Astronomiya

Neytron Ulduzlarının Birləşməsindən Qama Şüaları üçün Enerji Mənbəsi

Neytron Ulduzlarının Birləşməsindən Qama Şüaları üçün Enerji Mənbəsi

İki neytron ulduzu son hadisədə birləşdikdə, böyük miqdarda qamma şüaları yayıldı. Onların deorbitləşməsinin cazibə dalğa istehsalının bir nəticəsi olduğunu nəzərə alsaq, qamma şüaları üçün enerji haradan gəlir?

Düşünə biləcəyim yeganə mənbələr birləşən ulduzların fırlanma kinetik enerjiləri və ya yekun çöküşün tək bir sferik kütlə halına gətirdiyi potensial enerjidir.


Yox Nüvə birləşməsi;
Həm də çox miqdarda nüvə birləşməsi var ağır elementlər yaradır neytron ulduzunda olan bütün dəmirlərdən: əslində onlar yalnız neytronlardan deyil. Ancaq şərhdə deyildiyi kimi, daha ağır elementlərin qurulması, bəzilərini istehsal etməkdən daha çox enerji sərf edir.

Əmin deyiləm ki, alimlər bunun necə işləməsi barədə dəqiq bir razılığa malikdirlər.

Qravitasiya çöküşü

Məsələn, özünəməxsusluq olmadan cazibə qüvvəsinin çökməsi nəticəsində ola biləcəyini ifadə edən bu (olduqca köhnə) mücərrəd tapdım (çünki burada birləşmə nəticəsində qara dəlik olmaya bilər və ya indiyə qədər ən yüngül ola bilməz: 2.7 günəş kütləsi ətrafında!)

tam cazibə çöküşünün təklik və ya hadisə üfüqi olmadan baş verə biləcəyini düşünən nəzəri inkişaflar (simli nəzəriyyə, kvant cazibə, kritik çökmə)

Yenidən termonükleer hadisə: bölünmə

Space.com-dan Kilonova enerjisinin ağır elementlərin sürətli atom parçalanması ilə izah edilə biləcəyini söyləyirlər

Alimlərin fikrincə, qısa qamma-şüa partlayışlarına səbəb olduğu düşünülən sıx kosmik cisimlərin birləşməsi, sürətlə qızıl və platin kimi ağır elementlər yaradan neytronla zəngin qazı da partlaya bilər. Bu "r-prosesi" elementləri radioaktiv çürüməyə məruz qala bilər və nova kimi ulduz partlayışları nəticəsində 1000 dəfə və ya çox böyük bir enerji buraxa bilər. Bu güclü hadisələr "kilonovas" olaraq bilinir


Gamma Radiasiya Mənbələri

Gamma-şüalanma növləri (GRB): Bu qrafik uzun və qısa qamma şüaları ilə nəticələnən müxtəlif mənbələri və prosesləri əks etdirir. Sol paneldə uzun bir GRB-yə aparacağı düşünülən nəhəng bir ulduzun çökməsi göstərilir. Sağ paneldə qısa bir GRB ilə nəticələndiyi düşünülən iki neytron ulduzunun ilham və birləşməsi göstərilir.
Kredit: NASA

Belə çıxır ki, kosmik qamma şüalarının bir çox mənbəyi var. Supernovalar mütləq qamma şüaları yaradır. Qara dəliklər və neytron ulduzları bir çox qamma şüası yarada bilər. Digər bir qaynaq, mərkəzində qara dəliyi olan aktiv qalaktikalardır. Pulsarlar, fırlanan neytron ulduzları, impulslu qamma şüalarının yaranmasına səbəb olur. Ancaq ən güclü qamma-şüa mənbəyi qamma-şüa partlamasıdır (GRB). Bunlar Kainatda gündə bir neçə dəfə baş verir. Bir neçə saniyə ərzində Günəş də daxil olmaqla, səmadakı bütün digər qamma şüaları mənbələrini tamamilə alt-üst edən qısa, intensiv, qamma şüalanma əmələ gətirirlər. Bir qamma şüası o qədər güclüdür ki, saniyələr içində 10 milyard illik ömrü boyunca yaratdığı Günəşin bütün enerjisinə bərabər enerji buraxır.

Qamma şüaları iki növdə olur - uzun və qısa. Fizika, yarandıqları sistemə görə fərqlidir. Nəzəriyyələr hər bir hadisə sinfinin səbəbləri üçün mövcuddur, lakin bu modellər üçün müşahidə dəstəyi hazırda uzun partlayışlar üçün daha etibarlıdır. Qısa GRB-lər üçün aparıcı model milyonlarla ildir bir-birini dövr edən iki neytron ulduzu arasında şiddətli bir toqquşmadır. Bu ulduzlar digər ulduzlar kimi qazlı, ağıllı nəhəng deyil. Neytron ulduzu daha çox 12 km aralıdakı atom nüvəsinə bənzəyir. Bu birləşən kompakt ikili ulduzlardan fərqli olaraq, uzun müddətli GRB-lər enerjisini bir ulduzun ömrü bitən çöküşü və partlamasından alır.

Qəza edən neytron ulduzları qamma-şüa partlayış reaktivləri edə bilər: Bu görüntülər, yeni bir super kompüter modeli istifadə edərək simulyasiya olunan iki neytron ulduzunun birləşməsini göstərir. Daha qırmızı rənglər daha az maddə sıxlığını göstərir. Yaşıl və ağ lentlər və xətlər maqnit sahələrini təmsil edir. Orbitdə olan neytron ulduzları cazibə dalğaları buraxaraq sürətlə enerjisini itirir və təxminən üç orbitdən sonra və ya 8 milisaniyədən az birləşir. Birləşmə birləşdirilmiş maqnit sahəsini gücləndirir və dartır. Qara dəlik əmələ gəlir və maqnit sahəsi daha mütəşəkkil olur və nəticədə qısa qamma-şüa partlayışlarını gücləndirən reaktivləri dəstəkləyə biləcək quruluşlar istehsal edir.
Kredit: NASA / AEI / ZIB / M. Koppitz və L. Rezzolla


Kosmosdan gələn işıq rekord qıran enerjiyə malikdir

LHAASO rəsədxanası (göstərilib) Çindədir. Çox yüksək enerjili işığı müşahidə edir. Geniş bir əraziyə yayılmış bu rəsədxananın dedektorları, nəticədə bir kvadrat kilometrdən çox bir ərazini (üçdə bir kvadrat mildən çox) əhatə edəcəkdir.

Yüksək Enerji Fizikası İnstitutu / Çin Elmlər Akademiyası

Bunu paylaş:

Kosmos özünü üstün tutmağa davam edir.

Kosmosdan son dərəcə enerjili bir işıq izah olunmayan bir möcüzədir. Alimlər bu işığın haradan gəldiyini tam olaraq bilmirlər. İndi isə astronomlar qamma şüaları adlanan bu işığı əvvəlkindən daha yüksək enerjidə gördülər.

Gözlərinizlə qamma şüalarını görə bilməzsiniz. Görə bildiyimiz işığdan çox daha enerjlidirlər. Beləliklə onları tapmaq üçün xülya bir dedektora ehtiyacınız var. Böyük Yüksək Hündürlükdə Hava Duş Rəsədxanası, LHAASO, Çində bir təcrübədir. Son dərəcə yüksək enerjili qamma şüaları axtarır.

Hərəkətdə olan işıq və digər enerji növlərini anlamaq

LHASSO, bu parlaq şüaların 530-dan çoxunu 0,1 kvadrilyon elektron voltdan çox enerji ilə gördü. Bu qamma şüalarının ən yüksək enerjisi təxminən 1,4 kvadrilyon elektron volt idi. O çoxdur. Və indiyə qədər görülən ən yüksək enerjili işığı.

Əvvəllər bilinən ən enerjili qamma şüasının dörd milyondan az elektron voltu var idi.

Müqayisə üçün bildirək ki, Yer kürəsindəki ən böyük hissəcik sürətləndiricisindəki - Böyük Hadron Kollayderindəki super enerjili protonlar yalnız trilyonlarla elektron volta çatır.

Tədqiqatçılar yeni araşdırmalarını 17 May tarixində onlayn olaraq bildirdi Təbiət.

Tərbiyəçilər və Valideynlər, Aldadıcı vərəqə yazılın

İstifadə etmənizə kömək edəcək həftəlik yeniləmələr Tələbələr üçün Elm Xəbərləri öyrənmə mühitində

Alimlər 12 qamma-şüa nöqtəsini gördülər. Bunlar səmanın qamma şüalarının çıxdığı hissələridir.

Bu isti nöqtələr, qalaktikamız olan Samanyolu güclü hissəcik sürətləndiricilərinə sahib olduğuna işarə edir. Ancaq bu hissəcik sürətləndiricilər insanlar tərəfindən hazırlanmır. Bunun əvəzinə, kosmosdakı şiddətli hadisələrdən gəlirlər. Məsələn, partlayan ulduzlar ola bilər. Bu cür zorakı hadisələr elektrik və maqnit sahələrini meydana gətirir. Bunlar protonları və elektronları sürətləndirə bilər. Bu sürətli hissəciklər daha sonra çox enerji ilə qamma şüaları yarada bilər. Protonlar, məsələn, kosmosdakı digər maddələrlə qarşılıqlı əlaqə qurduqda bu baş verə bilər.

Alimlər müşahidə olunan həddindən artıq enerjilərlə qamma şüalarının nə istehsal edə biləcəyinə əmin deyillər. Ancaq yeni müşahidələr iki ehtimala işarə edir. Bir isti nöqtə Crab Nebula ilə əlaqələndirildi. Patlamış bir ulduzun təlatümlü qalıqları budur. Başqa bir ehtimal mənbəyi Cygnus Cocoon idi. Kütləvi ulduzların meydana gəldiyi bir bölgə. Ulduzlar bu müddətdə güclü küləkləri partladır.

LHAASO, Çinin Siçuan əyalətindəki Haizi dağında yerləşir. Hələ tam işlək vəziyyətdə deyil. Bu ilin sonunda tamamlanmalıdır. Sonra daha çox qamma şüası tapa bilər.

Güc sözləri

sürətləndirici: (fizikada) Bir hissəcik sürətləndiricisi olaraq da bilinən bu nəhəng maşın, subatomik hissəciklərin hərəkətini böyük bir sürətə gətirir və sonra hədəflərə endirir. Bəzən şüalar xərçəng müalicəsi üçün bir toxuma radiasiya vermək üçün istifadə olunur. Digər vaxtlarda, elm adamları parçacıqları öz bloklarına parçalamaq ümidi ilə hissəcikləri möhkəm hədəflərə çırpırlar.

astronom: Göy cisimləri, kosmik və fiziki kainatla əlaqəli araşdırma sahəsində çalışan bir alim.

kollayder: (fizikada) Bəzən “atom parçalayıcı” olaraq adlandırılan bu, boşluqlu bir borunun və ya yarış pisti şəklində bir quruluşun içərisindəki elektrik sahəsindən yüklənmiş hissəcikləri (ionları) sürətləndirən bir hissəcik sürətləndiricidir. Nəhayət cihaz ionları hərəkət etməyən bir hədəflə və ya hərəkət edən hissəciklərin başqa bir şüası ilə toqquşmağa yönəldəcəkdir. Ardınca gələn toqquşmalar bəzi hissəcikləri qarşılıqlı əlaqəyə girməyə və parçalanmağa və ya qısa müddətə bağlanmağa məcbur edir. Bəzi parçalanmış hissəciklər yenidən birləşərək yeni hissəciklər yarada bilər. Bu maşınların ən böyüyü, bütün təbiətin əsas bloklarını ovlamaq üçün istifadə olunur.

kosmos: (adj. cosmic) Kainata və içindəki hər şeyə işarə edən bir termin.

elektron: Ümumiyyətlə bir atomun xarici bölgələrini əhatə edən mənfi yüklü bir hissəcik, qatı maddələr içərisində elektrik daşıyıcısıdır.

sahə: (fizikada) Maqnetizm (maqnit sahəsi tərəfindən yaradılan), cazibə qüvvəsi (cazibə sahəsi ilə), kütlə (Higgs sahəsi tərəfindən) və ya elektrik (elektrik sahəsi ilə) kimi müəyyən fiziki təsirlərin fəaliyyət göstərdiyi kosmosdakı bir bölgə.

qalaktika: Bir qrup ulduz - və ümumiyyətlə qaranlıq maddə - hamısı cazibə qüvvəsi ilə birləşir. Samanyolu kimi nəhəng qalaktikaların çox vaxt 100 milyarddan çox ulduzu olur. Ən qaranlıq qalaktikaların cəmi bir neçə mini ola bilər. Bəzi qalaktikalarda qaz və toz da var ki, onlardan yeni ulduzlar düzəldirlər.

qamma şüaları: Tez-tez partlayan ulduzlarda və ətrafındakı proseslər nəticəsində yaranan yüksək enerjili radiasiya. Gamma şüaları işığın ən enerjili formasıdır.

maqnit sahəsi: Maqnit adlanan və ya elektrik yüklərinin hərəkəti nəticəsində müəyyən materialların yaratdığı təsir sahəsi.

maddə: Məkanı işğal edən və kütləsi olan bir şey. Yer üzündə maddə ilə əlaqəli hər şeyin "ağırlıq" olaraq xarakterizə olunan bir xüsusiyyəti olacaqdır.

süd Yolu: Yerin günəş sisteminin yerləşdiyi qalaktika.

dumanlıq: Böyük yetkin ulduzlar arasında mövcud olan kosmik qaz və toz buludu. Teleskoplar bu buludları buraxdıqları və ya əks etdikləri işığa görə aşkar edə bilər. Bəzi dumanlıqların ulduzların doğulduğu körpələr evi kimi xidmət etdiyi də görünür.

rəsədxana: (astronomiyada) Bir və ya daha çox teleskopun yerləşdiyi bina və ya quruluş (peyk kimi).

hissəcik: Bir dəqiqəlik bir şey.

proton: Maddəni təşkil edən atomların təməl quruluş daşlarından biri olan subatomik hissəcik. Protonlar adron olaraq bilinən hissəciklər ailəsinə aiddir.

dörd milyon1.000 trilyona bərabər çox böyük ölçü vahidi. 1 ilə, sonra 15 sıfırla yazılacaqdı.

ulduz: Qalaktikaların hazırlandığı əsas tikinti bloku. Yer çəkisi qaz buludlarını sıxdıqda ulduzlar inkişaf edir. Kifayət qədər isti olduqda, ulduzlar işıq və bəzən başqa elektromaqnit şüalanma yayacaq. Günəş bizim ən yaxın ulduzumuzdur.

trilyon: Bir şeyin milyon milyonunu və ya 1.000.000.000.000-ni təmsil edən bir rəqəm.

təlatümlü: (n. türbülans) Sürətinin sabit və ya sakit bir axın təmin etmək əvəzinə sürətinin nizamsız olaraq dəyişdiyi bir mayenin (hava daxil olmaqla) gözlənilməz dalğalanması üçün bir sifət.

Sitatlar

Emily Conover haqqında

Fizika yazıçısı Emily Conover, Chicago Universitetində fizika təhsili aldı. Kiçik atomlardan geniş kosmosa qədər şeylərin necə işləməyinə dair gizli qaydaları açıqlamaq qabiliyyətinə görə fizikanı sevir.

Bu məqalə üçün sinif mənbələri Daha çox məlumat əldə edin

Bu məqalə üçün pulsuz müəllim mənbələri mövcuddur. Daxil olmaq üçün qeydiyyatdan keçin:


Buckley, qamma şüası astronomiyası missiyasının inkişafı üçün 5 milyon dollar mükafat verdi

Sənət və amp elmləri üzrə fizika professoru James H. Buckley, gamma-astronomiya tədqiqatları üçün böyük bir peyk təcrübəsinin nümayiş versiyasını hazırlamaq üçün NASA-dan 4.9 milyon dollar mükafat aldı.

Louis-dəki Washington Universiteti, 2024-cü ildə Antarktidadan bir elmi şarla atılması planlaşdırılan alətin inkişafı üçün bütün səylərə rəhbərlik edir.

Vaşinqton Universitetində fiziklər tərəfindən hazırlanmış yeni bir cihazın dizaynında xüsusi olaraq hazırlanmış qamma şüa detektorları əsas yer tutur. (Şəkil: Tom Malkowicz)

Alət Advanced Particle-astrophysics Teleskopu üçün Antarktika Nümayişçisi üçün ADAPT adlanır. Buckley'nin 10 ildən çox işlədiyi Advanced Particle-astrophysics Telescope & # 8212 üçün bir cihazın bütün kritik komponentlərini birləşdirir. Bu suborbital missiyadakı uğur, inşallah daha böyük bir kosmik missiya üçün APT qurma fürsətinə səbəb olacaqdır. LIGO cazibə dalğa rəsədxanası kimi digər detektorlarla birlikdə APT çox mesajlı astronomiya üçün əsas bir komponent təşkil edəcəkdir.

& # 8220APT iki böyük sualı həll etmək üçün düşünülmüşdü: qaranlıq maddənin təbiətinin müəyyənləşdirilməsi və neytron ulduz birləşmələrinin fizikasını və ağır elementlərin mənşəyindəki rollarını başa düşmək & # 8221 Buckley. & # 8220Bu hədəflərə çatmaq üçün, mövcud təcrübələrlə müqayisədə ən azı bir dərəcə ilə MeV-dən GeV enerjilərə qədər gamma-şüa həssaslığını artırmalıyıq, lakin buna uyğun olaraq missiya dəyərində artım olmur.

& # 8220Bu yalnız Washington Universitetində Bob Binns və Marty İsrail tərəfindən hazırlanan sintilləşdirici liflərdən istifadə edilən yeni bir texniki yanaşma və bir görüntü kalorimetri üçün yeni bir dizaynla mümkündür & # 8221. & # 8220Yeni dizaynımız, eyni zamanda hissəciklərin qarşılıqlı təsirləri nəticəsində əmələ gələn elektron-pozitron cütlüyünü izləyərək Compton-un yenidən qurulması ilə aşağı enerjili hadisələri və daha yüksək enerjili hadisələri aşkar etməyə imkan verəcəkdir. & # 8221

Buckley yeni layihənin əsas tədqiqatçısı. Sənətlər və amp elmləri üzrə fizika üzrə tədqiqat köməkçisi professor Brian Rauch və McKelvey School-un kompüter elmləri və mühəndisliyi professorları Roger Chamberlain və Jeremy Buhler birlikdə araşdırma aparırlar. Sənət və amp elmləri üzrə Wayman Crow professoru Henric Krawczynski və fizika üzrə dosent Manel Errando, sənət və amp elmləri üzrə fizika üzrə baş tədqiqat mühəndisi Richard Bose'un mühəndis və layihə meneceri vəzifələrində çalışacaqlar.

Buckley (sağda) Bose ilə Washington Universitetindəki Buckley & # 8217s laboratoriyasında işləyir (Şəkil: Tom Malkowicz)

Scott Rudolph, Yer və Planet Elmləri professoru və McDonnell Kosmik Elmlər Mərkəzinin Direktoru Brad Jolliff dedi: & # 8220Bu mükafat və XL-Calibur və Toros alətləri üçün son digər maliyyələr Washington Universitetini suborbitalda aparıcı rol oynayır. milli və dünya miqyasında astrofizika missiyaları. Bu, qismən McDonnell Mərkəzinin toxum maliyyələşdirilməsindən qaynaqlanan böyük qazanc nümunəsidir. Bizim üçün, nəticədə Washington Universiteti üçün böyük bir kosmik missiyada liderlik rolu ilə nəticələnə biləcək bu kimi araşdırma və inkişaf prioritetdir. & # 8221

ABŞ-da əməkdaşlıq edən digər təşkilatlar arasında Goddard Space Uçuş Mərkəzi, Louisiana Dövlət Universiteti, Minnesota Universiteti, Hawaii Universiteti və Dəniz Tədqiqat Laboratoriyası yer alır. Almaniyadakı Erlangen Astroparticle Fizikası Mərkəzi (ECAP) əməkdaşlıq edən bir qurumdur və digər fərdi əməkdaşlar İtaliyanın Bari və Pisa şəhərlərindəki INFN-dən salamlayırlar. & # 160

Yeni mükafat, NASA & # 8217s Astrophysics Research and Analysis (APRA) proqramı tərəfindən maliyyələşdirilən, qamma şüaları tədqiqatçısının daha kiçik bir versiyası üçün Buckley & # 8217s-in uğurlu texnologiya inkişaf səylərini təqib etdi.

Washington Universiteti fizikləri 2019-cu ildə Antarktidadan əvvəlcədən bir cihazı uğurla buraxdılar. (Foto: James H. Buckley)

Əvvəlki proqrama əsasən Buckley və qrupu cihazları üçün detektorlar düzəltdilər və sonra onları Avropa hissəciklər fizikası laboratoriyası olan CERN-də Böyük Hadron Çarpışanında ağır ion şüası istifadə edərək sınaqdan keçirdilər. Alimlər daha sonra cihazı Washington Universitetinin SuperTIGER cihazı ilə birlikdə 2019-cu ilin dekabrında başlayan bir şar üzərində uçmaq üçün Antarktidaya getdilər. & # 160

İndi Fermilabda və digər yerlərdə sürətləndirici şüa xəttində sınaq üçün bir alət hazırlayaraq bu qrantın üçüncü ilindəyik və & # 8221 Buckley dedi. & # 8220Beləliklə, bu yeni qrant tam bir Antarktika balonu təcrübəsi üçün ikinci dəfə maliyyələşdirilən bir qrantdır və bu, APT kosmik missiyası üçün işin hazırlanmasına yönəlmiş bir tədqiqat proqramının bir hissəsi olan & # 8212. 8221

Buckley, bu missiyanı Astronomiya və Astrofizika 2020 (Astro2020) üzrə Dekadal Tədqiqatına göndərilən ağ bir məqalədə müdafiə etdi. Əvvəllər VERITAS və CTA layihələrində birlikdə araşdırma aparırdı.

Buckley 2019-cu ildə Antarktidada (nəzakətli foto)

Mövcud ADAPT layihəsi bütün APT detektor sistemlərinin tam sınağı olacaqdır. APT, daha böyük effektiv sahə əmrindən və mövcud teleskopların görünüş sahəsindən iki qat daha çox təmin etmək üçün silikon fotomüəlliflər və paylanmış bir görüntü CsI kalorimetri tərəfindən oxunan sintilizasiya liflərindən istifadə edəcəkdir.

ADAPT uçuşu, müvəqqəti gamma-şüa hadisələrini ölçəcək, nəticədə qamma şüaları üçün sürətli, dərəcə miqyaslı lokalizasiya və parlaq partlayışlar üçün qütbləşmə məhdudiyyətləri də daxil olacaq. Cihaz eyni zamanda kosmik şüa ölçmələri də edəcəkdir

& # 8220Qısaca neytron ulduzlarını birləşdirən bir qamma şüası partlayışının aşkarlanması, lokalizasiyası və polarizasiyanı məhdudlaşdırma ehtimalı ən həyəcan verici perspektivdir & # 8221.

& # 8220Nəticə etibarilə bu, qaranlıq maddənin təbiəti və kimyəvi elementlərin mənşəyi kimi həqiqətən böyük sualları həll etməyə yönəlmiş böyük bir yeni kosmik missiya qurmaq üçün uzunmüddətli bir proqramın bir parçasıdır & # 8221 dedi. & # 8220Kainatdakı bəzi ən enerjili və şiddətli proseslər haqqında anlayışımızı yaxşılaşdırmağa kömək edəcək & # 822; partlayan ulduzlardan supermassive qara dəliklərdən çıxmalara qədər. & # 8221

SUPERTiger Antarktidadan 2019-cu ilin dekabrında çıxarılacaq. (Foto: Wolfgang Zober)


Buckley, qamma şüası astronomiyası missiyasının inkişafı üçün 4.9 milyon dollar mükafat verdi

Sənət və amp elmləri üzrə fizika professoru James H. Buckley, gamma-astronomiya tədqiqatları üçün böyük bir peyk təcrübəsinin nümayiş versiyasını hazırlamaq üçün NASA-dan 4.9 milyon dollar mükafat aldı. (Şəkil: Tom Malkowicz / Washington Universiteti)

Sent-Luisdəki Washington Universitetinin Sənətlər və amp; Elmləri üzrə fizika professoru James H. Buckley, gamma-astronomiya tədqiqatları üçün böyük bir peyk təcrübəsinin nümayiş versiyasını hazırlamaq üçün NASA-dan 4.9 milyon dollar mükafat aldı.

Washington Universiteti, 2024-cü ildə Antarktidadan elmi bir şarla atılması planlaşdırılan alətin inkişafı üçün bütün səylərə rəhbərlik edir.

Vaşinqton Universitetində fiziklər tərəfindən hazırlanmış yeni bir cihazın dizaynında xüsusi olaraq hazırlanmış qamma şüa detektorları əsas yer tutur. (Şəkil: Tom Malkowicz / Washington Universiteti)

Alət Advanced Particle-astrophysics Teleskopu üçün Antarktika Nümayişçisi üçün ADAPT adlanır. Bu, Buckley-nin 10 ildən çoxdur üzərində işlədiyi bir cihazın - APT (Advanced Particle-astrophysics Telescope) bütün vacib komponentlərini özündə cəmləşdirir. Bu suborbital missiyadakı uğur, inşallah daha böyük bir kosmik missiya üçün APT qurma fürsətinə səbəb olacaqdır. LIGO cazibə dalğa rəsədxanası kimi digər detektorlarla birlikdə APT çox mesajlı astronomiya üçün əsas bir komponent təşkil edəcəkdir.

"APT iki böyük sualı həll etmək üçün düşünülmüşdü: qaranlıq maddənin təbiətini təyin etmək və neytron ulduz birləşmələrinin fizikasını və ağır elementlərin mənşəyindəki rolunu başa düşmək" dedi Buckley. “Bu hədəflərə çatmaq üçün, mövcud təcrübələr ilə müqayisədə ən azı bir dərəcə ilə MeV-dən GeV enerjilərə qədər gamma-şüa həssaslığını artırmalıyıq, lakin müvafiq olaraq missiya xərclərində artım olmur.

& # 8220Bu yalnız yeni bir texniki yanaşma ilə sintilləşən liflərdən və görüntülü bir kalorimetr üçün yeni bir dizayndan istifadə etməklə mümkündür & # 8221 dedi. & Bizim dizaynımız eyni zamanda Compton rekonstruksiyası ilə aşağı enerjili hadisələri və hissəciklərin qarşılıqlı təsirləri nəticəsində yaranan elektron-pozitron cütlüyünü izləyərək daha yüksək enerji hadisələrini aşkar etməyə imkan verəcəkdir. & # 8221

Buckley yeni layihənin əsas tədqiqatçısı. Sənətlər və amp elmləri üzrə fizika üzrə tədqiqat köməkçisi professor Brian Rauch və McKelvey Mühəndislik Məktəbinin kompüter elmləri və mühəndislik professorları olan Roger Chamberlain və Jeremy Buhler birlikdə araşdırma aparırlar. Arts & amp Sciences-də fizika üzrə baş tədqiqat mühəndisi Richard Bose mühəndis və layihə meneceri vəzifələrini icra edəcəkdir.

Buckley (sağda) Buckley & # 8217s laboratoriyasında Richard Bose ilə işləyir. (Şəkil: Tom Malkowicz / Washington Universiteti)

Scott Rudolph, Sənətlər və Dünyadakı Planet Elmləri professoru və McDonnell Kosmik Elmlər Mərkəzinin direktoru Brad Jolliff dedi: “Bu mükafat və XL-Calibur və Toros alətləri üçün son zamanlarda ayrılan vəsait Washington Universitetini lider bir yer tutur. milli və dünya səviyyəsində suborbital astrofizika missiyalarında rolu. Bu, qismən McDonnell Mərkəzinin toxum maliyyələşdirilməsindən qaynaqlanan böyük qazanc nümunəsidir. Bizim üçün, nəticədə böyük bir kosmik missiyada Washington Universiteti üçün liderlik rolu ilə nəticələnə biləcək bu kimi araşdırma və inkişaf prioritetdir. ”

ABŞ-da əməkdaşlıq edən digər təşkilatlar arasında Goddard Space Uçuş Mərkəzi, Louisiana Dövlət Universiteti, Minnesota Universiteti, Hawaii Universiteti və Dəniz Tədqiqat Laboratoriyası yer alır. Almaniyadakı Erlangen Astroparticle Fizikası Mərkəzi əməkdaşlıq edən bir qurumdur və digər fərdi əməkdaşlar İtaliyanın Bari və Pisa şəhərlərindəki INFN-dən salamlayırlar.

Washington Universiteti fizikləri əvvəlcədən bir cihaz olan APT-Lite-i 2019-cu ildə Antarktidadan müvəffəqiyyətlə buraxılan SuperTIGER alətinin üstündə bir donuz təcrübəsi kimi quraşdırdılar. Təsvir soldan sağa: Zachary Hughes, Garry Simburger və Buckley. (Fotoşəkil Brian Rauch)

Yeni mükafat, NASA-nın Astrofizika Tədqiqat və Analiz proqramı tərəfindən maliyyələşdirilən gamma şüaları tədqiqatçısının daha kiçik bir versiyası üçün Buckley'nin uğurlu əvvəlki texnologiya inkişaf səylərini təqib etdi.

Əvvəlki proqrama əsasən Buckley və qrupu cihazları üçün detektorlar düzəltdilər və sonra onları Avropa hissəciklər fizikası laboratoriyası olan CERN-də Böyük Hadron Çarpışanında ağır ion şüası istifadə edərək sınaqdan keçirdilər. Alimlər daha sonra Washington Universitetinin SuperTIGER alətinə quraşdırılmış cihazı 2019-cu ilin dekabrında başlayan bir elmi şar üzərində uçurmaq üçün Antarktidaya getdilər.

"İndi biz bu qrantın üçüncü ilindəyik, Fermilabda və digər yerlərdə sürətləndirici şüa xəttində sınaq üçün bir alət hazırlayırıq" dedi Buckley. "Beləliklə, bu yeni qrant, ikinci dəfə maliyyələşdirilən bir qrantdır - bu dəfə tam bir Antarktika balonu sınağı üçün - bu APT kosmik missiyası üçün işin inkişafına yönəlmiş bir tədqiqat proqramının bir hissəsidir."

Buckley, bu missiyanı Astronomiya və Astrofizika 2020-ci il üzrə Dekadal Tədqiqatına təqdim olunmuş bir ağ sənəddə müdafiə etdi. Daha əvvəl həm gamma-şüa rəsədxanaları olan VERITAS və CTA layihələrində həmmüdafiəçi olub.

Buckley 2019-cu ildə Antarktidada. (Nəzakət şəkli)

Mövcud ADAPT layihəsi bütün APT detektor sistemlərinin tam sınağı olacaqdır. APT, daha böyük effektiv sahə əmri və mövcud teleskopların görünüş sahəsindən iki qat daha çox təmin etmək üçün silikon fotomüəlliflər və paylanmış bir görüntü CsI kalorimetri tərəfindən oxunan sintilizasiya liflərindən istifadə edəcəkdir.

ADAPT uçuşu, müvəqqəti gamma-şüa hadisələrini ölçəcək, nəticədə qamma şüaları üçün sürətli, dərəcə miqyaslı lokalizasiya və parlaq partlayışlar üçün qütbləşmə məhdudiyyətləri də daxil olacaq. Cihaz eyni zamanda kosmik şüa ölçmələri də edəcəkdir

"Neytron ulduzlarını birləşdirən," qısa "bir qamma-şüa partlayışının aşkarlanması, lokallaşdırılması və polarizasiyanı məhdudlaşdırma ehtimalı ən həyəcanlı perspektivdir" dedi.

"Nəticədə bu, qaranlıq maddənin təbiəti və kimyəvi elementlərin mənşəyi kimi həqiqətən böyük sualları həll etməyə yönəlmiş böyük bir yeni kosmik missiya qurmaq üçün uzunmüddətli bir proqramın bir hissəsidir" dedi. & # 8220Bununla yanaşı, kainatdakı bəzi ən enerjili və şiddətli proseslər - partlayan ulduzlardan tutmuş supermassive qara dəliklərdən çıxmalara dair anlayışlarımızı inkişaf etdirməyə kömək edəcəkdir. ”

SuperTIGER Antarktidadan 2019-cu ilin dekabrında başlayacaq. (Şəkil Wolfgang Zober-un nəzarəti ilə)


Birləşən neytron ulduzları həm cazibə dalğaları, həm də işıq yayır

Video animasiyasından ekran görüntüsü (aşağıda). Neytron ulduzları toqquşarkən bəzi dağıntılar işıq sürətində hərəkət edən hissəcik təyyarələrində partlayır və qısa qamma şüaları yaradır. Image Kredit: NASA & # 8217s Goddard Space Uçuş Mərkəzi / CI Laboratoriyası

Astronomiya üçün böyük bir mərhələdə, NGC 4993 qalaktikasında iki neytron ulduzunun birləşməsi həm cazibə dalğaları, həm də işıq yaradaraq elm adamlarına hadisəni müxtəlif dalğa boylarında müşahidə etməyə və mənbəyini dəqiq müəyyənləşdirməyə imkan verdi.

17 Avqust 2017-ci il tarixində EDT (GMT 12:41) ilə 8: 41-dən təxminən iki saniyə sonra NASA-dakı alimlər & # 8217s Fermi Qamma-şüa Kosmik Teleskopu qısa bir yüksək enerji təsbit etdi qamma-şüa partlaması. Ancaq tam olaraq o vaxt Milli Elm Fondundakı həmkarları & # 8217s Laser Interferometer Cazibə dalğa Rəsədxanası (LİQO) 2015-ci ildə təməlqoyma ilk təsbitdən bəri artıq beşinci dəfə cazibə dalğalarını aşkar etmişdi.

Rəssamın birləşmədən əvvəl bir-birinə fırlandığı iki neytron ulduzu təəssüratı. Şəkil krediti: ESA

İlk aşkarlama, LİGO-nun aparıcı üç aliminə 2017-ci il fizika üzrə Nobel mükafatı qazandırdı.

Sözləri kimi qamma-şüa partlaması Dünyaya yayılan astronomlar həm yer, həm də kosmik teleskopları hədəf aldılar mənbə partlayışın ardından. tərəfindən müşahidə edildi Hubble, SpitzerChandra kosmik teleskoplar, Avropa Kosmik Agentliyi və # 8217s (ESA) BÜTÜN peyk və Panoramik Tədqiqat Teleskopu və Sürətli Müdaxilə Sistemi (Pan-Ulduzlar) Havayda.

The Qız Avropa Qravitasiya Rəsədxanası, cazibə dalğa məlumatlarının təhlili nəticəsində sonradan mənşə olduqları yeri təyin etdi. Bu dəfə elm adamları həm cazibə dalğalarının, həm də işığın hidra bürcündəki kilonova kimi mənbəyi dəqiqləşdirmək üçün cəmi 12 saat çəkdilər.

Kilonova, iki neytron ulduzunun, ya da bir neytron ulduzunun və ikili sistemdəki qara dəliyin birləşməsi nəticəsində yaranan bir supernovadır.

Əvvəlki dörd cazibə dalğasının aşkarlanması, işığın qaça bilmədiyi və buna görə də hər hansı bir işıq emissiyası ilə əlaqəli olmayan qara dəliklərin birləşməsindən gəldi.

Neytron ulduzları, supernova partlayışlarında ölən 10-60 günəş kütləsi olan ulduzların ulduz qalıqlarıdır. Supernova partlayışlarından daha böyük olan ulduzlar geridə qara dəliklər qoyur.

Bir supernova partlaması zamanı meydana gələn şiddətli nüvənin çöküşü, bu nüvənin içindəki protonları və elektronları alt atom hissəcikləri olan neytronlara əzərək kiçik, lakin son dərəcə sıx bir qalıq qoyur.

Təxminən 130 milyon il əvvəl, GW170817 adlanan cazibə dalğalarını meydana gətirən ikili neytron ulduzları bir-birinə daha da yaxınlaşdı və nəticədə cazibə dalğaları və bir qamma şüası çıxardı.

Proses neytronları məruz qaldıqları həddindən artıq təzyiqdən qurtardı və təkcə proton və elektrona çevrilməklə yanaşı qızıl və platin də daxil olmaqla dəmirdən daha ağır elementlər meydana gətirdi.

& # 8220İndi ilk dəfə eyni hadisənin yaratdığı yüngül və cazibə dalğalarını gördük. Bir cazibə dalğa mənbəyinin & # 8217s işığının aşkarlanması hadisənin təkcə cazibə dalğalarından müəyyən edilə bilməyən detallarını ortaya qoydu. Bir çox rəsədxanada işin sürətləndirici təsiri inanılmazdır & # 8221, Washington, DC qərargahında NASA & # 8217s Astrofizika Bölməsinin direktoru Paul Hertz bildirdi.


LEFT & amp MIDDLE: 17 Avqust 2017-ci il tarixində Lazer İnterferometrinin Qravitasiya-Dalğa Rəsədxanası bir neytron ulduzunun toqquşmasından qravitasiya dalğalarını aşkar etdi. 12 saat ərzində rəsədxanalar bu Hubble Kosmik Teleskop şəklində göstərilən NGC 4993 qalaktikasında hadisənin mənbəyini müəyyənləşdirdilər və kilonova adlanan əlaqəli bir ulduz alovunu tapdılar. Hubble, 22, 26 və 28 Avqust tarixlərində aparılan bu müşahidələrdə göstərildiyi kimi, 6 gün ərzində işıq parıltısının azaldığını müşahidə etdi. Image & amp Caption Credit: NASA / ESA Təşəkkür: A. Levan (U. Warwick), N. Tanvir (U. Leicester) və A. Fruchter, and O. Fox (STScI). SAĞ: Swift’in Ultraviyole / Optik Teleskopu, 18 avqust 2017-ci il tarixində, cazibə dalğaları və qamma-şüa patlaması aşkar edildikdən təxminən 15 saat sonra NGC 4993 (qutusu) qalaktikasında neytron ulduzlarının birləşməsi nəticəsində istehsal olunan kilonovanı təsvir etdi. Mənbə gözlənilmədən ultrabənövşəyi işığında parlaq idi. Swift 29 Avqustda yenidən baxdıqda sürətlə azaldı və UV-də aşkarlanmadı. Bu yalan rəngli kompozit üç ultrabənövşəyi filtrdən çəkilən şəkilləri birləşdirir. Yerləşdirmə: Qalaktikanın böyüdülmüş görünüşləri. Şəkil və başlıq krediti: NASA / Swift

Kosmik Teleskop Elm İnstitutundan Andy Fruchter, elm adamlarının neytron ulduzlarının birləşməsində ən ağır elementlərin istehsal olunduğundan şübhələndiyini bildirdi. Kilonovadan tökülən təyyarələr sürətlə irəliləyir, istiləşir və ulduzlararası material toplayır və prosesdə rentgen şüaları istehsal edir.

Hadisənin yaydığı işıq müxtəlif dalğa boylarında təsbit edildi. Yerdəki rəsədxanalardan və Hubbledan istifadə edərək elm adamları parlaqlığa həm görünən, həm də infraqırmızı işıqda baxdılar.

GW170817 (qutu) ilə əlaqəli kilonova NASA & # 8217s Hubble Space Teleskop və Chandra X-ray Rəsədxanası tərəfindən müşahidə edilmişdir. Hubble isti genişlənən dağıntılardan optik və infraqırmızı işıq aşkar etdi. Birləşən neytron ulduzları cazibə dalğaları meydana gətirdi və qamma şüası meydana gətirən reaktivlər meydana gətirdi. Doqquz gün sonra Chandra, reaktiv təyyarənin mənzərə xəttimizə yayıldıqdan sonra Yerə yönəltdiyi x-ray sonrakı parıltısını təsbit etdi. Təsvir və amp başlığı krediti: NASA / CXC / E. Troja

Növbəti altı gündə görünən işıq azaldı.

Həm görünən, həm də infraqırmızı işıq partlayışdakı radioaktiv elementlərin çürüməsindən qaynaqlanan istiləşmə ilə əlaqələndirilir.

Təəccüblü olaraq Cəld Qamma-şüa partlayışlarının mənşəyini tapmaq üçün buraxılan peyk, kilonova mənbəyinə yönəldildiyi zaman ultrabənövşəyi işığı da (yuxarı sağ görüntü) aşkar etdi.

& # 8220Biz kilonovanın parlaq bir UV emissiyası istehsal edəcəyini gözləmirdik. Bunun гамма-şüa partlayışını gücləndirən qısa müddətli zibil diski tərəfindən istehsal olunduğunu düşünürük və & # 8221; Marylanddakı NASA & # 8217s Goddard Space Uçuş Mərkəzindən Swiftin baş tədqiqatçısı S. Bradley Cenko dedi.

Swift eyni zamanda ərazidən gələn yüksək enerjili qamma şüalarını aşkar etdi, lakin rentgen şüalarını aşkar etmədi. İkincisi, kilonovadan doqquz gün sonra ilk dəfə Chandra X-ray Rəsədxanası tərəfindən müşahidə edildi (sağda göstərildi). Bu gecikmə, əvvəlcə dünyaya bucaq açmayan partlayış nəticəsində xaricə atılan reaktivin nəticəsi ola bilər.

& # 8220Röntgen şüalarının aşkarlanması neytron ulduzlarının birləşməsinin yaxın işıq sürətində axan güclü təyyarələr meydana gətirə biləcəyini göstərir & # 8221, Chandra ilə rentgen şüalarını tapan Goddard Eleonora Troja qeyd etdi. & # 8220 Bunu aşkarlamaq üçün doqquz gün gözləməli olduq, çünki əvvəllər gördüyümüz heç bir şeydən fərqli olaraq yan tərəfdən baxdıq. & # 8221

Hubble müşahidələri, elm adamlarına hərəkətini və tərkibini ekstrapolyasiya edə bildikləri kilonova & # 8217 yaxın infraqırmızı spektrini tutma imkanı verdi.

Spitzer Kosmik Teleskopu, istehsal olunan ağır elementlərin miqdarını təyin etməyə imkan verən ən uzun infraqırmızı dalğa boylarını müşahidə etdi.

While the spectrum resembles what scientists expected from the merger of two neutron stars, including signatures of heavy elements, it also shows uncommon isotopes, including those of elements that experience radioactive decay, and smeared spectral lines caused by the rapid movement of jets from the kilonova that scientists will spend many hours analyzing.

When it is launched in 2019, NASA’s James Webb Space Telescope will observe any remaining infrared afterglow.

This animation captures phenomena observed over the course of nine days following the neutron star merger known as GW170817. They include gravitational waves (pale arcs), a near-light-speed jet that produced gamma rays (magenta), expanding debris from a kilonova that produced ultraviolet (violet), optical and infrared (blue-white to red) emission, and, once the jet directed toward us expanded into our view from Earth, X-rays (blue).

Video & caption courtesy of NASA’s Goddard Space Flight Center / CI Lab

Video courtesy of NASA’s Marshall Center

Laurel Kornfeld

Laurel Kornfeld is an amateur astronomer and freelance writer from Highland Park, NJ, who enjoys writing about astronomy and planetary science. She studied journalism at Douglass College, Rutgers University, and earned a Graduate Certificate of Science from Swinburne University’s Astronomy Online program. Her writings have been published online in The Atlantic, Astronomy magazine’s guest blog section, the UK Space Conference, the 2009 IAU General Assembly newspaper, The Space Reporter, and newsletters of various astronomy clubs. She is a member of the Cranford, NJ-based Amateur Astronomers, Inc. Especially interested in the outer solar system, Laurel gave a brief presentation at the 2008 Great Planet Debate held at the Johns Hopkins University Applied Physics Lab in Laurel, MD.


True Identity of Mysterious High-Energy Gamma-Ray Source Revealed

Artist’s impression of PSR J2039−5617 and its companion. The binary system consists of a rapidly rotating neutron star. Credit: Knispel/Clark/Max Planck Institute for Gravitational Physics/NASA GSFC

An international research team including members from The University of Manchester has shown that a rapidly rotating neutron star is at the core of a celestial object now known as PSR J2039−5617.

The international collaboration used novel data analysis methods and the enormous computing power of the citizen science project [email protected] to track down the neutron star’s faint gamma-ray pulsations in data from NASA’s Fermi Space Telescope. Their results show that the pulsar is in orbit with a stellar companion about a sixth of the mass of our Sun. The pulsar is slowly but surely evaporating this star. The team also found that the companion’s orbit varies slightly and unpredictably over time. Using their search method, they expect to find more such systems with [email protected] in the future.

Searching for the so-called ‘Spider’ pulsar systems — rapidly spinning neutron stars whose high-energy outflows are destroying their binary companion star, required 10 years of precise data. The pulsars have been given arachnid names of ‘Black widows’ or ‘Redbacks’, after species of spider where the females have been seen to kill the smaller males after mating.

New research published in, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, details how researchers found a neutron star rotating 377 times a second in an exotic binary system using data from NASA’s Fermi Space Telescope.

The astronomer’s findings were uniquely boosted by the [email protected] project, a network of thousands of civilian volunteers lending their home computing power to the efforts of the Fermi Telescope’s work.

The group’s search required combing very finely through the data in order not to miss any possible signals. The computing power required is enormous. The search would have taken 500 years to complete on a single computer core. By using a part of the [email protected] resources it was done in 2 months.

With the computing power donated by the [email protected] volunteers, the team discovered gamma-ray pulsations from the rapidly rotating neutron star. This gamma-ray pulsar, now known as J2039−5617, rotates about 377 times each second.

“For J2039-5617, there are two main processes at work, the pulsar heats up one side of the light-weight companion, which appears brighter and more bluish. Additionally, the companion is distorted by the pulsar’s gravitational pull causing the apparent size of the star to vary over the orbit. These observations allowed the team to get the most precise measurement possible of the binary star’s 5.5-hour orbital period, as well as other properties of the system.”

— Dr. Colin Clark

“It had been suspected for years that there is a pulsar, a rapidly rotating neutron star, at the heart of the source we now know as PSR J2039−5617,” says Lars Nieder, a PhD student at the Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute AEI) in Hannover. “But it was only possible to lift the veil and discover the gamma-ray pulsations with the computing power donated by tens of thousands of volunteers to [email protected],” he adds.

The celestial object has been known since 2014 as a source of X-rays, gamma rays, and light. All evidence obtained so far pointed at a rapidly rotating neutron star in orbit with a light-weight star being at the heart of the source. But clear proof was missing.

The first step to solving this riddle were new observations of the stellar companion with optical telescopes. They provided precise knowledge about the binary system without which a gamma-ray pulsar search (even with [email protected]’s huge computing power) would be unfeasible.

The system’s brightness varies during an orbital period depending on which side of the neutron star’s companion is facing the Earth. “For J2039-5617, there are two main processes at work,” explains Dr. Colin Clark from Jodrell Bank Centre for Astrophysics, lead author of the study. “The pulsar heats up one side of the light-weight companion, which appears brighter and more bluish. Additionally, the companion is distorted by the pulsar’s gravitational pull causing the apparent size of the star to vary over the orbit. These observations allowed the team to get the most precise measurement possible of the binary star’s 5.5-hour orbital period, as well as other properties of the system.”

With this information and the precise sky position from Gaia data, the team used the aggregated computing power of the distributed volunteer computing project [email protected] for a new search of about 10 years of archival observations of NASA’s Fermi Gamma-ray Space Telescope. Improving on earlier methods they had developed for this purpose, they enlisted the help of tens of thousands of volunteers to search Fermi data for periodic pulsations in the gamma-ray photons registered by the Large Area Telescope onboard the space telescope. The volunteers donated idle compute cycles on their computers’ CPUs and GPUs to [email protected]

The new knowledge of the frequency of the gamma-ray pulsations also allowed collaborators to detect radio pulsations in archival data from the Parkes radio telescope. Their results, also published in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, show that the pulsar’s radio emission is often eclipsed by material that has been blown off the companion star by its nearby Redback pulsar.

Reference: “[email protected] discovery of the gamma-ray millisecond pulsar PSR J2039–5617 confirms its predicted redback nature” by C J Clark, L Nieder, G Voisin, B Allen, C Aulbert, O Behnke, R P Breton, C Choquet, A Corongiu, V S Dhillon, H B Eggenstein, H Fehrmann, L Guillemot, A K Harding, M R Kennedy, B Machenschalk, T R Marsh, D Mata Sánchez, R P Mignani, J Stringer, Z Wadiasingh and J Wu, 23 November 2020, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/staa3484


Birth of magnetar from colossal collision potentially spotted for first time

Long ago and far across the universe, an enormous burst of gamma rays unleashed more energy in a half-second than the sun will produce over its entire 10-billion-year lifetime.

After examining the incredibly bright burst with optical, X-ray, near-infrared and radio wavelengths, a Northwestern University-led astrophysics team believes it potentially spotted the birth of a magnetar.

Researchers believe the magnetar was formed by two neutron stars merging, which has never before been observed. The merger resulted in a brilliant kilonova -- the brightest ever seen -- whose light finally reached Earth on May 22, 2020. The light first came as a blast of gamma-rays, called a short gamma-ray burst.

"When two neutron stars merge, the most common predicted outcome is that they form a heavy neutron star that collapses into a black hole within milliseconds or less," said Northwestern's Wen-fai Fong, who led the study. "Our study shows that it's possible that, for this particular short gamma-ray burst, the heavy object survived. Instead of collapsing into a black hole, it became a magnetar: A rapidly spinning neutron star that has large magnetic fields, dumping energy into its surrounding environment and creating the very bright glow that we see."

The research has been accepted by Astrofizika jurnalı and will be published online later this year.

Fong is an assistant professor of physics and astronomy in Northwestern's Weinberg College of Arts and Sciences and a member of CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). The research involved two undergraduates, three graduate students and three postdoctoral fellows from Fong's laboratory.

'There was a new phenomenon happening'

After the light was first detected by NASA's Neil Gehrels Swift Observatory, scientists quickly enlisted other telescopes -- including NASA's Hubble Space Telescope, the Very Large Array, the W.M. Keck Observatory and the Las Cumbres Observatory Global Telescope network -- to study the explosion's aftermath and its host galaxy.

Fong's team quickly realized that something didn't add up.

Compared to X-ray and radio observations, the near-infrared emission detected with Hubble was much too bright. In fact, it was 10 times brighter than predicted.

"As the data were coming in, we were forming a picture of the mechanism that was producing the light we were seeing," said the study's co-investigator, Tanmoy Laskar of the University of Bath in the United Kingdom. "As we got the Hubble observations, we had to completely change our thought process, because the information that Hubble added made us realize that we had to discard our conventional thinking and that there was a new phenomenon going on. Then we had to figure out about what that meant for the physics behind these extremely energetic explosions."

Magnetic monster

Fong and her team have discussed several possibilities to explain the unusual brightness -- known as a short gamma-ray burst -- that Hubble saw. Researchers think short bursts are caused by the merger of two neutron stars, extremely dense objects about the mass of the sun compressed into the volume of a large city like Chicago. While most short gamma-ray bursts probably result in a black hole, the two neutron stars that merged in this case may have combined to form a magnetar, a supermassive neutron star with a very powerful magnetic field.

"You basically have these magnetic field lines that are anchored to the star that are whipping around at about 1,000 times a second, and this produces a magnetized wind," Laskar explained. "These spinning field lines extract the rotational energy of the neutron star formed in the merger, and deposit that energy into the ejecta from the blast, causing the material to glow even brighter."

"We know that magnetars exist because we see them in our galaxy," Fong said. "We think most of them are formed in the explosive deaths of massive stars, leaving these highly magnetized neutron stars behind. However, it is possible that a small fraction form in neutron star mergers. We have never seen evidence of that before, let alone in infrared light, making this discovery special."

Strangely bright kilonova

Kilonovae, which are typically 1,000 times brighter than a classic nova, are expected to accompany short gamma-ray bursts. Unique to the merger of two compact objects, kilonovae glow from the radioactive decay of heavy elements ejected during the merger, producing coveted elements like gold and uranium.

"We only have one confirmed and well-sampled kilonova to date," said Jillian Rastinejad, a co-author of the paper and graduate student in Fong's laboratory. "So it is especially exciting to find a new potential kilonova that looks so different. This discovery gave us the opportunity to explore the diversity of kilonovae and their remnant objects."

If the unexpected brightness seen by Hubble came from a magnetar that deposited energy into the kilonova material, then, within a few years, the ejected material from the burst will produce light that shows up at radio wavelengths. Follow-up radio observations may ultimately prove that this was a magnetar, leading to an explanation of the origin of such objects.

"Now that we have one very bright candidate kilonova," Rastinejad said, "I'm excited for the new surprises that short gamma-ray bursts and neutron star mergers have in store for us in the future."

The study was supported by the National Science Foundation (award numbers AST-1814782 and AST-1909358) and NASA (program number 15964).


Exploding neutron star proves to be energy standout of the cosmos

A giant flare in April 2020 was picked up by space telescopes, last year. It was then tracked back to a magnetar (illustrated) — a highly magnetized dense stellar remnant — in its home galaxy.

NASA Goddard Space Flight Center, Chris Smith/USRA/GESTAR

Share this:

February 12, 2021 at 6:30 am

Astrophysicists had thought that if a magnetar ever exploded, it would release one of the highest bursts of energy ever seen in the universe. But until now they could never prove it. Then one of these unusual neutron stars flashed in a nearby galaxy. The flare of energy it released was truly enormous!

Magnetars are neutron stars— stellar corpses — possessing the most extreme magnetic fields known. Those fields are so intense that they will heat the magnetar’s surface to 10 million degrees Celsius (18 million degrees Fahrenheit).

The first sign of the newfound magnetar arrived as a blast of X-rays and gamma rays. Five telescopes in space observed the flare on April 15, 2020. Among them were the Fermi Gamma-ray Space Telescope and the Mars Odyssey orbiter. Together, these eyes in the sky offered enough information to track down the flare’s source. It was the Sculptor galaxy, 11.4 million light-years away.

Explainer: Stars and their families

Astronomers had seen flaring magnetars in the Milky Way. But they were so bright that it was impossible to get a good enough look at them and measure their brightness. Possible glimpses of flaring magnetars in other galaxies may have been spotted before, too. But “the others were all a little circumstantial,” says Victoria Kaspi. They were “not as rock solid” as the newfound one, she says. Kaspi is astrophysicist at the McGill Space Institute in Montreal, Canada. She was not involved in the new discovery. “Here you have something that is so incontrovertible,” she says. “It’s like, okay, this is it. There’s no question anymore.”

Astronomers reported the find January 13 at the virtual meeting of the American Astronomical Society. Additional details were described in papers the same day in TəbiətTəbiət Astronomiyası. It’s the first time astronomers had identified an exploding magnetar in another galaxy.

Educators and Parents, Sign Up for The Cheat Sheet

Weekly updates to help you use Tələbələr üçün Elm Xəbərləri in the learning environment

How the magnetar was ID’d

When astronomers saw the cataclysmic explosion, they at first thought it was something called a short gamma-ray burst, or GRB. Most such flares develop when two neutron stars collide or there is some other destructive cosmic event.

But the signal looked weird. Its brightness peaked quickly — in just two milliseconds. The light then tailed off for another 50 milliseconds. Within about 140 milliseconds, the whole light show appeared to be over. As the signal faded, some telescopes also detected fluctuations in the light. Those changes occurred on timescales faster than a millisecond.

Typical short GRBs from a neutron-star collision don’t change like that, notes Oliver Roberts. He’s an astrophysicist at the Universities Space Research Association. It’s in Huntsville, Ala. But flaring magnetars in our own galaxy do show such light dynamics. The bright flare comes in and out of view as the magnetar spins.

Another odd trait of the new flare: Four minutes after the initial blast, the Fermi telescope caught incoming gamma rays. They had energies higher than a giga-electronvolt. No known source of GRBs spew those.

As a result, concludes Kevin Hurley, “We’ve discovered a masquerading magnetar in a nearby galaxy. And we’ve unmasked it,” adds this astrophysicist of the University of California, Berkeley. He spoke at a January 13 news briefing.

The researchers think that the flare was triggered by a massive starquake. A truly big one. It would appear to have been 1,000 trillion trillion (or 10 27 ) times as large as the 9.5 magnitude earthquake recorded in Chile in 1960. “I’m from California,” says Hurley. “And out here we would definitely call that the Big One,” he says.

This cosmic quake led the magnetar to release a blob of plasma. It sped away at nearly the speed of light. Along its path, it emitted X-rays and even higher energy gamma rays.

Were some earlier magnetar flares misdiagnosed?

The new find suggests that at least some signals that look like short GRBs are in fact magnetar flares. Astronomers had long suspected this. In fact, the new flare suggests that three earlier events that astronomers had flagged as possible magnetar flares likely were just that. Astronomers now have at least four magnetar flares to compare with each other.

The latest flare also could have exciting implications for another type of mystery signal from deep space. Called fast radio bursts, these flares have left astronomers scratching their heads for more than a decade. Several types of evidence connect fast radio bursts to magnetars. These include another signal coming from within the Milky Way. It also arrived in April 2020.

Kaspi at the McGill Space Institute has compared the apparent frequency of magnetar flares in other galaxies to the frequency of fast radio bursts. And, she finds, their rates are similar. “That argues that actually, most or all fast radio bursts could be magnetars.”

Güc sözləri

astronomy: The area of science that deals with celestial objects, space and the physical universe. People who work in this field are called astronomers.

astrophysicist: A scientist who works in an area of astronomy that deals with understanding the physical nature of stars and other objects in space.

celestial object: Any naturally formed objects of substantial size in space. Examples include comets, asteroids, planets, moons, stars and galaxies.

corpse: The body of a dead human. Also sometimes used to describe the remains of some inanimate object (such as a star).

cosmic: An adjective that refers to the cosmos — the universe and everything within it.

develop: To emerge or to make come into being, either naturally or through human intervention, such as by manufacturing.

dynamic: An adjective that signifies something is active, changing or moving. (noun) The change or range of variability seen or measured within something.

zəlzələ: A sudden and sometimes violent shaking of the ground, sometimes causing great destruction, as a result of movements within Earth’s crust or of volcanic action.

fluctuation: (v. fluctuate) Some type of change in a pattern or signal that varies at irregular intervals and often by amounts that are hard to predict.

tezlik: The number of times some periodic phenomenon occurs within a specified time interval. (In physics) The number of wavelengths that occurs over a particular interval of time.

galaxy: A group of stars — and usually dark matter — all held together by gravity. Giant galaxies, such as the Milky Way, often have more than 100 billion stars. The dimmest galaxies may have just a few thousand. Some galaxies also have gas and dust from which they make new stars.

gamma rays: High-energy radiation often generated by processes in and around exploding stars. Gamma rays are the most energetic form of light.

işıq ili: The distance light travels in one year, about 9.46 trillion kilometers (almost 6 trillion miles). Bu uzunluq haqqında bir az fikir əldə etmək üçün Yer kürəsini bükəcək qədər uzun bir ip xəyal edin. Uzunluğu 40.000 kilometrdən (24.900 mil) bir az çox olardı. Düz düzəldin. İndi birincidən dərhal sonra eyni uzunluqda, ucdan uca daha 236 milyon daha çox qoyun. İndi keçdikləri ümumi məsafə bir işıq ilinə bərabər olacaqdı.

magnetars: Neutron stars having a super-intense magnetic field, perhaps one a million billion times as strong as Earth’s.

magnetic field: An area of influence created by certain materials, called magnets, or by the movement of electric charges.

böyüklük: (in geology) A number used to describe the relative size of an earthquake. It is calculated by the peak ground motion as recorded by seismographs. There are several magnitude scales. For each increase in magnitude, an earthquake produces 10 times more ground motion and releases about 32 times more energy. For perspective, a magnitude 8 quake can release energy equivalent to detonating 6 million tons of TNT. (in astronomy) A measure of a star brightness.

Mars: The fourth planet from the sun, just one planet out from Earth. Like Earth, it has seasons and moisture. But its diameter is only about half as big as Earth’s.

Milky Way: The galaxy in which Earth’s solar system resides.

millisecond: A thousandth of a second.

neutron star: The very dense corpse of what had once been a massive star. As the star died in a supernova explosion, its outer layers shot out into space. Its core then collapsed under its intense gravity, causing protons and electrons in its atoms to fuse into neutrons (hence the star’s name). A single teaspoonful of a neutron star, on Earth, would weigh more than a billion tons.

orbiter: A spacecraft designed to go into orbit, especially one not intended to land.

plasma: (in chemistry and physics) A gaseous state of matter in which electrons separate from the atom. A plasma includes both positively and negatively charged particles. (in medicine) The colorless fluid part of blood.

radio: Referring to radio waves, or the device that receives these transmissions. Radio waves are a part of the electromagnetic spectrum that people often use for long-distance communication. Longer than the waves of visible light, radio waves are used to transmit radio and television signals. They also are used in radar. Many astronomical objects also radiate some of their energy as radio waves.

speed of light: A constant often used in physics, corresponding to 1.08 billion kilometers (671 million miles) per hour.

ulduz: The basic building block from which galaxies are made. Stars develop when gravity compacts clouds of gas. When they become hot enough, stars will emit light and sometimes other forms of electromagnetic radiation. The sun is our closest star.

stellar: An adjective that means of or relating to stars.

teleskop: Usually a light-collecting instrument that makes distant objects appear nearer through the use of lenses or a combination of curved mirrors and lenses. Some, however, collect radio emissions (energy from a different portion of the electromagnetic spectrum) through a network of antennas.

trilyon: A number representing a million million — or 1,000,000,000,000 — of something.

universe: The entire cosmos: All things that exist throughout space and time. It has been expanding since its formation during an event known as the Big Bang, some 13.8 billion years ago (give or take a few hundred million years).

virtual: Being almost like something. An object or concept that is virtually real would be almost true or real — but not quite. The term often is used to refer to something that has been modeled — by or accomplished by — a computer using numbers, not by using real-world parts (in computing) Things that are performed in or through digital processing and/or the internet. For instance, a virtual conference may be where people attended by watching it over the internet.

X-ray: A type of radiation analogous to gamma rays, but having somewhat lower energy.

Citations

Meeting: N. Omodei et al. High-energy emission from a magnetar giant flare in the Sculptor galaxy. American Astronomical Society meeting, January 15, 2021.

Journal:​ ​​ K. Hurley et al. A bright gamma-ray flare interpreted as a giant magnetar flare in NGC 253. American Astronomical Society meeting, January 13, 2021.

Journal:​ O.J. Roberts et al. Rapid spectral variability of a giant flare from a magnetar in NGC 253. American Astronomical Society meeting, January 12, 2021.

Journal:​ E. Burns. Extragalactic magnetar giant flares are a source of gamma-ray bursts. American Astronomical Society meeting, January 12, 2021.

Journal:​ O.J. Roberts et al. Rapid spectral variability of a giant flare from a magnetar in NGC 253. Təbiət. Cild 589, January 13, 2021, p. 207. Doi: 10.1038/s41586-020-03077-8.

Journal:​ D. Svinkin et al. A bright gamma-ray flare interpreted as a giant magnetar flare in NGC 253. Təbiət. Cild 589, January 13, 2021, p. 211. Doi: 10.1038/s41586-020-03076-9.

Journal:​ The Fermi-LAT Collaboration. High-energy emission from a magnetar giant flare in the Sculptor galaxy. Təbiət Astronomiyası. Published online January 13, 2021. Doi: 10.1038/s41550-020-01287-8.

Journal:​ C.D. Bochenek et al. A fast radio burst associated with a Galactic magnetar. arXiv:2005.10828. Posted May 21, 2020.

Journal:​ The CHIME/FRB Collaboration. A bright millisecond-duration radio burst from a Galactic magnetar. Təbiət. Cild 587, November 4, 2020, p. 54. doi: 10.1038/s41586-020-2863-y.

Journal:​ A. Rowlinson et al. The unusual X-ray emission of the short Swift GRB 090515: Evidence for the formation of a magnetar? Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Volume 409, December 2010, p. 531. doi: 10.1111/j.1365-2966.2010.17354.x.

About Lisa Grossman

Lisa Grossman is the astronomy writer. She has a degree in astronomy from Cornell University and a graduate certificate in science writing from University of California, Santa Cruz. She lives near Boston.

Bu məqalə üçün sinif mənbələri Daha çox məlumat əldə edin

Bu məqalə üçün pulsuz müəllim mənbələri mövcuddur. Daxil olmaq üçün qeydiyyatdan keçin:


Magnetars

Magnetars are neutron stars with extreme magnetic fields – even more extreme than those found in pulsars (as we talked about on our Neutron Star Introduction page). These sources show steady X-ray pulsations and soft gamma-ray bursts. In fact, the first magnetars discovered, called soft gamma-ray repeaters (SGRs), were thought to be a sub-class of gamma-ray bursts (see our page on gamma-ray bursts to find out what they are).

This animation shows Swift observations the X-ray halo of magnetar SGR J1550-5418 during flares in January 2009. At times, the object produced hundreds of bursts in as little as 20 minutes, and the most intense explosions emitted more total energy than the sun does in 20 years. High-energy instruments on many spacecraft, including NASA's Swift and Rossi X-ray Timing Explorer, detected hundreds of gamma-ray and X-ray blasts. (Credit: NASA/Swift/Jules Halpern, Columbia Univ.)


Videoya baxın: Cənubi Qafqazın ən böyük alternativ enerji mənbəyi olan Yeni Yaşma Külək Elektrik Parkı (Sentyabr 2021).