Astronomiya

2 qara dəlik birləşdikdə meydana gələn Gamma Ray Burst digər GRB-lərlə müqayisədə necədir?

2 qara dəlik birləşdikdə meydana gələn Gamma Ray Burst digər GRB-lərlə müqayisədə necədir?



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.

Qara dəlik birləşməsindən qaynaqlanan cazibə dalğa hadisəsi GW150914-dən 0,4 saniyə sonra Gamma Ray Burst aşkar edildi və göyün eyni hissəsində idi. Gamma Ray Burst-un qara dəlik birləşməsi ilə əlaqəli olub-olmadığı qeyri-müəyyəndir. GRB-nin təsadüf olma ehtimalı (və ya sadəcə fon səs-küyü) 0,22% -dir. Qara dəlik birləşməsinin GRB ilə əlaqəli olma ehtimalı% 99,78-dir. Daha sonrakı təhlillər GRB-nin yalnız qara dəlik birləşməsindən 0,4 saniyədən sonra göydəki eyni yerdə meydana gələn və buna görə də əlaqəsi olmayan bir arxa plan hadisəsi olduğunu göstərir.

Bir GRB-nin oradan əks istiqamətlərdə parıldayan nisbi reaktivləri ola bilsə də, araşdırma "hadisənin müşahidəçiyə yönəlmiş əhəmiyyətli bir qamma şüası ilə əlaqəli olmasını istisna edir." Bunu bu GRB-nin etdiyi anlamına gətirirəm yox relyativistik reaktivlərə sahibdirlər, lakin çox istiqamətli idi. (Astronomların bu nəticəyə necə gəldiklərindən əmin deyiləm.)

Hər halda, təsadüf olub-olmamasından asılı olmayaraq, bu GRB-nin enerji istehsalının digər GRB ilə müqayisəsi barədə soruşuram. Bağlantıdakı Wikipedia məqaləsində "hadisədən gələn qamma şüaları və sərt rentgen şüalarındakı enerji emissiyası cazibə dalğaları kimi yayılan enerjinin milyondan bir hissəsindən az olduğu" deyilir.

Tipik bir GRB nə qədər enerji yayır? Tipik bir GRB-nin spektri nə qədər yayılmışdır? Tipik bir GRB bu enerjini hansı müddət ərzində yayır? (Neçə saniyə?)

Digər GRB-lərin enerji səviyyələri, spektrləri və müddətləri qara dəlik birləşməsi ilə əlaqəli GRB ilə necə müqayisə olunur?

Digər GRB-lərə bənzəyirsə, bu fərziyyəni dəstəkləyəcək bu GRB, eyni vaxtda və göydəki yerdə təsadüfən baş verən bir hadisə idi.

Bu GRB digər GRB-lərdən fərqli enerji emissiyalarına və müddətinə sahibdirsə, bu, həqiqətən də qara dəliyin birləşməsi ilə əlaqəli fərziyyəni dəstəkləyəcəkdir.

Cavab verdiyiniz zaman, zəhmət olmasa orijinal araşdırmalardan məlumatlar, sitatlar və ya sitatlar verin. Dəstəklənməyən fərziyyələr deyil, real məlumatlar tərəfindən dəstəklənən real analizləri axtarıram.


İkinci abzasda təklif etdiyiniz şərh səhvdir. Bəri başa düşüləndir ədəbiyyatda bir mübahisə var - fərqli sənədlər potensial ziddiyyətli nəticələrə gəlir.

"Hadisənin müşahidəçiyə yönəlmiş əhəmiyyətli bir qamma-şüalanma ilə əlaqəli olma ehtimalı istisna olmaqla" sadəcə o deməkdir müşahidə edilə bilən GRB tapılmadı, orijinal aşkarlamanın instrumental fondan qaynaqlandığına işarə: hər bir detektorun özünün instrumental kökləri var, yalnız real hadisələr kifayət qədər həssas olan bütün alətlər tərəfindən görünməlidir.

Prinsipcə, birləşmənin başqa bir yerə yönəldilmiş işıqlı emissiya meydana gətirməsi həmişə mümkündür. Heç bir alət bunu birbaşa görməməli idi və bunun olub olmadığını bilmək üçün sadə bir yol yoxdur.

Bu yuxarı limit, orijinal aşkarlamadan daha çox başqa bir peykin (INTEGRAL / SPI-ACS, Savchenko et al 2016) müşahidə edilməsindən irəli gəlir (Fermi / GBM, Connaughton et al 2016). Fermi / GBM məlumatlarının alternativ təhlili də (Greiner et al 2016) GBM məlumatlarında heç bir hadisə tapıla bilməyəcəyini irəli sürdü - fikirlərinə görə bu bir növ arxa plan dalğalanması.

Hal-hazırda bu ziddiyyətli nəticələri bildirən komandalar birlikdə işləyirlər, ardıcıl bir şəkil ortaya qoymağa çalışırlar ki, bu da prinsipcə GW150914 ilə əlaqəli bu və ya digər xüsusiyyətlərə sahib bir GRB, bəzi xüsusiyyətlərə sahib olmayan bir GRB və ya ola bilər. heç bir aşkarlama yoxdur. Bu iş çapraz kalibrləmə və müqayisə alətləri üzərində qurulmuşdur və gələcəkdə bu cür qeyri-müəyyənliklərin qarşısını almaq üçün də faydalıdır.

Orijinal Fermi / GBM komandasının yanaşmasından sonra bu hadisənin spektral xüsusiyyətlərini xarakterizə etməyə çalışmaq olar. Ancaq təəssüf ki, ölçüm Fermi / GBM (uğursuz istiqamətdə) üçün çox uğursuz şərtlərdə olduğu ortaya çıxdı. Hansı səbəbdəndir siqnal çox zəif idi (bu yaxınlarda bu hədləri azaltmaq üçün cəhdlər göstərilsə də, real GRB üçün ümumiyyətlə bildiriləcək olanın altına baxın, Goldstein və digərləri 2017) və spektral xarakterizə boşdur. Veres et al 2016-ya bəzi detallar üçün baxa bilərsiniz. Bu böyük qeyri-müəyyənliklərlə spektr məlum qısa GRB-lərlə uyğun gəlir.

The parlaqlıq qiymətləndirməsi spektrdən asılıdır, amma görünür qısa GRB nümunəsinin alt ucu (bax: məsələn, Wanderman et al 2015)
Ancaq qeyri-müəyyənliklər böyük olduğundan, hadisə real olsa da qeyri-adi ola bilər.

İNTEGRAL müşahidənin aşkarlanmaması, daha yumşaq (bəlkə də qısa GRB üçün qeyri-adi) və ya daha zəif bir partlayış deməkdir, ehtimal ki, hətta uyğun deyil olduqca qeyri-müəyyən olan Fermi / GBM məlumatları.

Müddət ehtimal ki, GW hadisəsi ilə əlaqəli bu mümkün GRB-nin asan hissəsi və təxminən 1 s uzunluğundadır, qısa bir GRB üçün tipikdir (Kouveliotou et al 1993).


Fermi LIGO-nun Qara Deliklərini Birləşdirdiyini Təsbit Etdi?

Müəllif: Camille M. Carlisle 21 aprel 2016 5

Bu kimi məqalələri gələnlər qutunuza göndərin

NASA-nın Fermi Qamma-Şüa Kosmik Teleskopu, aşkarlanan cazibə dalğalarını yayan LIGO-nun eyni birləşən qara dəliklərindən bir partlayış aşkar edə bilər. Yoxsa yox.

Bir sənətkarın Fermi Gamma-Ray Kosmik Teleskopu haqqında təəssüratı.
Kredit: NASA / General Dynamics

Fevral ayında LIGO qrupu, iki qara dəliyə bir-birinə birləşdikləri zaman cazibə dalğalarının səhvsiz siqnalını aşkar etdiklərini elan etdilər. Xəbər yayıldıqda, elm adamları hadisəni başqa yollarla - kosmik zaman dalğaları kimi deyil, fotonlar kimi qeyd edib etmədiklərini araşdırmağa tələsdilər. 14 sentyabr 2015-ci il tarixində cazibə dalğa siqnalının LIGO-nun iki sahəsini silkələdiyi anda alınan arxivləşdirilmiş müşahidələri araşdırdılar.

Nominal olaraq bu axmaq bir tapşırıq idi: astronomlar qara dəliklərin hər hansı bir işıq şousu quracağını gözləmirdilər. Çünki hər hansı bir tullantı qazdan qaynaqlanmalı idi və bu kütlələrin qara deliklərini (bir neçə on günəş kütləsi) birləşdirmək, uzun sürən ölümcül yanaşma zamanı ətrafdakı bütün materialları süpürməlidir. Başqa sözlə, ulduz kütləsindəki qara dəliklərin birləşməsi qaz tutusu taxmır.

Yenə də LIGO-nun elanının verildiyi gün NASA-nın Fermi Gamma-ray Kosmik Teleskopu olan elm adamları arXiv əvvəlcədən yazdıran serverə bir sənəd göndərərək Ferminin var idi bir şey gördüm - zəif, 1 saniyəlik bir partlayış, LIGO hadisəsindən yalnız 0,4 saniyə sonra.

Flaşın spektri a-ya bənzəyir qısa qamma şüası (GRB), səslənən budur: qamma şüalarının partlaması. GRB-nin qısa cinsi 2 saniyədən az davam edir, ehtimal ki, toqquşan neytron ulduzlarının və ya (daha nadir hallarda) qara dəliklərin nəticəsidir. Astronomlar daha əvvəl neytron ulduzunun düşməsindən sonrakı işıqları görmüşlər.

Lakin 2015-ci ilin sentyabr ayındakı flaş, qısa müddətli GRB-dən çox zəif idi. Əslində o qədər zəif idi ki, kosmik teleskopun yerdəki xəbərdarlıq sistemini işə salmadı. Buna qismən səbəb budur ki, Fermi kosmik gəmisinin “altından” partlayış onu periferik görmə ilə aşkar etmişdir. Avropa Kosmik Agentliyinin Beynəlxalq Gamma-Ray Astrofizika Laboratoriyası (İntegral) kosmik gəmisindəki məlumatlarda da görünmür. Ancaq sonuncusu, İntegralın Ferminin gördüyü zəif, qısa qamma şüalarının yalnız yarısını algıladığını hesablayan Valerie Connaughton'u (Universitetlər Kosmik Tədqiqatlar Birliyi) və həmkarlarını narahat etmir.

LIGO və Fermi siqnalları səmanın eyni hissəsindən gəlir - ancaq “səmanın eyni hissəsi” böyük bir bölgədir, çünki hər iki rəsədxana siqnalın haradan gəldiyini dəqiq təyin etməkdə pisdir. LIGO birləşdirilmiş qara dəliyin yerini göylərdə uzun bir yay ilə məhdudlaşdırdı, lakin bu yay 600 kvadrat dərəcə kimi bir şeyi əhatə edir. Bu, Orion bürcünün əhatə etdiyi səma ərazisinə bərabərdir (əgər böyüdülmüş klubu tərk etsəniz). Aşağıdakı videoda göstərildiyi kimi Ferminin baxışı bunun təxminən 200 kvadrat dərəcəsi ilə üst-üstə düşdü (daha çox Cassiopeia’nın “W” -nin aralığına bənzəyir).

Komanda Fermi flaşı üçün alternativ bir qaynaq müəyyənləşdirməyib. Seçimlər, dayandıqları kimi, əsasəndir

  1. Fermi siqnalı real deyil (bu, bir avadanlıq hıçqırığı və ya bir şans fonunda dalğalanma)
  2. Fermi siqnalı gerçəkdir, amma LIGO siqnalının verdiyi eyni səmadan gəldiyi təsadüfdür
  3. Fermi siqnalı realdır bu cazibə dalğalarını yaradan eyni kosmik toqquşmadan.

Komanda, Ferminin LIGO’dan çox keçmədən təsadüfən bir siqnal aşkar etməsi ehtimalının yalnız% 0,2 olduğunu təxmin edir. Connaughton deyir ki, bu ehtimal Fermi siqnalının həqiqi və ya göydəki yeri olub-olmadığını nəzərə almır - yalnız vaxta əsaslanır.

Astronomlar optimist olmasa, heç bir şey deyildir. Qutudan kənar düşüncəsi ilə tanınan İbrahim Loeb (Harvard), Fermi komandasının hər iki siqnalın 100 Günəşdən çox kütləsi olan böyük bir ulduzun ölümündən gələ biləcəyini tapdıqlarını bildirdikdən dərhal sonra təklif etdi. İki kiçik ulduz birləşdikdə meydana gələn bu fərziyyə ulduz, fəlakətli bir çöküşdə ölmüş olardı. Loeb təklif edir ki, onun nüvəsi iki qarışıq olan iki qarışıq hala gəldi, bu qara dəliklər birləşənlər ola bilər - bu da ətrafı işıqlandırmaq üçün niyə qaz olduğunu izah edə bilər. (Birləşdirilmiş ulduzların nüvələri də heç vaxt ilk növbədə birləşməmiş ola bilər, ancaq GRB-nin bu yolla yaradılmasının daha çətin olduğunu düşünür.) Komanda bu nəzəriyyəni və ya digərini hələ müdafiə etməyib.

Ancaq astronomlar et LIGO və Avropada yaxınlıqda fəaliyyət göstərən Qız interferometrinin aşkar edə biləcəyi cazibə dalğaları istehsal edəcək neytron ulduz toqquşmalarından GRB-lərə baxın. Bu səbəbdən astronomlar imkanlardan həyəcan duyurlar və Fermi və LIGO-nun necə birlikdə çalışa biləcəyini fəal şəkildə müzakirə edirlər. Bu cüt siqnalın təsadüf olduğu ortaya çıxsa da, başqaları olmayacaq.


Yeni Qara Delikli Partlayış Kəşf edildi

NASA məlumatlarını istifadə edən elm adamları, hibrid bir qamma şüası partlaması adlı yeni tanınmış bir kosmik partlayış növünü araşdırırlar. Digər qamma-şüa partlayışlarında olduğu kimi, bu hibrid partlayış yeni bir qara dəliyin doğulmasına işarə edir.

Ancaq yeni qara dəliyi yaratmaq üçün hansı obyekt və ya obyektlərin partladığı və ya birləşdirildiyi aydın deyil. Hibrid partlama, bilinən iki qamma şüası partlayışının xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir, lakin hələ də açıqlanmayan xüsusiyyətlərə malikdir.

NASA-nın Swift şirkəti ilk dəfə 14 iyun tarixində partlayışı kəşf etdi. Swiftin tapılmasından bəri Hubble Kosmik Teleskopu və iri yerüstü rəsədxanaları da daxil olmaqla ondan çox teleskop bu partlayışı araşdırdı.

"Bu hadisə haqqında çox məlumatımız var, çoxlu vaxt ayırmışıq və nəyin partladığını anlaya bilmərik" dedi. Greenbelt, Md., NASA Goddard Space Uçuş Mərkəzindən Neil Gehrels, dördüncüsündən birinin baş müəllifi Nature jurnalının bu həftəki buraxılışında görünən xəbərlər. "Bütün məlumatlar yeni, lakin bəlkə də bu qədər nadir olmayan bir kosmik partlayışa işarə edir."

Gamma-ray partlayışları kainatdakı bilinən ən güclü partlamaları təmsil edir. Yenə də təsadüfi və keçicidirlər, heç vaxt iki dəfə görünmürlər. Alimlər bu yaxınlarda təbiətini anlamağa başladılar.

Belə partlayışlar ümumiyyətlə uzun və ya qısa olmaqla iki kateqoriyadan birinə aiddir. Uzun partlayışlar iki saniyədən çox davam edir və qara dəlik əmələ gətirən kütləvi ulduzların nüvəsinin çökməsindən görünür. Bu partlayışların əksəriyyəti görünən kainatın kənarından gəlir. İki saniyənin altında və tez-tez cəmi bir neçə milisaniyə davam edən qısa partlayışlar, daha sonra yeni və ya daha böyük bir qara dəlik yaradan iki neytron ulduzunun və ya bir neytron ulduzunun qara dəliklə birləşməsi kimi görünür.

Aşkarlandığı tarixdən sonra GRB 060614 adlanan hibrid partlama, 1,6 milyard işıq ili uzaqlıqdakı İndus bürcündə bir qalaktikadan meydana gəldi. Burst 102 saniyə davam etdi və uzun sürən ərazidə güclü bir şəkildə yerləşdirildi. Ancaq partlayışda uzun partlayışlardan qısa müddət sonra görülən bir supernovanın və ya ulduz partlayışının əlaməti yox idi. Həm də burstun ev sahibi qalaktikası, fövqəlnövlər və uzun qamma-şüa partlayışları yarada bilən azsaylı ulduzlarla aşağı bir ulduz əmələ gətirmə nisbətinə malikdir. "Bu, mövcud olsaydı, bir supernovanı aşkar etmək üçün kifayət qədər yaxın idi" dedi Caltech, Pasadena, Califech'ten Avishay Gal-Yam, başqa bir Nature hesabatının aparıcı müəllifi. "Hubble belə bir şey görmədi."

Parlamanın parlaqlığı və müxtəlif enerjili fotonların gəliş vaxtı ilə əlaqəli müəyyən xüsusiyyətləri, gecikmə-parlaqlıq əlaqəsi adlanır, burstun uzun bir partlamadan daha çox qısa bir partlayış kimi davrandığını göstərir. Lakin heç bir nəzəri birləşmə modeli 102 saniyə ərzində davamlı bir qamma-şüa enerjisini buraxmağı dəstəkləyə bilməz. Gehrels, "Bu, bizə rəhbərlik edəcək nəzəriyyələrimiz olmayan tamamilə yeni bir ərazidir" dedi.

Burst bəlkə də görünməmiş deyil. 1990-cı illərdə Compton Gamma-Ray Rəsədxanasından arxivləşdirilən məlumatlar, ehtimal ki, digər hibrid "uzun-qısa" partlamaları aşkar edir, lakin bunu təsdiqləyən heç bir müşahidələr mövcud deyil. Kopenhagendəki Niels Bohr İnstitutundan Johan Fynbo, eyni zamanda Təbiət hesabatının aparıcı müəllifi, bu ilin may ayındakı bir partlayışın da uzun olduğunu, ancaq əlaqəli bir supernovanın olmadığını düşünür.

Elm adamları bunun birləşmədən uzun bir qısa partlama və ya heç bir supernova olmayan bir ulduz partlayışından uzun bir partlama olub olmadığı mövzusunda fikir ayrılığına davam edirlər. Lakin əksəriyyət yeni bir prosesin oynamalı olduğu qənaətinə gəlir - ya ikinci uzun partlayışlar yaradan birləşmə modelinin əsaslı bir təmirə ehtiyacı var və ya partlayışdan yaranan ulduz, fövqəladə cəhətdən supernovanı düzəldən növdən fərqlidir.

"GRB 060614-dən əldə edə biləcəyimiz bütün məlumatları sildik" dedi İtaliyanın Firenze şəhərindəki Osservatorio Astrofisico di Arcetri'den Massimo Della Valle, Nature reportajının başqa bir aparıcı müəllifi. "İndi edə biləcəyimiz tək şey, yaxınlıqdakı növbəti hibrid partlamasını gözləməkdir."


Birləşən iki Qara Delik, AD 775 ətrafında Dünyanı Şüalandırmış Ola bilər

Alman astronomları Dr Valeri Hambaryan və Dr Ralph Neuhauserin apardıqları yeni bir araşdırmaya görə, 8-ci əsrdə planetimizi vuran yüksək enerjili şüalanma partlayışı, iki birləşmə nəticəsində yayılan yaxınlıqdakı qısa qamma şüası səbəb ola bilər. ulduz qalıqları və # 8211 qara dəliklər, neytron ulduzları və ya ağ cırtdanlar.

Qara dəlik birləşməsi (NASA / CXC / A. Hobart / Josh Barnes, Hawaii Univesity / John Hibbard, NRAO)

2012-ci ildə, Yaponiyanın Nagoya Universitetindən olan kosmik şüa fiziki Prof Fusa Miyake, 775-ci ildə meydana gələn ağac üzüklərində yüksək miqdarda karbon-14 və berilyum-10 izotopunun aşkar olunduğunu elan edərək, radiasiyanın bir partlayışla dünyanı Dünyaya vurduğunu iddia etdi. il 774 və ya 775.

Karbon-14 və berilyum-10 kosmosdan gələn radiasiya azot atomları ilə toqquşduqda əmələ gəlir və daha sonra bu ağır karbon və berilyum formalarına çürüyür. Əvvəlki araşdırma, o zaman müşahidələrdə heç bir şey qeydə alınmadığına və qalıq tapılmadığına görə yaxınlıqda böyük bir ulduzun partlamasını istisna etdi.

Prof. Miyake, günəş alovunun səbəb ola biləcəyini də düşündü, lakin bunlar müşahidə edilən karbon-14 artıqlığına səbəb olacaq qədər güclü deyil. Böyük alovların Günəş & # 8217s tacından çıxarılan materialların şimal və cənub işıqlarının canlı ekranlarına səbəb olması ilə müşayiət olunacağı ehtimal olunur, lakin yenə də heç bir tarixi qeyd bunların baş verdiyini düşünmür.

Bu açıqlamadan sonra, tədqiqatçılar Anglo-Saxon Chronicle-də gün batandan sonra görülən bir & xroniki xaç təsvir edən bir girişə işarə etdilər və bunun bir supernova ola biləcəyini iddia etdilər. Ancaq bu, 776-dan başlayır, karbon-14 məlumatlarını hesablamaq üçün çox gecdir və hələ də niyə qalıq aşkarlanmadığını izah etmir.

Jurnalda dərc olunmuş bir məqalədə Kral Astronomiya Cəmiyyətinin Aylıq Bildirişləri (arXiv.org versiyası), astronomlar həm karbon-14 ölçülərinə, həm də göydə qeyd olunan hadisələrin olmamasına uyğun yeni bir açıqlama verirlər. İki kompakt ulduz qalığının və # 8211 qara dəliklərin, neytron ulduzlarının və ya ağ cırtdanların toqquşub bir-birinə birləşməsini təklif edirlər. Bu baş verdikdə, bəzi enerji, görünən işığı da əhatə edən elektromaqnit spektrinin ən enerjili hissəsi olan qamma şüaları şəklində sərbəst buraxılır.

Bu birləşmələrdə qamma şüalarının partlaması sıx, lakin qısadır, ümumiyyətlə iki saniyədən az davam edir. Bu hadisələr hər il dəfələrlə digər qalaktikalarda görülür, lakin uzun müddət davam edən partlamaların əksinə olaraq, heç bir uyğun görünən işıq olmadan. 774/775 radiasiya partlayışının izahı budursa, birləşən ulduzlar təxminən 3000 işıq ilindən daha yaxın ola bilməz və ya bəzi quru həyatının yox olmasına səbəb olardı. Astronomlar karbon-14 ölçmələrinə əsaslanaraq qamma şüalarının Günəşdən 3000 ilə 12000 işıq ili arasındakı bir sistemdən qaynaqlandığını düşünürlər.

Əgər onlar haqlıdırlarsa, bu nə üçün bir supernova və ya parlaq bir ekranın heç bir qeydinin olmadığını izah edər. Digər işlər nisbətən yaxın bir hadisədə görülə bilən qısa qamma şüaları zamanı bəzi görünən işığın yayıldığını göstərir. Bu yalnız bir neçə gün ərzində görülə bilər və asanlıqla əldən verilə bilər, lakin tarixçilərin yenidən çağdaş mətnlərə nəzər salması dəyər ola bilər.

& # 8220Qamma şüaları dünyaya çox yaxın olsaydı, biosferə əhəmiyyətli dərəcədə zərər verərdi. Ancaq minlərlə işıq ili uzaqda olsa da, bugün bənzər bir hadisə qabaqcıl cəmiyyətlərin asılı olduğu həssas elektron sistemlərdə fəsada səbəb ola bilər. İndi problem bu cür karbon-14 tırmanışlarının nə qədər nadir olduğunu, yəni bu cür radiasiya partlayışlarının Yer kürəsini nə qədər vurduğunu müəyyən etməkdir. Son 3000 ildə, bu gün yaşanan maksimum ağac yaşı, yalnız belə bir hadisənin yaşandığı görünür və & # 8221, Jena Universiteti Astrofizika İnstitutundan Dr Neuhauser dedi.

Biblioqrafik məlumat: V. V. Hambaryan və R. Neuhäuser. AD 774/5 dəki 14C zirvəsinə səbəb olan bir Galaktik qısa qamma şüası. MNRAS, 20 Yanvar 2013 doi: 10.1093 / mnras / sts378


LIGO-nun əkiz qara dəlikləri tək bir ulduzun içində doğulmuş ola bilər

14 sentyabr 2015-ci ildə LIGO, bu sənətkarın konsepsiyasında göstərilən iki birləşən qara dəlikdən cazibə dalğaları aşkar etdi. Fermi kosmik teleskopu 0.4 saniyə sonra bir qamma şüasının partladığını təsbit etdi. Yeni araşdırmalar, partlamanın iki qara dəliyin tək, böyük bir ulduzun içində yaşadığına və öldüyünə görə meydana gəldiyini göstərir. Kredit: Swinburne Astronomiya İstehsalları

14 sentyabr 2015-ci il tarixində Lazer İnterferometr Qravitasiya-dalğa Rəsədxanası (LIGO) Günəşin kütləsindən 29 və 36 qat daha çox olan iki qara dəliyin birləşməsindən qravitasiya dalğaları aşkar etdi. Belə bir hadisənin qaranlıq olacağı gözlənilir, lakin Fermi Kosmik Teleskopu LIGO-nun siqnalından saniyənin yalnız bir hissəsini təşkil edən bir qamma şüası partladığını təsbit etdi. Yeni araşdırmalar, iki qara dəliyin ölümü qamma-şüa partlayışına səbəb olan tək, nəhəng bir ulduzun içində yerləşə biləcəyini göstərir.

Harvard-Smithsonian Astrofizika Mərkəzindən (CfA) Harvard astrofiziki Avi Loeb, "Hamilə bir qadının qarın içərisində əkizləri daşıdığının kosmik ekvivalenti" deyir.

Normalda, böyük bir ulduz ömrünün sonuna çatdıqda, nüvəsi tək bir qara dəliyə çökür. Ancaq ulduz çox sürətlə fırlanırdısa, nüvəsi bir dumbbell şəklinə və parçası hər biri öz qara dəliyini əmələ gətirən iki dəstəyə uzana bilər.

Burada ehtiyac duyulduğu kimi çox böyük bir ulduz tez-tez iki kiçik ulduzun birləşməsindən yaranır. Ulduzlar bir-birinə döndükcə bir-birlərinin ətrafında daha sürətli və daha sürətli fırlanacaqları üçün birləşən ulduzun çox sürətlə fırlanacağı gözlənilirdi.

Qara dəlik cütü meydana gəldikdən sonra ulduzun xarici zərfi içəri doğru onlara doğru qaçdı. Həm cazibə dalğa hadisəsini, həm də qamma-şüa partlamasını gücləndirmək üçün, əkiz qara dəliklər bir-birinə yaxın doğulmuş, yerin ölçüsü ilə ilkin bir ayrılma ilə bir neçə dəqiqə içində birləşmiş olmalıdır. Yeni yaranmış tək qara dəlik, sonra hər günəşdə bir Günəşin dəyərinə qədər material tükənən və partlayış meydana gətirmək üçün xaricə sıçrayan güclü maddə təyyarələrini vuran maddəylə qidalanırdı.

Fermi, LİGO-nun cazibə dalğalarını aşkarladıqdan cəmi 0,4 saniyə sonra və səmanın eyni ümumi sahəsindən partlamağı aşkar etdi. Ancaq Avropa INTEGRAL gamma-ray peyki siqnalı təsdiqləməyib.

"Fermi aşkarlanması səhv bir siqnal olsa da, gələcək LİQO hadisələri, qara dəlik birləşmələrindən qaynaqlanmasından asılı olmayaraq, onları müşayiət edən işıq üçün izlənilməlidir. Təbiət bizi hər zaman təəccübləndirə bilər" deyir.

Qravitasiya dalğası hadisələrindən daha çox qamma-şüalanma aşkar edilərsə, kosmik məsafələri və kainatın genişlənməsini ölçmək üçün perspektivli yeni bir metod təklif edəcəkdir. Bir qamma-şüa partlayışının sonrakı parıltısını görərək və onun sürüşməsini ölçərək, sonra LIGO-dan müstəqil məsafə ölçüsü ilə müqayisə edərək, astronomlar kosmoloji parametrlərini dəqiq şəkildə məhdudlaşdıra bilərlər. Loeb deyir: "Astrofizik qara dəliklər supernovalar kimi digər məsafə göstəricilərindən çox asandır, çünki bunlar yalnız kütlələri və spinləri ilə tam müəyyən edilir".

"Bu, ilk LIGO kəşfindən sonrakı mühüm dövrdə, ehtimal ki, problemin tam nəticələrini dərk etmək üçün vacib bir dövrdə güclü bir təqib işini stimullaşdıracaq bir gündəm qurma sənədidir. Tarix hər hansı bir bələdçidirsə," çox mesajlı " Həm cazibə dalğalarından, həm də elektromaqnit şüalanmadan istifadə edərək Loeb-in müdafiə etdiyi yanaşma, yenə də diqqətəlayiq LIGO mənbəyinin fiziki təbiəti haqqında daha dərindən bir fikir vəd edir, "Austin Texas Universitetindən Volker Bromm müstəqil olaraq şərh edir.

Bu tədqiqat The-da dərc olunmaq üçün qəbul edilmişdir Astrofizik Jurnal Məktubları və onlayn mövcuddur.


Exoplanet-hunter TESS teleskopu Parlaq bir Gamma şüası partlayışını ləkələdi


BAT tetikleyicisindən əvvəl (solda) və partlayışın pik axınında (mərkəzdə) kadansdakı tam kadr şəklində TESS. Sonrakı işığın ortaya çıxması şəklin mərkəzində, ağ oxla göstərilmişdir. Sağ panel, səmanın eyni bölgəsini bir az fərqli bir oriyentasiya ilə göstərir, Rəqəmsal Səma Tədqiqatında (DSS) istiqamətləndirmə dəyişikliyini nümayiş etdirmək üçün sol alt küncdə kiçik bir TESS şəkli daxil edilmişdir. KREDİT Astrofizika Jurnalı

NASA-nın uzun müddətdir gözlənilməz kəşflər ənənəsi var və kosmik proqramının TESS missiyası da bundan fərqlənmir.

SMU astrofizik və qrupu, ekzoplanetləri tapmaq üçün nəzərdə tutulmuş bir NASA teleskopundan istifadə edərək xüsusilə parlaq bir qamma şüası kəşf etdilər - günəş sistemimizin xaricində meydana gələnləri - xüsusilə həyatı dəstəkləyə biləcəkləri.

İlk dəfədir ki, bu şəkildə bir qamma-şüa patlaması tapılır.

Gamma-şüa partlayışları kainatdakı ən parlaq partlayışlardır, ümumiyyətlə kütləvi bir ulduzun çökməsi və qara dəliyin doğulması ilə əlaqədardır. 10 milyard illik mövcudluğu boyunca günəşin buraxacağı qədər radioaktiv enerji istehsal edə bilərlər.

Cənubi Metodist Universitetinin fizika üzrə dosenti Krista Lynne Smith və qrupu GRB 191016A adlanan partlayışın oktyabrın 16-da baş verdiyini təsdiqlədilər və yerini və müddətini də təyin etdilər. Kəşflə bağlı bir araşdırma The Astrophysical Journal-da dərc edilmişdir.

"Bizim tapıntılarımız bu TESS teleskopunun yalnız yeni planetlərin tapılması üçün deyil, eyni zamanda yüksək enerjili astrofizika üçün də faydalı olduğunu sübut edir" deyən TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) kimi peyklərdən istifadə edərək, supermassive qara dəliklər və ətrafdakı qazları öyrənmək üçün ixtisaslaşdı. onlara. Bu cür tədqiqatlar, maddənin qara dəliklər ətrafındakı dərin bir əyri zamandakı davranışına və qara dəliklərin sahib qalaktikalarına güclü təyyarələr atma proseslərinə işıq tutur.

Smith GRB 191016A-nın 15.1 pik böyüklüyünə sahib olduğunu, yəni çılpaq gözlərlə görə bildiyimiz ən zəif ulduzlardan 10.000 dəfə daha solğun olduğunu hesabladı.

Bu olduqca zəif səslənə bilər, ancaq zəiflik partlamanın nə qədər uzaqlaşması ilə əlaqəlidir. GRB 191016A qalaktikasından çıxan işığın TESS teleskopunda görünənə qədər 11,7 milyard il əvvəl səyahət etdiyi təxmin edilir.

Əksər qamma şüaları daha zəifdir - ən zəif ulduzlardan 160.000 qat daha solğun olur.

Burst 1000 və 2600 saniyə arasında ən yüksək parlaqlığa çatdı, sonra TESS-in ilk sönməsindən 7000 saniyə sonra onu aşkar etmə qabiliyyətinin altına düşənə qədər tədricən azaldı.

Bu qamma şüası partlaması ilk olaraq NASA-nın bu partlamaları tapmaq üçün qurulmuş Swift-BAT adlı peyki tərəfindən aşkar edilmişdir. Ancaq GRB 191016A aya çox yaxın bir yerdə meydana gəldiyindən, Swift-BAT normal olaraq lazım olan təqibi edə bilmədi, bu barədə bir neçə saatdan sonra daha çox məlumat əldə etmək lazım idi.

NASA-nın TESS-i göyün eyni hissəsinə baxırdı. TESS hər ay diqqətini yeni bir göy zolağına yönəltdiyinə görə bu, böyük bir şans idi.

TESS üçün yer bazasında olan ekzoplanet tədqiqatçıları dərhal bir qamma şüasının meydana gəldiyini söyləyə bilsələr də, TESS peykindən bu barədə məlumat almalarına bir neçə ay qalmışdı. Ancaq diqqətləri yeni planetlərə yönəldildiyi üçün bu tədqiqatçılar Avstraliyanın Sidney şəhərində bir TESS konfransında başqa bir alimin də partlayışda daha çox qazma işində maraqlı olub olmadığını soruşdular.

Smith o dövrdə orada olan az sayda yüksək enerjili astrofizika mütəxəssislərindən biri idi və tez bir zamanda könüllü oldu.

"TESS peykinin yüksək enerjili tətbiqetmə potensialı çoxdur və bu, keçmək üçün çox yaxşı bir nümunə idi" dedi. Yüksək enerjili astrofizika, qara dəliklər ətrafındakı bölgələr, güclü nisbi reaktivlər və qamma şüaları kimi partlayışlar da daxil olmaqla həddindən artıq mühitlərdə maddə və enerjinin davranışını araşdırır.

TESS hər yarım saatda bir baxış sahəsindəki hər şeyə işıq əyriləri toplayan optik teleskopdur. İşıq əyriləri bir zamanın funksiyası olaraq bir səma cisminin və ya bölgənin işıq intensivliyinin qrafikidir. Smith, partlayışın nə qədər parlaq olduğunu müəyyən etmək üçün bu işıq əyrilərindən üçünü analiz etdi.

Burstun məsafəsini və bununla bağlı digər keyfiyyətləri təyin etmək üçün yerüstü rəsədxanalardan və Swift gamma-ray peykindən alınan məlumatları da istifadə etdi.

"Partlayış pik parlaqlığına daha sonra çatdığı və ən çox partlayışdan daha yüksək bir pik parlaqlığına sahib olduğu üçün, TESS teleskopunun partlayış teleskopun aşkarlama həddinin altına keçmədən əvvəl çoxsaylı müşahidələr aparmasına imkan verdi" dedi. "Bu müstəsna partlayışa dair yeganə kosmik əsaslı optik təqib təmin etdik."

SMU, dinamik Dallas şəhərində milli olaraq seçilən qlobal tədqiqat universitetidir. SMU məzunları, müəllim heyəti və səkkiz dərəcə verən məktəblərdə təxminən 12.000 tələbə, peşələrindəki, cəmiyyətlərindəki və dünyadakı dəyişikliklərə rəhbərlik etdikləri üçün təşəbbüskarlıq ruhunu nümayiş etdirirlər.


Qısa Gamma-Ray Burst Son dərəcə Uzaqdan Qalaktikaya Lokallaşdırıldı

Beynəlxalq bir astronom, iki neytron ulduzunun birləşməsindən qaynaqlandığı düşünülən qısa bir qamma-şüa partlayışının optik bir parıltısını müşahidə etdi və onu 10 milyard işıq ili uzaqlıqdakı bürc bürcündə yerləşən müəyyən bir ev sahibi qalaktikaya yerləşdirdi. Koma Berenices. GRB 181123B adlanan hadisə, Big Bang’dən 3.8 milyard il sonra meydana gəldi. Bu, indiyə qədər aşkar edilmiş ikinci ən qısa qısa qamma şüası və optik sonrakı parıltı ilə ən uzaq hadisədir.

İkizlər-Şimal teleskopu tərəfindən çəkilmiş GRB 181123B (dairə ilə işarələnmiş) sonrakı işıq. Görüntü krediti: İkizlər Rəsədxanası / NOIRLab / NSF / AURA / K. Paterson & amp; W. W. Fong, Northwestern Universiteti / Travis Rektoru, Alaska Anchorage Universiteti / Mehdi Zamani / Davide de Martin.

Qısa qamma şüaları (SGRB) qısa müddətli, yüksək enerjili qamma şüası partlayışlarıdır.

İki neytron ulduzunun birləşməsi nəticəsində ortaya çıxması lazım olan, çox miqdarda enerji yayan, əsas xüsusiyyətləri baxımından demək olar ki, anlaşılmaz olan kataklizmik hadisələrdir.

Qam-şüa işığı iki saniyədən az davam edir, optik işıq isə solmadan bir neçə saat davam edə bilər.

Bu səbəbdən, bu intensiv qamma-şüalanma parıltısının optik sonrakı parıltısının sürətli təqibi vacibdir.

Astronomlar ümumiyyətlə hər il yalnız daha çox müşahidələr aparmaq üçün kifayət qədər yaxşı lokallaşdırılmış 7-8 SGRB aşkar edirlər.

GRB 181123B 23 Noyabr 2018 tarixində NASA-nın Neil Gehrels Swift Rəsədxanası tərəfindən aşkar edilmişdir.

Aşkarlandıqdan və dünya səviyyəsində xəbərdarlıq edildikdən bir neçə saat sonra Northwestern Universiteti astronomu Kerry Paterson və həmkarları sürətlə 8.1 m İkizlər-Şimal teleskopunu, 10 m Keck I teleskopunu və Multi-Mirror Teleskopunu GRB 181123B yerini göstərdilər. və çox zəif sonrakı parıltısını ölçməyi bacardı.

"Patlamanın kəşfindən bir neçə saat sonra dərin müşahidələr əldə edə bildik" dedi.

"İkizlər şəkilləri Kainatdakı müəyyən bir qalaktikanın yerini dəqiq müəyyənləşdirməyimizə imkan verən çox kəskin idi."

"Çox uzaq bir SGRB kəşf edəcəyimizi gözləmirdik, çünki son dərəcə nadir və çox zəifdirlər" dedi Northwestern Universitetindən Dr. Wen-fai Fong.

"Yerli mühitini anlamaq üçün teleskoplarla" məhkəmə araşdırması "aparırıq, çünki ev qalaktikasının görünüşü bizə bu sistemlərin təməl fizikası haqqında çox şey izah edə bilər."

GRB 11823B-nin digər qısa qamma şüaları ilə müqayisəsi barədə bir sənətkarın təəssüratı. Qravitasiya dalğası rəsədxanaları tərəfindən aşkar edildikləri hallar istisna olmaqla, qamma şüaları yalnız enerji jetleri bizə tərəf yönəldildikdə Yerdən aşkar edilə bilər. Görüntü krediti: İkizlər Rəsədxanası / NOIRLab / NSF / AURA / J. Pollard / K. Paterson & amp; W. W. Fong, Northwestern Universiteti / Travis Rektoru, Alyaska Anchorage Universiteti / Mehdi Zamani / Davide de Martin.

GRB 181123B-nin ana qalaktikasını müəyyənləşdirdikdən və məsafəni hesabladıqdan sonra astronomlar hadisəni meydana gətirən qalaktikadakı ana ulduz populyasiyalarının əsas xüsusiyyətlərini təyin edə bildilər.

GRB 181123B, Kainat mövcud yaşının yalnız 30% -i olduqda və 'Kozmik Yüksək Günortası' olaraq bilinən bir dövrdə meydana gəldiyindən & # 8212; Kainat 'olduğu dövrdən neytron ulduzlarının birləşməsini öyrənmək üçün nadir bir fürsət təklif etdi. gənc. '

GRB 181123B meydana gəldiyində Kainat sürətlə əmələ gələn ulduzlar və sürətlə böyüyən qalaktikalarla inanılmaz dərəcədə məşğul idi.

Kütləvi ikili ulduzların dünyaya gəlməsi, inkişafı və ölməsi üçün vaxt lazımdır və nəticədə birləşən bir cüt neytron ulduzuna çevrilir.

Dr.Fong, "Neytron ulduzların və xüsusilə SGRB'ler istehsal edənlərin birləşməsinin nə qədər vaxt apardığı uzun müddət məlum deyil" dedi.

"Kainat tarixinin bu nöqtəsində bir SGRB tapmaq, Kainatın çoxlu ulduz meydana gətirdiyi bir dövrdə, neytron ulduz cütlüyünün olduqca sürətlə birləşdiyini göstərir."

K. Paterson və s. 2020. Qısa GRB181123B-nin z = 1.754 səviyyəsində optik sonrakı parıltı və ana qalaktikanın kəşfi: Gecikmə vaxtı bölgüsünə təsirləri. ApJL, arXiv mətbuatında: 2007.03715


LIGO-nun Qara Delikləri Yəqin ki, Bir Ulduzdan Gəlməyib

“Fermi aşkarlanması yanlış bir siqnal olsa da, gələcək LİQO hadisələri, qara dəlik birləşmələrindən qaynaqlanmasından asılı olmayaraq, onları müşayiət edən işıq üçün izlənilməlidir. Nature can always surprise us.” -Avi Loeb

When LIGO detected gravitational waves for the first time, we were delighted, but we weren’t surprised. Theorists had calculated exactly the type of LIGO-sensitive signal that should result from the merger of two massive black holes, including the mass-dependent frequency and amplitude of gravitational waves that would result during the inspiral, merger and ringdown phases. As far as the gravitational wave signal went, we couldn’t have asked for a better alignment of theoretical predictions and observational measurements, in both detectors and with the right delay.

But gravitational waves are only one window into the Universe. We can also look for light of all wavelengths, including in the highest energies: the gamma rays. NASA’s Fermi satellite can look for gamma ray bursts across

70% of the sky at once, and was doing exactly this on September 14th, 2015, when those two black holes merged some 1.3 billion light years away. Based on the LIGO data, they were able to correlate one such signal — a gamma ray burst in the same direction of the sky — with that exact black hole merger, having occurred just 0.4 seconds after the LIGO event. This is a puzzle, because short-period gamma ray bursts are supposed to come from neutron star-neutron star mergers, yox from black hole-black hole mergers!

The reason this is such a problem is that gamma rays are emitted from high-energy accelerations of massive particles, normally by intense electromagnetic fields. Neutron stars have the strongest known magnetic fields in the Universe, and when they collide, their outer layers (10% of them are made of charged particles) emit catastrophic amount of gamma-ray radiation, capable of frying any living being within trillions of miles. But black holes don’t have that, and hence they shouldn’t emit gamma rays when they merge. So if they did, how did they do so? Avi Loeb at Harvard recently put forth an idea that’s gotten a lot of traction: perhaps these black holes were merging from the interior of a single, solitary star.

This idea is interesting, because it builds off of an underappreciated idea in astrophysics: that black holes might not only be the end state of supermassive stars, but that they might exist inside of dense, massive stars even while they’re still burning. Remember that a black hole is simply a region of space where matter is so dense and gravity is so strong that even if you moved at the speed of light, you wouldn’t be able to escape its gravitational pull. For stars that are hundreds of times as massive as our Sun, or even for ultra-dense neutron stars of a sufficient mass, perhaps the very central region — where mass concentrations, densities and pressures are the highest — are already black holes, even as the outer layers remain uncollapsed. So maybe, Loeb’s thinking goes, there can be two black holes inside of a star if it rotates rapidly enough. When these black holes spiral in and merge together, perhaps they create the gamma ray burst that the Fermi satellite saw.

The best thing I can say about this idea is that it falls into the category of “not automatically impossible.” The tough thing about it is that even for the most rapid rotators, the stars themselves are still highly non-relativistic, meaning they spin at velocities well below (significantly less than 10%) the speed of light, while the inspiraling black holes were moving at speeds very close to (about 60%) the speed of light. While two merging-and-colliding black holes inside a single, supermassive star could have produced a gamma ray burst, there are other explanations that are highly regarded as more likely:

  1. The two black holes that merged could have had accretion disks, and when the disks collided, they heated up, emitting gamma rays during the merger.
  2. The two separate progenitor stars that led to the black holes had expelled most of their matter into the space around them, but some of that matter remained closely gravitationally bound. When those black holes merged, the matter that was close enough heated up and caused some gamma ray emission.
  3. The interstellar medium near the black hole contained matter, and the changes in magnetic fields during the merger (perhaps they do have strong magnetic fields!) caused a rapid acceleration of those charged particles, leading to gamma ray emissions.

If I had to bet, I’d go with option 1, since that scenario consists of things that are supposed to exist, and provides a nice, simple mechanism not only for how this would have happened, but even explains how there’s a small (less than 1 second) delay from when the gravitational waves arrived to when the photons arrived. Nothing is certain and it’s important to explore all the possibilities, but the single star explanation is probably the least likely of all. As more LIGO events come in, and as we not only use Fermi but other gamma ray observatories (like the ESA’s INTEGRAL satellite), perhaps we’ll come to understand these mergers — and the physics taking place in their environments — even better.


An Explosive Merger … Maybe

On August 16, 2019, both the Fermi Gamma-ray Burst Monitor (GBM) and the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) detected faint blips that didn’t quite register as events. But could these ghost signals actually correspond to the first collision we’ve detected of a black hole with a neutron star?

Neutron Stars and Black Holes: Mix and Match

LIGO’s first detection of gravitational waves was GW150914, the collision of a pair of black holes. In the years since, LIGO has partnered with its European counterpart, Virgo, to make another dozen confirmed detections of binary black holes merging. The collaboration also spotted two instances of binary neutron stars colliding — one of which, GW170817, was accompanied by a short gamma-ray burst and emission spanning the electromagnetic spectrum.

A recent version of the “stellar graveyard”, a plot that shows the masses of the different components of confirmed compact binary mergers. No definite NS–BH mergers have been detected yet. Click to enlarge. [LIGO-Virgo/Northwestern U./Frank Elavsky & Aaron Geller]

Could it be that such an event is actually hidden in the reject data from LIGO/Virgo and Fermi?

A Pair of Intriguing (Non-?)Events

The results from LIGO-Virgo’s third observing run, cut short by the pandemic in March 2020, are still being carefully analyzed by the collaboration. The O3 alert data, however, is publicly available — and a team of scientists have taken advantage of this to do some independent analysis, recently detailed in a publication led by Yi-Si Yang (Nanjing University, China).

Yang and collaborators take note of two faint signals that occurred on August 16, 2020:

The accumulated light curve for GBM-190816 shows the duration of the gamma-ray burst, roughly 0.1 seconds. [Adapted from Yang et al. 2020]

  1. A subthreshold gravitational-wave event in the LIGO/Virgo data — i.e., an event with a signal-to-noise ratio below 12, the threshold to qualify as a significant candidate.
  2. A subthreshold gamma-ray burst, GBM-190816, that was picked up by Fermi/GBM just 1.57 seconds after the gravitational-wave event.

If these two signals are both real and related, then GBM-190816 represents a short gamma-ray burst emitted from the merger of two compact objects — and Yang and collaborators’ analysis shows that, with a mass ratio of q

2.26, the system is most likely a neutron-star–black-hole binary. In the simplest explanation, the neutron star was torn apart before the bodies ultimately merged, producing the pair of signals.

Identifying What’s Real

So are these subthreshold events real? We can’t say, yet! The public alerts from LIGO/Virgo only contain a portion of the signal information, so Yang and collaborators had to make a number of assumptions to analyze the event.

The parameters of GBM-190816 (marked by a red star), like the peak-to-background flux ratio vs. duration shown here, are consistent with typical short gamma-ray bursts (blue triangles). [Adapted from Yang et al. 2020]

0.1 seconds, compared to the

2 second duration of GW170817 — which is what caused it to register below the Fermi/GBM trigger threshold.

If confirmed, this event could provide interesting insight into how the light emitted by such a merger escapes and travels to us. Now we just have to wait for the official joint analysis from the LIGO/Virgo/Fermi team!

İstinad

“Physical Implications of the Subthreshold GRB GBM-190816 and Its Associated Subthreshold Gravitational-wave Event,” Yi-Si Yang et al 2020 ApJ 899 60. doi:10.3847/1538-4357/ab9ff5


New Kind of Gamma Ray Burst is Ultra Long-Lasting

According to astronomer Andrew Levan, there’s an old adage in studying gamma ray bursts: “When you’ve seen one gamma ray burst, you’ve seen … only one gamma ray burst. They aren’t all the same,” he said during a press briefing on April 16 discussing the discovery of a very different kind of GRB – a type that comes in a new long-lasting flavor.

Three of these unusual long-lasting stellar explosions have recently been discovered using the Swift satellite and other international telescopes, and one, named GRB 111209A, is the longest GRB ever observed, with a duration of at least 25,000 seconds, or about 7 hours.

“We have observed the longest gamma ray burst in modern history, and think this event is caused by the death of a blue supergiant,” said Bruce Gendre, a researcher now associated with the French National Center for Scientific Research who led this study while at the Italian Space Agency’s Science Data Center in Frascati, Italy. “It caused the most powerful stellar explosion in recent history, and likely since the Big Bang occurred.”

The astronomers said these three GRBs represent a previously unrecognized class of these stellar explosions, which arise from the catastrophic deaths of supergiant stars hundreds of times larger than our Sun. GRBs are the most luminous and mysterious explosions in the Universe. The blasts emit surges of gamma rays — the most powerful form of light — as well as X-rays, and they produce afterglows that can be observed at optical and radio energies.

Swift, the Fermi telescope and other spacecraft detect an average of about one GRB each day. As to why this type of GRB hasn’t been detected before, Levan explained this new type appears to be difficult to find because of how long they last.

“Gamma ray telescopes usually detect a quick spike, and you look for a burst — at how many gamma rays come from the sky,” Levan told Universe Today. “But these new GRBs put out energy over a long period of time, over 10,000 seconds instead of the usual 100 seconds. Because it is spread out, it is harder to spot, and only since Swift launched do we have the ability to build up images of GBSs across the sky. To detect this new kind, you have to add up all the light over a long period of time.”

Levan is an astronomer at the University of Warwick in Coventry, England.

He added that these long-lasting GRBs were likely more common in the Universe’s past.

The number, duration and burst class for GRBs observed by Swift are shown in this plot. Colors link each GRB class to illustrations above the plot, which show the estimated sizes of the source stars. For comparison, the width of the yellow circle represents a star about 20 percent larger than the sun. Credit: Andrew Levan, Univ. of Warwick.

Traditionally, astronomers have recognized two types of GRBs: short and long, based on the duration of the gamma-ray signal. Short bursts last two seconds or less and are thought to represent a merger of compact objects in a binary system, with the most likely suspects being neutron stars and black holes. Long GRBs may last anywhere from several seconds to several minutes, with typical durations falling between 20 and 50 seconds. These events are thought to be associated with the collapse of a star many times the Sun’s mass and the resulting birth of a new black hole.

“It’s a very random process and every GRB looks very different,” said Levan during the briefing. “They all have a range of durations and a range of energies. It will take much bigger sample to see if this new type have more complexities than regular gamma rays bursts.”

All GRBs give rise to powerful jets that propel matter at nearly the speed of light in opposite directions. As they interact with matter in and around the star, the jets produce a spike of high-energy light.

Gendre and his colleagues made a detailed study of GRB 111209A, which erupted on Dec. 9, 2011, using gamma-ray data from the Konus instrument on NASA’s Wind spacecraft, X-ray observations from Swift and the European Space Agency’s XMM-Newton satellite, and optical data from the TAROT robotic observatory in La Silla, Chile. The 7-hour burst is by far the longest-duration GRB ever recorded.

Another event, GRB 101225A, exploded on December 25, 2010 and produced high-energy emission for at least two hours. Subsequently nicknamed the “Christmas burst,” the event’s distance was unknown, which led two teams to arrive at radically different physical interpretations. One group concluded the blast was caused by an asteroid or comet falling onto a neutron star within our own galaxy. Another team determined that the burst was the outcome of a merger event in an exotic binary system located some 3.5 billion light-years away.

“We now know that the Christmas burst occurred much farther off, more than halfway across the observable universe, and was consequently far more powerful than these researchers imagined,” said Levan.

Using the Gemini North Telescope in Hawaii, Levan and his team obtained a spectrum of the faint galaxy that hosted the Christmas burst. This enabled the scientists to identify emission lines of oxygen and hydrogen and determine how much these lines were displaced to lower energies compared to their appearance in a laboratory. This difference, known to astronomers as a redshift, places the burst some 7 billion light-years away.

Levan’s team also examined 111209A and the more recent burst 121027A, which exploded on Oct. 27, 2012. All show similar X-ray, ultraviolet and optical emission and all arose from the central regions of compact galaxies that were actively forming stars. The astronomers have concluded that all three GRBs constitute a new kind of GRB, which they are calling “ultra-long” bursts.

Astronomers suggest that blue supergiant stars may be the most likely sources of ultra-long GRBs. These stars hold about 20 times the sun’s mass and may reach sizes 1,000 times larger than the sun, making them nearly wide enough to span Jupiter’s orbit. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/S. Wiessinger.

“Ultra-long GRBs arise from very large stars,” said Levan, “perhaps as big as the orbit of Jupiter. Because the material falling onto the black hole from the edge of the star has further to fall it takes longer to get there. Because it takes longer to get there, it powers the jet for a longer time, giving it time to break out of the star.”

Levan said that Wolf-Rayet stars best fit the description. “They are born with more than 25 times the Sun’s mass, but they burn so hot that they drive away their deep, outermost layer of hydrogen as an outflow we call a stellar wind,” he said. Stripping away the star’s atmosphere leaves an object massive enough to form a black hole but small enough for the particle jets to drill all the way through in times typical of long GRBs

John Graham and Andrew Fruchter, both astronomers at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, provided details that these blue supergiant contain relatively modest amounts of elements heavier than helium, which astronomers call metals. This fits an apparent puzzle piece, that these ultra-long GRBs seem to have a strong intrinsic preference for low metallicity environments that contain just trace amounts of elements other than hydrogen and helium.

“High metalicity long duration GRBs do exist but are rare,” said Graham. “They occur at about 1/25th the rate (per unit of star formation) of the low metallicity events. This is good news for us here on Earth, as the likelihood of this type of GRB going off in our own galaxy is far less than previously thought.”

The astronomers discussed their findings Tuesday at the 2013 Huntsville Gamma-ray Burst Symposium in Nashville, Tenn., a meeting sponsored in part by the University of Alabama at Huntsville and NASA’s Swift and Fermi Gamma-ray Space Telescope missions. Gendre’s findings appear in the March 20 edition of The Astrophysical Journal.