Sterrekunde

Wat gebeur met die energie van 'n GRB?

Wat gebeur met die energie van 'n GRB?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

'N gammastraalbarsting produseer iewers ongeveer 1044 J van energie, volgens Wikipedia. Slegs 'n klein gedeelte van die energie sal deur ander voorwerpe opgeneem word.

Die res van die energie sal voortgaan om die heelal onbepaald te reis, dink ek?

Hoe weet ons hoeveel van die heelal totale massa-energie is in 'transito' in die vorm van gammastrale en ander vorme van bestraling?


Die energiedigtheid van die heelal is baie bekend. Die meeste lyk in die vorm van 'donker energie' wat kosmiese uitbreiding versnel. Dan kom donker materie, wat ongeveer 20% uitmaak, en dan baroniese materie, ongeveer 4%. Elektromagnetiese straling (fotone) dra so min by dat ek hoeveel vergeet het. Die grootste deel van die energiedigtheid in fotone is op die kosmiese agtergrond (CMB), die oorblyfsel van 'n ealer tydvak toe elektromagnetiese straling die energiebegroting van die heelal oorheers het.

Die kosmiese uitbreiding laat die energiedigtheid van fotone vinniger verval as die van materie, want (benewens die afname in ruimtelike digtheid $ propto (1 + z) ^ {- 3} $) word fotone ook rooi verskuif, en voeg nog een by faktor $ (1 + z) ^ {- 1} $.


Geen energie is onderweg as GRB's nie, net soos gammastrale wat in 'n GRB begin het.

As u onthou dat al die energie in die vorm van bestraling is, voldoen dit aan dieselfde wette as gewone lig: hoe verder, hoe dowwer (omgekeerd van die vierkant van die afstandswet).

As jy dus sterre sien verdof soos hulle verder van jou af is, gebeur dit ook met die RGB's. Straling vanaf die sterre brei oneindig uit (word al hoe dowwer) totdat dit deur wolke opgeneem word of net dowwer word as die agtergrond.

Dieselfde gebeur met gammastrale van GRB's. Aangesien strale meer energiek is, word dit minder maklik geabsorbeer, en omdat GRB's meer energiek is, word die dowwer as die agtergrondafstand groter.


Die kragtigste ontploffings in die heelal straal baie meer energie uit as wat iemand gedink het

Gamma-straal bars, die kragtigste soort ontploffings wat in die heelal bekend is, kan selfs meer energieke ligstrale genereer as wat sterrekundiges voorheen besef het, volgens 'n stel nuwe studies.

Die nuwe navorsing dui daarop dat wetenskaplikes ongeveer die helfte van die energie wat vermis word, ontbreek gammastraal bars produseer, en bied een moontlike verklaring vir hoe die lig sulke hoë energievlakke bereik. Hierdie bevindings werp lig op hoe hierdie buitengewone ontploffings plaasvind en hoe dit die heelal kan hervorm, het navorsers gesê.

'N Gamma-straaluitbarsting gee soveel energie in millisekondes tot minute af as wat die son na verwagting gedurende sy hele leeftyd van 10 miljard jaar sal uitstraal. Vorige navorsing het voorgestel dat die dood van reuse-sterre of die samesmelting van neutronsterre of swart gate hierdie ontploffings veroorsaak.

So 'n skouspel begin met 'n helder flits van gammastrale, die hoogste energie vorm van lig. Vervolgens kom 'n nagloed van verskillende soorte lig wat maande of selfs jare kan duur.

Vorige navorsing het voorgestel dat gammastralings buitengewoon sterk gammastrale kan genereer. Maar wetenskaplikes kon nie sulke energieke lig- en mdash-fotone met energie hoër as 100 miljard raaksien nie elektron volt.

Ter vergelyking, dit is ongeveer '100 miljard keer meer energiek as die optiese lig wat ons oë sensitief is vir, of ongeveer 100 miljoen keer meer energiek as die röntgenfoto's, wat gebruik word as ons 'n röntgenfoto van ons bene kry', Edna Ruiz Velasco, 'n astrofisikus aan die Max Planck Instituut vir Kernfisika in Heidelberg, Duitsland, aan Space.com gesê. Sy is mede-outeur van een van drie studies oor gammastralings in die 21 November-uitgawe van die tydskrif Nature.

Nou het navorsers vir die eerste keer sulke ultra-hoë-energie lig bespeur deur gammastraal-bars. Die wetenskaplikes het twee gammastraalbarstings ontleed wat deur die NASA se Fermi gammastraal-ruimteteleskoop en NASA se Swift Observatory. Een uitbarsting, bekend as GRB 180720B, is in Julie 2018 gesien, ongeveer 7 miljard ligjare van die aarde af, die ander, GRB 190114C, is in Januarie 2019 ongeveer 4,5 miljard ligjare weg gesien.

In die nasleep van elke opsporing het ander instrumente gedraai om die sarsies waar te neem, en in albei gevalle het hulle ongelooflike energieke gammastrale gesien. Na GRB 180720B het die hoë-energie-stereoskopiese stelsel met teleskope in Namibië gammastrale waargeneem met energie tussen 100 miljard en 440 miljard elektronvolte. Na GRB 190114C is twee teleskope in La Palma, Spanje, bestuur deur die Belangrike atmosferiese gamma-beeldvorming Cherenkov (MAGIC) samewerking, het gammastrale opgespoor met energie wat wissel van 200 miljard tot 1 triljoen elektronvolte.

Nadat hulle besef het hoe energiek daardie 2019-bars was, het die navorsers meer as twee dosyn sterrewagte op die grond gewerf en in die ruimte om by MAGIC aan te sluit, neem hulle die gebeurtenis waar. Die wetenskaplikes het die data gebruik om die energieë en golflengtes van die straling in detail te ontleed om meer oor die oorsprong daarvan te leer.

Die navorsers wat hierdie opsporings gedoen het, meen dat die waarnemings daarop dui dat wetenskaplikes tot nou toe nie die helfte van die energie wat gammastralings kan uitstraal, kon sien nie. "Ons metings toon dat die energie wat vrygestel word in gammastrale met baie hoë energie, vergelykbaar is met die hoeveelheid wat uitgestraal word by alle laer energieë saamgevoeg," bestudeer mede-outeur Konstancja Satalecka, 'n astrofisikus by die Duitse Electron Synchrotron in Hamburg, in 'n verklaring van die fasiliteit gesê. 'Dit is opmerklik!'

Vorige werk het voorgestel dat die meeste gammastrale in hierdie sarsies uitgestraal word deur elektrone wat deur kragtige magnetiese velde teen amper die snelheid van die lig draai. Maar die outeurs van die nuwe navorsing glo dat 'n ander meganisme die ultra-hoë-energie gammastrale wat tydens die twee onlangse gebeure geproduseer word, dryf.

Op grond van hul analise van hierdie lig, het die wetenskaplikes voorgestel dat die mees energieke lig van gammastraalbarstings waarskynlik die gevolg is van fotone wat in die uitbarstings in die elektrone met die hoogste energie stort. In wese skud die fotone en elektrone "hande en ruil hul energie uit en mdash die fotone kry die baie hoë energie, en die elektrone verloor die energie," het Razmik Mirzoyan, 'n astrofisikus aan die Max Planck Instituut vir Fisika in München, medeskrywer van twee van die nuwe koerante en 'n woordvoerder van MAGIC, aan Space.com gesê.

Die wetenskaplikes verwag dat toekomstige navorsing voortgaan om gamma-strale met ultra-hoë energie uit gammastralings op te spoor, noudat sterrekundiges weet waarna hulle moet soek. Sulke data sal die wetenskaplikes help om die 'fisika van gammastralings en hul interaksie met hul omgewing' beter te verstaan, 'het Mirzoyan gesê.


Inhoud

Gamma-stralings is in die laat 1960's deur die Amerikaanse Vela-kerntoetsopsporingsatelliete ontdek. Die Velas is gebou om gammastralingspulse op te spoor wat deur kernwapentoetse in die ruimte uitgestraal word. Die Verenigde State het vermoed dat die USSR moontlik probeer om geheime kerntoetse uit te voer na die ondertekening van die Nuclear Test Ban Agreement in 1963. Terwyl die meeste satelliete ongeveer 500 kilometer bo die aardoppervlak wentel, wentel die Vela-satelliete op 'n hoogte van 65.000 myl. Op hierdie hoogte wentel die satelliete bo die Van Allen-stralingsgordel, wat die geraas in die sensors verminder. Die ekstra hoogte het ook beteken dat die satelliete ontploffings agter die maan kon opspoor, 'n plek waar die Amerikaanse regering vermoed dat die Sowjetunie kernwapentoetse sou probeer verberg. Die Vela-stelsel het oor die algemeen vier satelliete op enige tydstip in werking gehad sodat 'n gammastraal sein op verskeie plekke opgespoor kon word. Dit het dit moontlik gemaak om die bron van die sein na 'n relatief kompakte gebied van die ruimte te plaas. Alhoewel hierdie eienskappe in die Vela-stelsel opgeneem is om die opsporing van kernwapens te verbeter, was dit dieselfde wat die satelliete in staat gestel het om gammastralings op te spoor. [2]

Op 2 Julie 1967, om 14:19 UTC, het die Vela 4- en Vela 3-satelliete 'n flits van gammastraling bespeur wat nie soos enige bekende kernwapens se handtekeninge was nie. [3] Kernbomme lewer 'n baie kort, intense uitbarsting van gammastrale, minder as een miljoenste van 'n sekonde. Die bestraling verdof dan geleidelik namate die onstabiele kerne verval. Die sein wat deur die Vela-satelliete opgespoor is, het nie die intense aanvanklike flits of die geleidelike vervaag gehad nie, maar daar was twee duidelike pieke in die ligkromme. [2] Sonstrale en nuwe supernovas was die twee ander moontlike verklarings vir die gebeurtenis, maar op die dag het dit nog nie gebeur nie. [3] Die span van die Los Alamos Wetenskaplike Laboratorium, onder leiding van Ray Klebesadel, het onduidelikheid oor wat gebeur het, maar die saak nie besonder dringend oorweeg nie, die data weggelê vir latere ondersoek.

Vela 5 is op 23 Mei 1969 van stapel gestuur. Omdat die sensitiwiteit en tydsresolusie op hierdie satelliete aansienlik akkurater was as die instrumente op Vela 4, het die Los Alamos-span verwag dat hierdie nuwe satelliete meer gammastralings sou opspoor. Ten spyte van die enorme hoeveelheid agtergrondseine wat deur die nuwe detektore opgetel is, het die navorsingspan twaalf gebeurtenisse gevind wat nie saamgeval het met sonfakkels of supernovas nie. Sommige van die nuwe opspoorings het ook dieselfde dubbelpiekpatroon getoon as wat Vela 4 waargeneem het. [3]

Alhoewel hul instrumentasie geen verbetering bied ten opsigte van dié op Vela 5 nie, is die Vela 6-satelliete op 8 April 1970 gelanseer met die doel om die rigting te bepaal waarvandaan die gammastralings aankom. Die bane vir die Vela 6-satelliete is gekies om so ver as moontlik van Vela 5 af te wees, gewoonlik in die orde van 10000 kilometer van mekaar. Hierdie skeiding het beteken dat, ondanks gammastralings wat met die ligspoed beweeg, 'n sein op verskillende tye deur verskillende satelliete opgespoor sou word. Deur die aankomstye te ontleed, het Klebesadel en sy span sestien gammastralings suksesvol opgespoor. Die ewekansige verspreiding van sarsies oor die hemelruim het dit duidelik gemaak dat die sarsies nie van die son, maan of ander planete in ons sonnestelsel kom nie. [3]

In 1973 publiseer Ray Klebesadel, Roy Olson en Ian Strong van die Los Alamos Scientific Laboratory van die Universiteit van Kalifornië. Waarnemings van gammastraalbarstings van kosmiese oorsprong, die identifisering van 'n kosmiese bron vir die voorheen onverklaarbare waarnemings van gammastrale. [1] Kort daarna het Klebesadel sy bevindings tydens die 140ste vergadering van die American Astronomical Society aangebied. Alhoewel hy slegs deur The National Enquirer, nuus oor die ontdekking vinnig versprei deur die wetenskaplike gemeenskap. [4] Tussen 1973 en 2001 is meer as 5300 referate op GRB's gepubliseer. [5]

Kort na die ontdekking van gammastraal-uitbarstings het 'n algemene konsensus in die astronomiese gemeenskap ontstaan ​​dat om te bepaal wat dit veroorsaak het, hulle met astronomiese voorwerpe op ander golflengtes, veral sigbare lig, geïdentifiseer moes word, aangesien hierdie benadering suksesvol was toegepas op die velde van radio-X-straal-sterrekunde. Hierdie metode vereis baie akkurater posisies van verskeie gammastraalbarstings as wat die Vela-stelsel kan bied. [6] Groter akkuraatheid vereis dat die detektors verder van mekaar geplaas moet word. In plaas daarvan om slegs satelliete in die baan van die aarde te stuur, is dit nodig geag om die detektors deur die sonnestelsel te versprei.

Teen die einde van 1978 was die eerste Inter-Planetêre Netwerk (IPN) voltooi. Benewens die Vela-satelliete, het die IPN 5 nuwe ruimtesondes ingesluit: die Russiese Prognoz 7, in 'n wentelbaan om die aarde, die Duitse Helios 2, in elliptiese baan om die son, en NASA se Pioneer Venus Orbiter, Venera 11 en Venera 12 , waarvan elkeen om Venus wentel. Die navorsingspan van die Russiese Instituut vir Ruimte-navorsing in Moskou, onder leiding van Kevin Hurley, kon die data wat deur die IPN versamel is, gebruik om die posisie van gammastralings met 'n akkuraatheid van enkele minute boog akkuraat te bepaal. Selfs wanneer die kragtigste teleskope beskikbaar is, kon daar egter niks van belang binne die bepaalde streke gevind word nie. [7]

Om die bestaan ​​van gammastralings te verklaar, is baie spekulatiewe teorieë gevoer, waarvan die meeste nabygeleë galaktiese bronne voorgestel is. Weinig vordering is egter gemaak tot die bekendstelling van die Compton Gamma Ray Observatory en sy Burst and Transient Source Explorer (BATSE) instrument in 1991, 'n uiters sensitiewe gammastraal-detector. Hierdie instrument het belangrike gegewens verskaf wat aandui dat GRB's isotropies is (nie bevooroordeeld na enige spesifieke rigting in die ruimte nie, soos na die galaktiese vlak of die galaktiese middelpunt). [8] Omdat die Melkwegstelsel 'n baie plat struktuur het, sou gamma-stralings uit die Melkweg ontstaan, sou hulle nie isotrop oor die lug versprei word nie, maar eerder in die vlak van die Melkweg gekonsentreer word. Alhoewel die helderheid van die sarsies daarop dui dat dit in die Melkweg moes ontstaan, het die verspreiding 'n baie sterk bewys van die teendeel gegee. [9] [10]

BATSE-data het ook getoon dat GRB's in twee verskillende kategorieë val: kort duur, harde spektrum bars ("kort bars"), en lang duur sagte spektrum bars ("lang bars"). [11] Kort sarsies duur gewoonlik minder as twee sekondes en word oorheers deur hoër-energie fotone. Die lang sarsies duur gewoonlik meer as twee sekondes en word oorheers deur fotone met laer energie. Die skeiding is nie absoluut nie en die bevolkings oorvleuel waarnemend, maar die onderskeid dui op twee verskillende klasse stamvaders. Sommige meen egter dat daar 'n derde tipe GRB's is. [12] [13] [14] [15] Die drie soorte GRB's word veronderstel om drie verskillende oorspronge te weerspieël: samesmeltings van neutronsterstelsels, samesmeltings tussen wit dwerge en neutronsterre, en die ineenstorting van massiewe sterre. [16]

Dekades na die ontdekking van GRB's het sterrekundiges na 'n eweknie gesoek: enige astronomiese voorwerp in posisionele toeval met 'n onlangse waarneming. Sterrekundiges beskou baie verskillende voorwerpe, waaronder wit dwerge, pulsars, supernovas, bolvormige trosse, kwasars, Seyfert-sterrestelsels en BL Lac-voorwerpe. [17] Navorsers het spesifiek gesoek na voorwerpe met ongewone eienskappe wat verband hou met gammastraalbarstings: hoë behoorlike beweging, polarisasie, orbitale helderheidsmodulasie, vinnige flikkering op die tydskaal, ekstreme kleure, emissielyne of 'n ongewone vorm. [18] Vanaf die ontdekking van GRB's deur die 1980's was GRB 790305b [nb 1] die enigste gebeurtenis wat met 'n kandidaatbronvoorwerp geïdentifiseer is: [17] newel N49 in die Groot Magellaniese Wolk. [19] Alle ander pogings het misluk vanweë die swak resolusie van die beskikbare verklikkers. Die beste hoop blyk te lê in die vind van 'n flouer, vervaagende, langer golflengte-uitstoot na die sarsie self, die 'nagloed' van 'n GRB. [20]

Reeds in 1980 het 'n navorsingsgroep onder leiding van Livio Scarsi aan die Universiteit van Rome begin werk Satelliet per Astronomia X, 'n X-straal-sterrekunde-navorsingsatelliet. Die projek het ontwikkel in 'n samewerking tussen die Italiaanse ruimteagentskap en die Nederlandse agentskap vir lugvaartprogramme. Alhoewel die satelliet oorspronklik bedoel was om die uitsluitlike doel van die bestudering van X-strale te dien, het Enrico Costa van die Istituto di Astrofisica Spaziale voorgestel dat die vier beskermende skilde van die satelliet maklik as gammastraalopspoorders kon dien. [21] Na tien jaar van vertragings en 'n finale koste van ongeveer $ 350 miljoen, [22] is die satelliet, herdoop tot BeppoSAX ter ere van Giuseppe Occhialini, [23] op 30 April 1996 gelanseer. [24]

In 1983 het 'n span bestaande uit Stan Woosley, Don Lamb, Ed Fenimore, Kevin Hurley en George Ricker planne begin bespreek vir 'n nuwe GRB-navorsingsatelliet, die High Energy Transient Explorer (HETE). [25] Alhoewel baie satelliete reeds data oor GRB's verskaf het, sou HETE die eerste satelliet wees wat volledig aan GRB-navorsing gewy is. [26] Die doel was dat HETE gammastralings met baie groter akkuraatheid kon lokaliseer as die BATSE-detektors. Die span het in 1986 'n voorstel aan die NASA voorgelê, waaronder die satelliet toegerus sou wees met vier gammastraaldetektors, 'n röntgenkamera en vier elektroniese kameras om sigbare en ultravioletlig op te spoor. Die projek sou $ 14,5 miljoen kos, en die lansering was oorspronklik beplan vir die somer van 1994. [25] Die Pegasus XL-vuurpyl, wat HETE op 4 November 1996 gelanseer het, het sy twee satelliete nie vrygestel nie, dus het die HETE en SAC- B, 'n Argentynse navorsingsatelliet wat ook aan boord was, was missies aan die haak geheg en kon nie hul sonpanele na die son rig nie, en binne een dag na die lansering was alle radiokontak met die satelliete verlore. [27] Die uiteindelike opvolger van die missie, HETE 2, is op 9 Oktober 2000 suksesvol van stapel gestuur. Die eerste GRB is op 13 Februarie 2001 waargeneem. [28]

BeppoSAX het op 20 Julie 1996 [29] sy eerste gammastraal-GRB960720 opgespoor vanaf 'n röntgenfoto in een van die twee Wide Field Cameras (WFC's), maar dit is eers ses weke later deur die plig ontdek. wetenskaplike wat BATSE-snellers stelselmatig saam met WFC-sarsies uit dieselfde rigting nagaan. Opvolgradio-waarnemings met die Very Large Array deur Dale Frail het nie 'n nagloed gevind op die afgeleide posisie van die ontbinde data nie, maar 'n roetine-prosedure vir die opsporing van gammastralings met BeppoSAX kon vasgestel word. Dit het gelei tot die opsporing van 'n gammastraal op 11 Januarie 1997, en een van die wye veldkameras het ook op dieselfde oomblik X-strale opgespoor wat saamgeval het met 'n BATSE-sneller. John Heise, Nederlandse projekwetenskaplike vir BeppoSAX se WFC's, het die data van die WFC's vinnig ontplooi met behulp van sagteware van Jean in 't Zand, 'n Nederlandse voormalige gammastraal-spektroskopie by die Goddard Space Flight Centre, en het in minder as 24 uur 'n lug opgelewer posisie met 'n akkuraatheid van ongeveer 10 boogminute. [30] Alhoewel hierdie vlak van akkuraatheid reeds deur die interplanetêre netwerke oortref is, kon hulle nie die gegewens so vinnig as wat Heise kon lewer, lewer nie. [31] In die daaropvolgende dae het Dale Frail, wat met die Very Large Array gewerk het, 'n enkele vervaagende radiobron in die foutvak opgespoor, 'n BL Lac-voorwerp. 'N Artikel is geskryf vir Aard en verklaar dat hierdie gebeurtenis bewys het dat GRB's uit aktiewe sterrestelsels ontstaan ​​het. Jean in 't Zand herskryf egter die WFC-dekonvolusiesagteware om 'n posisie met 'n akkuraatheid van 3 boogminute te lewer, en die BL Lac-voorwerp was nie meer binne die verminderde foutvak nie. Ondanks die feit dat BeppoSAX beide X-strale en 'n GRB waargeneem het en die posisie binne dieselfde dag bekend was, is die bron van die sarsie nie geïdentifiseer nie. [30]

Die sukses van die BeppoSAX-span het in Februarie 1997 gekom, minder as een jaar nadat dit bekendgestel is. 'N BeppoSAX WFC het 'n gammastraalopsporing opgespoor (GRB 970228) en toe die X-straalkamera aan boord van BeppoSAX gewys is na die rigting waaruit die uitbarsting ontstaan ​​het, het dit 'n vervaagde X-straalemissie opgespoor. Op die grond gebaseerde teleskope het later ook 'n vervaagende optiese eweknie geïdentifiseer. [32] Die ligging van hierdie gebeurtenis is geïdentifiseer, nadat die GRB vervaag het, kon diep beelding 'n dowwe, baie verre gasheerstelsel in die GRB-ligging identifiseer. Binne slegs 'n paar weke het die lang twis oor die afstandskaal geëindig: GRB's was ekstragalaktiese gebeure wat in flou sterrestelsels op enorme afstande ontstaan ​​het. [nb 2] Deur uiteindelik die afstandskaal vas te stel, die omgewings waarin GRB's voorkom te karakteriseer en 'n nuwe venster op GRB's sowel waarnemend as teoreties te bied, het hierdie ontdekking 'n rewolusie vir die studie van GRB's gehad. [33]

Twee belangrike deurbrake het ook plaasgevind tydens die volgende byeenkoms wat deur BeppoSAX, GRB 970508, geregistreer is. Hierdie gebeurtenis is binne vier uur na die ontdekking daarvan gelokaliseer, wat die navorsingspanne in staat gestel het om vroeër waarnemings te maak as enige vorige uitbarsting. Deur foto's van die foutkassie op 8 Mei en 9 Mei (die dag van die gebeurtenis en die dag daarna) te vergelyk, is gevind dat een voorwerp in helderheid toegeneem het. Tussen 10 Mei en Mei neem Charles Steidel die spektrum van die veranderlike voorwerp op uit die W. M. Keck-sterrewag. Mark Metzger het die spektrum geanaliseer en 'n rooi verskuiwing van z = 0,835 bepaal, en die sarsie op 'n afstand van ongeveer 6 miljard ligjare geplaas. Dit was die eerste akkurate bepaling van die afstand na 'n GRB, en dit het verder bewys dat GRB's in uiters verre sterrestelsels voorkom. [34]

Voor die lokalisering van GRB 970228, het die menings verskil of GRB's waarneembare radiogolwe sou uitstraal al dan nie. Bohdan Paczyński en James Rhoads het in 1993 'n artikel gepubliseer wat radiogloei voorspel, maar Martin Rees en Peter Mészáros het tot die gevolgtrekking gekom dat, as gevolg van die groot afstande tussen GRB's en die aarde, enige radiogolwe wat geproduseer word, te swak sou wees om opgespoor te word. [35] Alhoewel GRB 970228 gepaard gaan met 'n optiese nagloed, kon die Very Large Array of die Westerbork Synthesis Radio Telescope 'n radiogloed opspoor. Vyf dae na GRB 970508 het Dale Frail egter saam met die Very Large Array in Nieu-Meksiko radiogolwe vanaf die nagloed waargeneem met golflengtes van 3,5 cm, 6 cm en 21 cm. Die totale helderheid het baie gewissel van uur tot uur, maar nie gelyktydig in alle golflengtes nie. Jeremy Goodman van die Princeton-universiteit het die wisselvallige skommelinge verklaar as gevolg van skittering wat veroorsaak word deur vibrasies in die aarde se atmosfeer, wat nie meer voorkom as die bron 'n skynbare grootte groter as drie mikroboogsekondes het nie. Na 'n paar weke het die ligskommelings verdwyn. Met behulp van hierdie inligting en die afstand tot die gebeurtenis, is vasgestel dat die bron van radiogolwe amper teen die ligspoed uitgebrei het. Nog nooit was akkurate inligting oor die fisiese eienskappe van 'n gammastraalontploffing verkry nie. [36]

Omdat GRB 970508 op baie verskillende golflengtes waargeneem is, was dit ook moontlik om 'n baie volledige spektrum vir die geleentheid te vorm. Ralph Wijers en Titus Galama het probeer om verskillende fisiese eienskappe van die sarsie te bereken, insluitend die totale hoeveelheid energie in die sarsie en die digtheid van die omliggende medium. Met behulp van 'n uitgebreide vergelykingsstelsel kon hulle hierdie waardes bereken as onderskeidelik 3 × 10 52 ergs en 30 000 deeltjies per kubieke meter. Alhoewel die waarnemingsdata nie akkuraat genoeg was om hul resultate as besonder betroubaar te beskou nie, het Wijers en Galama wel getoon dat dit in beginsel moontlik sou wees om die fisiese karakters van GRB's op grond van hul spektra te bepaal. [37]

Die volgende uitbarsting om sy rooi verskuiwing te laat bereken, was GRB 971214 met 'n rooi verskuiwing van 3,42, 'n afstand van ongeveer 12 miljard ligjare van die aarde af. Met behulp van die rooi verskuiwing en die akkurate helderheidsmetings wat deur beide BATSE en BeppoSAX gemaak is, het Shrinivas Kulkarni, wat die rooi verskuiwing by die WM Keck-sterrewag opgeteken het, die hoeveelheid energie wat die sarsie in 'n halwe minuut vrygestel het, bereken tot 3 × 10 53 erge, 'n paar honderd keer meer energie as wat die son in 10 miljard jaar vrystel. Die uitbarsting is verklaar dat dit die mees energieke ontploffing was wat nog ooit sedert die oerknal plaasgevind het, wat die bynaam verdien het Oerknal 2. Hierdie ontploffing het 'n dilemma vir GRB-teoretici gelewer: óf hierdie sarsie het meer energie opgelewer as wat moontlik deur enige van die bestaande modelle verklaar kon word, òf die sarsie het nie energie in alle rigtings vrygestel nie, maar in baie smal balke wat toevallig gewys het direk op aarde. Alhoewel die stralende verklaring die totale energie-uitset sou verminder tot 'n baie klein fraksie van Kulkarni se berekening, impliseer dit ook dat vir elke sarsie wat op aarde waargeneem word, 'n paar honderde voorkom wat nie waargeneem word nie omdat hul balke nie na die aarde gerig is nie. [38]

In November 2019 het sterrekundiges 'n opmerklike gammastraalontploffing, genaamd GRB 190114C, gerapporteer, wat aanvanklik in Januarie 2019 opgespoor is, wat tot dusver vasgestel is dat hulle die hoogste energie gehad het, 1 Tera-elektronvolt (Tev) wat nog ooit vir sulke 'n kosmiese gebeurtenis. [39] [40]

Konus-Wind word aan boord van Wind-ruimtetuie gevlieg. Dit is op 1 November 1994 van stapel gestuur. Eksperiment bestaan ​​uit twee identiese gammastraal-spektrometers wat op teenoorgestelde terreine van die ruimtetuig gemonteer is, sodat die lug waargeneem word. [41]

INTEGRAL, die Internasionale Gamma-Straal Astrofisika-laboratorium van die Europese Ruimte-agentskap, is op 17 Oktober 2002 van stapel gestuur. Dit is die eerste sterrewag wat gelyktydig voorwerpe in gammastraal-, X-straal- en sigbare golflengtes kan waarneem. [42]

NASA se Swift-satelliet is in November 2004 van stapel gestuur. Dit kombineer 'n sensitiewe gammastraal-detector met die vermoë om aan boord van X-straal- en optiese teleskope in die rigting van 'n nuwe sarsie te wys binne minder as een minuut nadat die sarsie opgespoor is. [43] Swift se ontdekkings sluit in die eerste waarnemings van kort na-gloei en groot hoeveelhede data oor die gedrag van GRB-nagloei in vroeë stadiums tydens hul evolusie, selfs voordat die gammastraal-uitstoot van die GRB gestaak is. Die missie het ook ontdek dat groot röntgenstrale binne minute tot dae na die einde van die GRB verskyn.

Op 11 Junie 2008 is NASA se gammastraal-ruimteteleskoop (GLAST), later herdoop tot die Fermi gammastraal-ruimteteleskoop, gelanseer. Die missiedoelwitte is onder meer om die raaisels van die ongelooflike kragtige ontploffings, bekend as gammastralings, te kraak. [44]

Nog 'n gamma-straal-waarnemingsmissie is AGILE. Ontdekkings van GRB's word gemaak soos dit via die gammastraalburst-koördinaatnetwerk opgespoor word, sodat navorsers hul instrumente dadelik op die bron van die sarsie kan fokus om die nasleep te waarneem.


GRB 200415A: baanbreker-ontdekking

Die InterPlanetary Network (IPN) het vasgestel dat GRB 200415A uit 'n magnetar in die sterrestelsel NGC 253, in die Sculptor-konstellasie, ontplof het. Volgens Razzaque:

& # 8220In die melkweg is daar tienduisende neutronsterre. Daarvan is slegs 30 tans bekend as magnetare. Magnetare is tot duisend keer meer magneties as gewone neutronsterre. Die meeste straal elke nou en dan X-strale uit. Maar tot dusver weet ons net 'n handvol magnetare wat reuse-fakkels opgelewer het. & # 8221

Professor Soebur Razzaque

Centaurus A is 'n bekende voorbeeld van 'n relatief nabygeleë radiostelsel. Binne die sterrestelsel is 'n supermassiewe swart gat wat die groot strale genereer wat gesien kan word wat loodreg op die skyf van die sterrestelsel opduik. Fotokrediet: ESO / WFI (opties) MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al. (Submillimeter) NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (X-straal). (Via Suid-Afrika se Meerkat-rekening op Twitter: @RoyalAstroSoc)

Hy verduidelik dat die helderste waarnemende fakkel in 2004 opgespoor is, en & # 8220GRB 200415A in 2020 aangekom het & # 8221. Die reusegloed van GRB in 2004 het ook kommunikasienetwerke op Aarde ontwrig.

Razzaque verduidelik dat & # 8220GRB 200415A die eerste keer ooit was dat beide die eerste en tweede ontploffings van 'n reuse-fakkel opgespoor is & # 8221. Hy het in 2005 'n eerste en tweede ontploffing voorspel tydens 'n reuse-opvlam.


Erkennings

Die Fermi-LAT-samewerking erken ondersteuning vir LAT-ontwikkeling, werking en data-analise van NASA en die Departement van Energie (Verenigde State), CEA / Irfu en IN2P3 / CNRS (Frankryk), ASI en INFN (Italië), MEXT, KEK en JAXA (Japan), en die KA Wallenberg-stigting, die Sweedse Navorsingsraad en die Nasionale Ruimteraad (Swede). Ondersteuning vir wetenskaplike ontleding in die bedryfsfase van INAF (Italië) en CNES (Frankryk) word ook met dank erken. Hierdie werk is deels uitgevoer onder kontrak DE-AC02-76SF00515 van die Departement van Energie. E. Burns is 'n NASA-postdoktorale programgenoot.


NASA se Fermi-missie onthul die gammastraal-uitbarstings met die hoogste energie

NASA se Fermi gammastraal-ruimteteleskoop het die lug al tien jaar lank gamma-uitbarstings (GRB's) gescand, die heel helderste ontploffings van die heelal. 'N Nuwe katalogus met die hoogste energie-ontploffings bied wetenskaplikes nuwe insigte oor hoe dit werk.

"Elke uitbarsting is op die een of ander manier uniek," het Magnus Axelsson, 'n astrofisikus aan die Stockholm-universiteit in Swede, gesê. "Dit is eers as ons groot monsters, soos in hierdie katalogus, kan bestudeer, wat ons die algemene kenmerke van GRB's begin verstaan. Dit gee ons weer 'n leidraad vir die fisiese meganismes wat aan die werk is."

Die katalogus is gepubliseer in die uitgawe van 13 Junie Die Astrofisiese Tydskrif en is nou aanlyn beskikbaar. Meer as 120 outeurs het bygedra tot die referaat, gelei deur Axelsson, Elisabetta Bissaldi aan die National Institute of Nuclear Physics and Polytechnic University in Bari, Italië, en Nicola Omodei en Giacomo Vianello aan die Stanford Universiteit in Kalifornië.

GRB's gee gammastrale uit, die vorm met die hoogste energie. Die meeste GRB's kom voor as die soorte massiewe sterre nie meer brandstof het nie en ineenstort om nuwe swart gate te skep. Ander gebeur wanneer twee neutronsterre, superdigte oorblyfsels van sterreontploffings, saamsmelt. Albei soorte katastrofiese gebeure skep strale van deeltjies wat naby die snelheid van die lig beweeg. Die gammastrale word geproduseer in botsings van vinnig bewegende materiaal binne die strale en wanneer die strale met die omgewing rondom die ster omgaan.

Sterrekundiges kan die twee GRB-klasse onderskei deur die duur van hul gammaarstrale met laer energie. Kort sarsies van neutronster-samesmeltings duur minder as 2 sekondes, terwyl lang sarsies gewoonlik 'n minuut of langer duur. Die nuwe katalogus, wat 17 kort en 169 lang sessies bevat, beskryf 186 gebeure wat die afgelope tien jaar deur Fermi se Large Area Telescope (LAT) gesien is.

Fermi neem hierdie kragtige bars met twee instrumente waar. Die LAT sien te eniger tyd ongeveer 'n vyfde van die lug en neem gammastrale op met energie bo 30 miljoen elektronvolt (MeV) - miljoene keer die energie van sigbare lig. Die gammastraalbarstmonitor (GBM) sien die hele lug wat nie deur die aarde geblokkeer word nie, en ontdek laer energie-uitstoot. Die GBM het tot dusver meer as 2300 GRB opgespoor.

Hieronder is 'n voorbeeld van vyf rekordopstellende en interessante gebeure uit die LAT-katalogus wat wetenskaplikes gehelp het om meer oor GRB's te leer.

1. GRB 081102B

Die kort sarsie 081102B, wat op 2 November 2008 in die konstellasie Bo & oumltes plaasgevind het, is die kortste GRAT-bespeurde GRB, wat net een tiende van 'n sekonde duur. Alhoewel hierdie uitbarsting in die eerste jaar van Fermi se waarnemings verskyn het, is dit nie opgeneem in 'n vroeëre weergawe van die versameling wat in 2013 gepubliseer is nie.

"Die eerste LAT-katalogus het net 35 GRB's geïdentifiseer," het Bissaldi gesê. "Danksy verbeterde tegnieke vir data-analise kon ons sommige van die marginale waarnemings in die steekproef bevestig, asook vyf keer soveel uitbarstings vir die nuwe katalogus identifiseer."

2. GRB 160623A

Langlewend gebars 160623A, op 23 Junie 2016 opgemerk, in die sterrebeeld Cygnus, het byna 10 uur aanhou skyn by LAT-energieë - die langste uitbarsting in die katalogus. Maar teen die laer energieë wat deur Fermi se GBM-instrument aangeteken is, is dit slegs 107 sekondes opgespoor. Hierdie skrille verskil tussen die instrumente bevestig 'n tendens wat in die eerste LAT-katalogus aangedui word. Vir beide lang en kort sarsies duur die gammare-uitstraling van hoë energie langer as die lae-energie-uitstoot en gebeur dit later.

3. GRB 130427A

The highest-energy individual gamma ray detected by Fermi's LAT reached 94 billion electron volts (GeV) and traveled 3.8 billion light-years from the constellation Leo. It was emitted by 130427A, which also holds the record for the most gamma rays -- 17 -- with energies above 10 GeV.

A popular model proposed that charged particles in the jet, moving at nearly the speed of light, encounter a shock wave and suddenly change direction, emitting gamma rays as a result. But this model can't account for the record-setting light from this burst, forcing scientists to rethink their theories.

The original findings on 130427A show that the LAT instrument tracked its emission for twice as long as indicated in the catalog. Due to the large sample size, the team adopted the same standardized analysis for all GRBs, resulting in slightly different numbers than reported in the earlier study.

4. GRB 080916C

The farthest known GRB occurred 12.2 billion light-years away in the constellation Carina. Called 080916C, researchers calculate the explosion contained the power of 9,000 supernovae.

Telescopes can observe GRBs out to these great distances because they are so bright, but pinpointing their exact distance is difficult. Distances are only known for 34 of the 186 events in the new catalog.

5. GRB 090510

The known distance to 090510 helped test Einstein's theory that the fabric of space-time is smooth and continuous. Fermi detected both a high-energy and a low-energy gamma ray at nearly the same instant. Having traveled the same distance in the same amount of time, they showed that all light, no matter its energy, moves at the same speed through the vacuum of space.

"The total gamma-ray emission from 090510 lasted less than 3 minutes, yet it allowed us to probe this very fundamental question about the physics of our cosmos," Omodei said. "GRBs are really one of the most spectacular astronomical events that we witness."

What's missing?

GRB 170817A marked the first time light and ripples in space-time, called gravitational waves, were detected from the merger of two neutron stars. The event was captured by the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO), the Virgo interferometer and Fermi's GBM instrument, but it wasn't observed by the LAT because the instrument was switched off as the spacecraft passed through a region of Fermi's orbit where particle activity is high.

"Now that LIGO and Virgo have begun another observation period, the astrophysics community will be on the lookout for more joint GRB and gravitational wave events" said Judy Racusin, a co-author and Fermi deputy project scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "This catalog was a monumental team effort, and the result helps us learn about the population of these events and prepares us for delving into future groundbreaking finds."


New Risk to Earth Found in Supernova Explosions

An explosive star within our galaxy is showingsigns of an impending eruption, at least in a cosmic time frame, and has forquite some time. From 1838 to 1858, the star called Eta Carinae brightened torival the light of Sirius, the brightest star in the sky, and then faded to adim star. Since 1940 it has been brightening again, and scientists think EtaCarinae will detonate in 10,000 to 20,000 years.

Fortunately, Eta Carinae is far away, at least7,500 light-years from Earth. If it explodes, most of its energy will bescattered or absorbed in the vast emptiness of space. It also happens to betilted about 45 degrees from the line of sight to Earth, so any type of gamma-rayburst, a high-energy outburst expected with this star's eventual eruption,would miss the Earth. Cosmic rays would be diffused by magnetic fields, and mostof the damaging light would not affect life on Earth.

In general, threatsto life on Earth from supernovae are extremely small, for all except thenearest explosions — those 30 light-years away or closer.

But what if a supernova were 100 times brighterthan usual? Would there be any risk to life on Earth then?

Astronomers found such a record-breakingsupernova last year, SN 2006gy.

SN 2006gy was the brightest supernova everrecorded until an evenbrighter one was discovered in November.

Astronomers now know the progenitor of SN 2006gywas remarkably similar to Eta Carinae. They warn a superluminous supernovamight explode right in our own galaxy.

Brian Thomas at Washburn University has beenstudying the effects of astronomical explosions at the Goddard Space FlightCenter. He decided to investigate what would happen to Earth's protective ozonelayer if Eta Carinae explodes with the brilliance of SN 2006gy.

It turns out that even though SN 2006gy was oneof the brightest supernovae ever recorded, it did not generate a large amount ofX-rays. Thomas and his team found most of the light, including damaging X-raysand cosmic rays, would scatter into space before ever reaching Earth.

So would there be any damage to Earth from sucha spectacular event? Though Thomas found X-rays and cosmic rays would causelittle damage, he also looked at optical light, particularlyshort-wavelength blue light (400 nanometers), where the spectrum of SN 2006gypeaked. No one had ever considered the effects of this light before, eitherfrom supernovae or any other type of event.

?The visible light could be significant,? Thomassays, ?But this depends a little bit on your definition of significant.?

If Eta Carina were to explode like SN 2006gy, itwould quickly become the brightest object in the sky other than the sun and the moon.

For those living where Eta Carina is alwaysabove the horizon (Antarctica, New Zealand and extreme southern regions of Australia and South America) the light would vastly outshine Venus, visible even during the day. Theradiation would illuminate the evening sky with a bluish glow nearly strongenough to read by, and the effect would likely last for months — perhaps six ormore.

The cumulative effects of long-duration exposureto blue-enhanced light would begin to interfere with life on Earth.

Those who study chronobiology, or the effects ofbiological timing, have found that low levels of blue light can strongly affectthe endocrine systems of mammals by causing physiological and alertingresponses. Blue-enhanced light is associated with reduced levels of melatoninproduction and affects circadian rhythms. For these reasons, it is sometimesprescribed to counteract seasonal affective disorder (SAD) or winterdepression.

?This is not going to be an ?everything diesimmediately? kind of event,? Thomas said. ?But with the risk factors associatedwith higher levels of this kind of light it?s certainly something that could beimportant in the longer run.?

In a paper about to be published in the journal Astrobiology,Thomas explains that even short exposures to blue light can increase insomnia,reduce resistance to infection and is being studied as a possible risk ofcancer.

Yet, in the case of Eta Carinae, the effect of theseoptical photons would be minimal. The scattering of photons by dust and gas isgreatest at blue wavelengths (thus giving Earth its blue sky) and the sheerdistance of Eta Carinae diminishes the optical intensity by about 20 percent.

But while damage from optical light is not a factorfor Eta Carinae, the effects of this light should be considered to any riskassessment of supernovae. Based on his results, Thomas now estimates the biologicalthreshold for supernovae to be about 100 light-years away. At that distance, lifeon Earth can expect some sort of supernova radiation about once every 20million years.


Scientists observe the Brightest Explosions in the Universe

Scientists have obtained the best view yet of the universe’s brightest explosions: a specialized observatory in Namibia has recorded the most energetic radiation and the longest gamma-ray afterglow of a so-called gamma-ray burst. According to the international team, the observations with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) challenge the idea of how gamma-rays are produced in these colossal stellar explosions that are the birth cries of black holes.

Scientists have obtained the clearest picture yet of the universe’s brightest explosions: The most energetic radiation and the longest gamma-ray afterglow of a so-called gamma-ray burst (GRB) have been recorded to date by a specialized observatory in Namibia. According to the international team’s report in the journal Science, the observations with the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) challenge the established idea of how gamma-rays are produced in these colossal stellar explosions that are the birth cries of black holes.

“Gamma-ray bursts are bright X-ray and gamma-ray flashes seen in the sky that are emitted by distant extragalactic sources,” explains DESY scientist Sylvia Zhu, one of the paper’s authors. “They are the largest explosions in the universe, caused by the collapse of a rapidly rotating massive star into a black hole. A portion of the liberated gravitational energy is used to generate an ultrarelativistic blast wave. Their emission is divided into two distinct phases: a brief chaotic prompt phase followed by a long-lasting, smoothly fading afterglow phase.”

A specialized observatory in Namibia has recorded the most energetic radiation and the longest gamma-ray afterglow of a so-called gamma-ray burst to date.

Fermi and Swift’s satellites detected a gamma-ray burst in the Eridanus constellation. The event, known as GRB 190829A due to its date of occurrence, turned out to be one of the closest gamma-ray bursts ever observed, with a distance of approximately one billion lightyears. In comparison, the average gamma-ray burst is approximately 20 billion lightyears away. “We were right in the front row when this gamma-ray burst happened,” DESY co-author Andrew Taylor explains. When the afterglow of the explosion became visible to the H.E.S.S. telescopes, the team immediately captured it. “We were able to observe the afterglow for several days and at unprecedented gamma-ray energies,” Taylor reports.

Because of the relatively close proximity to the gamma-ray burst, detailed measurements of the afterglow spectrum, which is the distribution of “colors” or photon energies of the radiation, in the very-high-energy range, were possible. “We were able to determine the spectrum of GRB 190829A up to an energy of 3.3 tera-electronvolts, which is about a trillion times as energetic as visible light photons,” says co-author Edna Ruiz-Velasco of the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg.

“This is what’s so exceptional about this gamma-ray burst – it happened in our cosmic backyard where the very-high-energy photons were not absorbed in collisions with background light on their way to Earth, as it happens over larger distances in the cosmos.”

Front-row view Reveals exceptional cosmic explosion

The team was able to track the afterglow for three days after the initial explosion. “Our observations revealed curious similarities between the X-ray and very-high-energy gamma-ray emission of the burst’s afterglow,” Zhu reports. The two emission components, according to established theories, must be produced by separate mechanisms: the X-ray component is produced by ultra-fast electrons that are deflected in the strong magnetic fields of the burst’s surroundings. This “synchrotron” process is very similar to how particle accelerators on Earth generate bright X-rays for scientific research.

However, existing theories suggested that even the most powerful explosions in the universe could not accelerate electrons sufficiently to directly produce the observed very high-energy gamma rays. This is because of a “burn-off limit,” which is determined by the balance of particle acceleration and cooling within an accelerator. The production of very-high-energy gamma-rays necessitates the use of electrons with energies well above the burn-off limit. Instead, current theories postulate that during a gamma-ray burst, fast electrons collide with synchrotron photons, boosting them to gamma-ray energies in a process known as synchrotron self-Compton.

However, observations of the afterglow of GRB 190829A show that both components, X-ray and gamma-ray, faded in sync. Furthermore, the gamma-ray spectrum closely matched an X-ray extrapolation. These findings strongly suggest that the X-rays and very-high-energy gamma rays in this afterglow were produced by the same mechanism. “It is rather surprising to observe such remarkably similar spectral and temporal characteristics in the X-ray and very-high-energy gamma-ray energy bands if the emission in these two energy ranges had different origins,” says co-author Dmitry Khangulyan of Tokyo’s Rikkyo University. This poses a challenge for the synchrotron self-Compton origin of the very-high-energy gamma-ray emission.

This possibility has far-reaching implications, emphasizing the importance of further research into very high-energy GRB afterglow emissions. GRB 190829A is only the fourth gamma-ray burst discovered from Earth. The earlier detected explosions, on the other hand, occurred much further away in the cosmos, and their afterglow could only be observed for a few hours at a time, and not at energies greater than one tera-electronvolt (TeV).

“In the future, the prospects for detecting gamma-ray bursts by next-generation instruments like the Cherenkov Telescope Array, which is currently being built in the Chilean Andes and on the Canary Island of La Palma look promising,” says Landessternwarte Heidelberg spokesperson Stefan Wagner. “Because of the general abundance of gamma-ray bursts, we anticipate that regular detections in the very-high-energy band will become more common, allowing us to better understand their physics.”


Light from huge explosion 12 billion years ago reaches Earth

Gamma-ray burst 1404191 was spotted at 11 p.m. April 19 by SMU’s robotic ROTSE-IIIb telescope at McDonald Observatory, Fort Davis, Texas. Image courtesy of Southern Methodist University

More than 12 billion years ago — shortly after the Big Bang — a rare, high-energy explosion took place. Its light only recently reached Earth and was visible in the sky. Today, we call these explosions gamma-ray bursts. The light from this one traveled for 12.1 billion years before it was detected and observed by a telescope, ROTSE-IIIb, owned by Southern Methodist University, Dallas.

Gamma-ray bursts are believed to be the catastrophic collapse of a star at the end of its life. SMU physicists report that their telescope was the first on the ground to observe the burst and to capture an image, said Farley Ferrante, a graduate student in SMU’s Department of Physics, who monitored the observations along with two astronomers in Turkey and Hawaii.

Recorded as GRB 140419A by NASA’s Gamma-ray Coordinates Network, the burst was spotted at 11 p.m. April 19 by SMU’s robotic telescope at the McDonald Observatory in the Davis Mountains of West Texas.

Gamma-ray bursts are not well understood by astronomers, but they are considered important, Ferrante said.

“As NASA points out, gamma-ray bursts are the most powerful explosions in the universe since the Big Bang,” he said. “These bursts release more energy in 10 seconds than our Earth’s sun during its entire expected lifespan of 10 billion years.”

Some of these gamma-ray bursts appear to be related to supernovae, and correspond to the end-of-life of a massive star, said Robert Kehoe, physics professor and leader of the SMU astronomy team.

“Gamma-ray bursts may be particularly massive cousins to supernovae, or may correspond to cases in which the explosion ejecta are more beamed in our direction. By studying them, we learn about supernovae,” Kehoe said.

Scientists weren’t able to detect optical light from gamma-ray bursts until the late 1990s, when telescope technology improved. Among all lights in the electromagnetic spectrum, gamma rays have the shortest wavelengths and are visible only using special detectors.

Gamma-ray bursts result from hot stars that measure as enormous as 50 solar masses. The explosion occurs when the stars run out of fuel and collapse in on themselves, forming black holes.

Outer layers detonate, shooting out material along the rotation axis in powerful, high-energy jets that include gamma radiation.

As the gamma radiation declines, the explosion produces an afterglow of visible optical light. The light, in turn, fades very quickly, said Kehoe. Physicists calculate the distance of the explosion based on the shifting wavelength of the light, or redshift.

“The optical light is visible for anywhere from a few seconds to a few hours,” Kehoe said. “Sometimes optical telescopes can capture the spectra. This allows us to calculate the redshift of the light, which tells us how fast the light is moving away from us. This is an indirect indication of the distance from us.”

Observational data from gamma-ray bursts allows scientists to understand structure of the early universe

To put into context the age of the new gamma-ray burst discoveries, Kehoe and Ferrante point out that the Big Bang occurred 13.81 billion years ago. GRB 140419A is at a red shift of 3.96, Ferrante said.

“That means that GRB 140419A exploded about 12.1 billion years ago,” he said, “which is only about one-and-a-half billion years after the universe began. That is really old.”

Armed with images of the burst, astronomers can analyze the observational data to draw further conclusions about the structure of the early universe.

“At the time of this gamma-ray burst’s explosion, the universe looked vastly different than it does now,” Kehoe said. “It was an early stage of galaxy formation. There weren’t heavy elements to make Earth-like planets. So this is a glimpse at the early universe. Observing gamma-ray bursts is important for gaining information about the early universe.”

GRB 140419A’s brightness, measured by its ability to be seen by someone on Earth, was of the 12th magnitude, Kehoe said, indicating it was only 10 times dimmer than what is visible through binoculars, and only 200 times dimmer than the human eye can see, Kehoe said.

“The difference in brightness is about the same as between the brightest star you can see in the sky, and the dimmest you can see with the naked eye on a clear, dark night,” Kehoe said. “Considering this thing was at the edge of the visible universe, that’s an extreme explosion. That was something big. Really big.”

SMU telescope responded to NASA satellite’s detection and notification

SMU’s Robotic Optical Transient Search Experiment (ROTSE) IIIb is a robotic telescope. It is part of a network of ground telescopes responsive to a NASA satellite that is central to the space agency’s Swift Gamma-Ray Burst Mission. Images of the gamma-ray bursts are at https://bit.ly/1kKZeh5.

When the Swift satellite detects a gamma-ray burst, it instantly relays the location. Telescopes around the world, such as SMU’s ROTSE-IIIb, swing into action to observe the burst’s afterglow and capture images, said Govinda Dhungana, an SMU graduate student who participated in the gamma-ray burst research.

SMU’s ROTSE-IIIb observes optical emission from several gamma-ray bursts each year. It observed GRB 140419A just 55 seconds after the burst was detected by Swift.

Just days later, ROTSE-IIIb observed and reported a second rare and distant gamma-ray burst, GRB 140423A, at 3:30 a.m. April 23. The redshift of that burst corresponds to a look back in time of 11.8 billion years. ROTSE-IIIb observed it 51 seconds after the burst was detected by Swift.

“We have the brightest detection and the earliest response on both of those because our telescope is fully robotic and no human hands were involved,” Ferrante said.

Ferrante, the first to check observations on GRB 140423A, is first-author on that gamma-ray burst. Tolga Guver, associate professor in the Department of Astronomy and Space Sciences at Istanbul University, Turkey, is second author. On GRB 140419A, Guver is first author and Ferrante is second.


Closest cosmic explosion challenges popular theory

After nine years waiting for a gamma ray burst, scientists have to go back to the drawing board.

Andrew Taylor waited nine years to catch a gamma-ray burst in action.

His patience finally paid off on August 29, 2019 when Taylor, a researcher at the German Electron Synchrotron, and his teammates on the H.E.S.S. Collaboration caught one of these bright events in action. And it wasn’t anything like he’d anticipated. For one, it didn’t behave anything like the models said they “should.”

But that, in its own way, was a blessing.

“It might sound odd to you to not see what you expect to see, but that's normally the most exciting science,” Taylor tells Inverse. “I don’t think I want to live in a textbook universe.”

The gamma-ray burst came from the direction of the constellation of Eridanus in the southern hemisphere and seemed to take place only 1 billion light years from Earth, making it the closest gamma-ray burst observed so far.

Its proximity allowed the researchers to study it in great detail — and along the way found challenges to their idea of how gamma-ray bursts are produced.

Their observations are detailed in a study published Thursday in the journal Wetenskap.

WHAT’S NEW — The gamma-ray burst, dubbed GRB 190829A, was detected using the High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia.

Gamma-ray bursts are some of the most powerful and brightest explosions in the universe. They result from one of two cosmic scenarios:

    , the death of a very massive star.
  • The collision between two neutron stars, the collapsed cores of massive stars.

“When the gamma ray hits the atmosphere, it interacts with the atoms in the atmosphere, and particles are produced in the atmosphere, and those secondary particles make more particles and more particles and we get this cascade in the atmosphere,” Taylor says. “Then our telescopes see the radiation producing that cascade.”

Edna Ruiz-Velasco, a researcher at the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, and co-author of the study, says that the proximity of the burst allowed them to study gamma ray bursts in detail.

“The radiation, the more it travels, the more it gets absorbed by photons that are floating around the universe,” Ruiz-Velasco tells Inverse. “The closer the subject is to us, the less there’s absorption.”

The team was able to observe the afterglow of the explosion for three days.

The afterglow is often much weaker than the initial explosion as the particle jet slams into surrounding gas, and previous hypotheses had suggested that they were produced by two different mechanisms.

But the observations showed that the high-energy gamma-ray emissions were surprisingly similar to the afterglow emissions and both faded in sync, suggesting that they must be produced by the same process.

“So it means that we've got something wrong in our models,” Taylor says. “We're not just seeing what we expect and then ticking a box. We have to reflect a bit about what assumptions went into our models, and test the assumptions to see what would have to change.”

HERE’S THE BACKGROUND — Gamma-ray bursts were first discovered in the 1960s, when military satellites caught a glimpse of the high-energy explosions while on the lookout for secret nuclear weapon testing on Earth.

Krista Smith, an assistant professor at Southern Methodist University’s physics department, says that at first gamma-ray bursts came as a complete surprise and no one knew what they were.

“It wasn't until the 90s that we started to observe the afterglows, and then we understood that these things were coming from other galaxies,” Smith tells Inverse.

In 1991, scientists launched the Compton Gamma Ray Observatory with the Burst and Transient Source Experiment (BATSE) which detected roughly one new gamma-ray burst every day.

Astronomers estimate that around 500 gamma-ray bursts are taking place at the same time across the universe.

“These things are probably going off more or less uniformly out in the universe, but the universe is enormous,” Smith, who was not involved in the study, says. “So the odds of us seeing a gamma-ray burst very nearby are quite low. These things happen mostly in distant galaxies because there simply are so many distant galaxies.”

WHY IT MATTERS — Gamma-ray bursts inform scientists of the original event that sparked them, improving their understanding of the interior structure of the star that exploded, or the state of the end of the life of a star.

“They're sort of simple if you think about it — it just throws off a blob of plasma at very high velocities,” Taylor says. “It's quite a simple laboratory because the physics behind it is simple, and yet it’s something that we can't test on Earth.”

WHAT’S NEXT — Although the window for observing the recent gamma-ray burst has long been closed, the researchers behind the new study are hoping to detect another nearby gamma-ray burst in order to test out new models.

“The next 10 years should be very exciting,” Taylor says. “As our instruments get better, we’ll get better at catching them.”