablixtar. En möjlig förklaring är att omkringliggande moln av stoft och damm absorberar efterglödens ljus.

Under de senaste åren har forskare arbetat för att bättre förstå hur gammablixtar uppstår genom att undersöka deras värdgalaxer. Astronomerna förväntade sig att de tunga stjärnor som är gammablixtarnas föregångare skulle befinna sig i områden i dessa galaxer där många stjärnor bildas. Där skulle de omges av stora mängder molekylär gas – den huvudsakliga byggstenen till nya stjärnor – men inga observationer har kunnat bekräfta den här teorin. Först nu kan detta seglivade mysterium vara på väg att lösas.

Ett team av japanska astronomer under ledning av Bunyo Hatsukade vid Japans nationella astronomiska observatorium har för första gången använt ALMA för att uppmäta radiostrålning från den molekylära gasen i två galaxer med långa gammablixtar – GRB 020819B och GRB 051022 [2] – som ligger 4,3 miljarder respektive 6,9 miljarder ljusår härifrån. Trots att sådan radiostrålning aldrig tidigare har upptäckts från någon gammablixts värdgalax har ALMA nu lyckats göra detta möjligt tack vare sin oöverträffade känslighet [3].

Kotaro Kohno är professor vid Tokyos universitet och en av forskarna i teamet.

– Vi har letat efter molekylär gas i gammablixtars värdgalaxer i över tio år med olika teleskop över hela världen. Tack vare vårt hårda arbete och ALMA:s höga kapacitet har vi slutligen uppnått ett imponerande genombrott. För oss är detta en riktigt spännande bedrift.

ALMA:s höga upplösning har också möjliggjort en annan bedrift, nämligen att avslöja hur den molekylära gasen och stoftet är fördelade i gammablixtarnas värdgalaxer. Observationerna av GRB 020819B avslöjade ett ovanligt stoftrikt område i värdgalaxens utkanter, medan man bara såg molekylär gas i dess centrala delar. Detta är första gången som man sett en sådan uppdelning av stoft och molekylär gas i en galax med en gammablixt [4].

– Vi väntade oss inte att gammablixten skulle inträffa i ett så stoftrikt område med en låg mängd molekylär gas i förhållande till stoftmängden. Det antyder att gammablixten skulle ha inträffat i ett område som inte alls är typiskt för ställen där många stjärnor bildas, säger Hatsukade.

Detta antyder att de tunga stjärnor som dör som gammablixtar förändrar sammansättningen i sin omgivning innan de exploderar.

Forskningsteamet har en möjlig förklaring till de höga stoftmängderna jämfört med mängden molekylär gas där gammablixten inträffade. Stoft och gas är olika känsliga för ultraviolett strålning, som kan lätt bryta sönder bindningarna mellan atomerna i en molekyl. Där den utsätts för stark ultraviolett strålning kan molekylär gas förstöras, och det är just sådan strålning som sänds ut av heta och tunga stjärnor i galaxens stjärnfabriker – bland annat av den stjärna som slutligen kommer att bli en gammablixt. En liknande fördelning mellan gas och stoft verkar också finnas i värdgalaxen för GRB 051022, men eftersom den ligger längre bort än värdgalaxen för GRB 020819B behövs observationer med högre upplösning för att modellen ska kunna bekräftas. Än så länge stödjer ALMA:s observationer hypotesen att efterglöden absorberas av stoft, och att det är det som ger upphov till de mörka gammablixtarna.

– Resultaten som vi har uppnått den här gången var bortom våra förväntningar. Vi måste genomföra fler observationer av andra gammablixtars värdgalaxer för att se om de förhållanden vi upptäckt här gäller allmänt för platser där gammablixtar äger rum. Vi ser fram emot att i framtiden kunna använda ALMA:s förbättrade kapacitet i vår forskning, avslutar Hatsukade.

Noter

[1] Omkring 70 procent av de observerade gammablixtarna är så kallade långa gammablixtar, utbrott som varar längre än två sekunder. Det senaste årtiondets utveckling har gjort att man börjat upptäcka en ny sorts gammablixtar, som har utbrott som varar kortare än 2 sekunder, så kallade korta gammablixtar. Dessa beror troligen på neutronstjärnor som slås samman, ett händelseförlopp som inte har att göra med en supernova eller hypernova.

[2] GRB står här för gamma-ray burst, som gammablixt heter på engelska.

[3] Vid de här observationerna var ALMA:s känslighet omkring fem gånger så bra som hos andra liknande teleskop. Tidiga vetenskapliga observationer med ALMA inleddes under 2011, redan innan hela uppställningen var på plats (eso1137). De aktuella observationerna gjordes med ett nätverk av bara 24-27 antenner med ett största avstånd på bara 125 meter. ALMA:s 66:e och sista antenn har nu blivit färdig (eso1342), vilket ger höga förväntningar om vad ALMA kommer att kunna avslöja i den närstående framtiden eftersom antennerna kan placeras i flera olika konfigurationer, med ett största avstånd mellan teleskopen på mellan 150 meter och 16 kilometer.

[4] I det interstellära mediet i Vintergatan och i närliggande galaxer där många stjärnor bildas samtidigt är massförhållandet mellan stoft och molekylär gas omkring 1 procent. Förhållandet är åtminstone tio gånger så högt i området runt GRB 020819B.

Mer information

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. I Europa stöds ALMA av ESO, i Nordamerika av US National Science Foundation (NSF) i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) samt av Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC), i Ostasien av Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Bygget och driften av ALMA leds för Europas del av ESO, för Japan av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ) och för Nordamerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som drivs av Associated Universities, Inc. (AUI). Joint ALMA Observatory (JAO) ger gemensam ledning och gemensam organisation för bygget, driftsättning och drift av ALMA.

Forskningen presenterades i en artikel i Nature den 12 juni 2014 med titeln “Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas” av B. Hatsukade, m fl.

Teamet består av B. Hatsukade (NAOJ, Tokyo, Japan), K. Ohta (Astronomiinstitutionen vid Kyotos Universitet, Kyoto, Japan), A. Endo (Kavli-institutet för nanovetenskap, Delfts tekniska universitet, Nederländerna), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Japan), Y. Tamura (Astronomiinstitutet [IoA], Tokyos universitet, Japan), T. Hashimoto (NAOJ) och K. Kohno (IoA; Forskningscentret för det tidiga universum, Tokyos universitet, Japan).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

●       Forskningsartikeln

●       Mer om ALMA

●       Foton på ALMA

●       Videor om ALMA

●       ALMA-broschyr

●       Filmen ALMA – På jakt efter våra kosmiska ursprung

●       ALMA-fotoboken På jakt efter våra kosmiska ursprung – Byggandet av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array

●       Fler pressmeddelanden med ALMA

Kontakter

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

Masaaki Hiramatsu
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Tel: +81-422-34-3630
E-post: 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-post: lars@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1418 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.