Lehdistötiedote

Valoa pimeisiin gammapurkauksiin

16. joulukuuta 2010

Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden suurienergisimpiä ilmiöitä, mutta jotkin ovat oudon himmeitä näkyvän valon alueella. Toistaiseksi laajin näitä niin sanottuja pimeitä gammapurkauksia koskeva tutkimus on tehty Chilen La Sillassa 2,2-metrisellä MPG/ESO-teleskoopilla GROND-instrumentilla. Siinä huomattiin, että nämä jättimäiset räjähdykset eivät vaadi eksoottisia selityksiä.
Niiden himmeys osataan nyt selittää täysin eri tekijöillä, joista tärkein on Maan ja räjähdyksen välissä oleva pöly.

Gammapurkaukset ovat lyhytaikaisia tapahtumia, jotka kestävät vajaasta sekunnista useisiin minuutteihin. Niitä havaitaan satelliiteista, jotka pystyvät näkemään niiden suurienergistä säteilyä. Kolmetoista vuotta sitten tähtitieteilijät havaitsivat kuitenkin näistä rajuista purkauksista tulevan pitempikestoisen matalampienergisen säteilyn virran, joka voi jatkua viikkoja tai jopa vuosia alkuperäisen räjähdyksen jälkeen. Tähtitieteilijät kutsuvat sitä purkauksen jälkihehkuksi.

Vaikka kaikkiin gammapurkauksiin liittyy röntgensäteilyä  lähettävä jälkihehku [1], vain noin puolet niistä säteilee näkyvää valoa  loppujen ollessa omituisen pimeitä. Jotkut tähtitieteilijät epäilivät, että nämä pimeät jälkihehkut voisivat olla esimerkkejä aivan uudesta gammapurkausten luokasta, kun taas toiset ajattelivat, että ne saattaisivat olla hyvin kaukana. Aikaisemmat tutkimukset viittasivat siihen, että myös välissä oleva pimentävä pöly saattaisi selittää niiden himmeyden.

"Jälkihehkun tutkiminen on tärkeää, jotta ymmärtäisimme paremmin kohteita, joista tulee gammapurkauksia, ja mitä ne kertovat tähtien synnystä varhaisessa maailmankaikkeudessa" sanoo tutkimuksen johtaja Jochen Greiner  (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Saksa).

NASA laukaisi Swift-satelliitin vuoden 2004 lopulla. Ilmakehän ulkopuolelta se voi havaita gammapurkauksia ja ilmoittaa välittömästi niiden paikat muille observatorioille jälkihehkun tutkimista varten. Uudessa tutkimuksessa tähtitieteilijät yhdistivät Swiftin aineiston uusiin havaintoihin, jotka tehtiin GRONDilla [2]; se on  gammapurkauksen jälkiseurantaan suunniteltu havaintolaite, joka on kiinnitetty 2,2-metriseen  MPG/ESO-teleskooppiin Chilen La Sillassa. Näin tähtitieteilijät ovat ratkaisseet jälkihehkun puuttuvan näkyvän valon arvoituksen.

GRONDin hyvin nopea vasteaika tekee siitä jännittävän laitteen jälkihehkun tutkmiseen; se voi havaita purkauksen minuttien sisällä Swiftin antaman hälytyksen jälkeen käyttämällä erityistä Rapid Response Mode -järjestelmää, ja lisäksi se voi havaita samanaikaisesti seitsemän suotimen lävitse, jotka kattavat spektrin näkyvän valon ja lähi-infrapunaisen alueet.

Yhdistämällä näiden seitsemän suotimen läpi kuvatun GRONDin aineiston Swiftin havaintoihin tähtitieteilijät pystyivät määrittämään tarkasti jälkihehkun säteilemän valon hyvin erilaisilla aallonpituuksilla aina suurienergisistä röntgensäteistä lähi-infrapunaiseen. Tähtitieteilijät käyttivät tätä tietoa mitatakseen suoraan, kuinka paljon pimentävää pölyä valo joutuu läpäisemään matkallaan Maahan. Aikaisemmin oli ollut turvauduttava karkeisiin arvioihin pölyn määrästä [3].

Tutkimusryhmä arvioi lähes kaikkien otoksensa purkausten etäisyydet käyttämällä monenlaista dataa kuten heidän omia GRONDilla tekemiään mittauksia ja muilla suurilla teleskoopeilla, mm. ESOn VLT-teleskoopilla, tehtyjä havaintoja. He huomasivat, että pimentävä pöly himmentää merkittävän osan purkauksista noin 60-80 prosenttiin alkuperäisestä kirkkaudesta, mutta hyvin kaukaisten purkausten tapauksessa vaikutus vahvistuu niin, että havaitsija näkee valosta vain 30-50 prosenttia [4].  Tähtitieteilijät päättelevät, että useimmat pimeät gammapurkaukset ovat siten yksinkertaisesti sellaisia, joiden näkyvä valo on täysin kadonnut ennen kuin se on saavuttanut meitä.

"Moniin suurten teleskooppien havaintolaitteisiin verrattuna GROND on halpa ja suhteellisen yksinkertainen instrumentti, mutta silti se on pystynyt sitovasti ratkaisemaan pimeitä gammapurkauksia ympäröivän arvoituksen," Greiner sanoo.

Lisähuomiot

[1] Yli kaksi sekuntia kauemmin kestäviä gammapurkauksia sanotaan pitkiksi purkauksiksi ja lyhempikestoisia lyhyiksi purkauksiksi. Tässä tutkimuksessa havaitut pitkät purkaukset liittyvät massiivisten nuorten tähtien supernovaräjähdyksiin galakseissa, joissa syntyy paljon uusia tähtiä. Lyhyitä purkauksia ei ymmärretä kunnolla, mutta niiden ajatellaan olevan peräisin kahden kompaktin kohteen kuten neutronitähden yhteensulautumisesta.

[2] GRONDin (Gamma-Ray Optical and Near-infrared Detector) on suunnitellut ja rakentanut Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics yhteistyössä Tautenburgin observatorion kanssa, ja se on ollut toiminnassa elokuusta 2007.

[3] Pimeisiin gammapurkauksiin liittyviä tutkimuksia on julkaistu muitakin. Aikaisemmin tänä vuonna tähtitieteilijät havaitsivat Subaru-teleskoopilla yksittäistä gammapurkausta, josta he ajattelivat pimeiden gammapurkausten saattavan todellakin  muodostaa erillisen luokan, joka syntyy erilaisella mekanismilla, kuten kaksoistähtien yhteensulautumisella. Toisessa viime vuonna julkaistussa tutkmuksessa tähtitieteilijät havaitsivat Keck-teleskoopilla 14 pimeän gammapurkauksen kotigalaksia, ja pienten punasiirtymien perusteella he päättelivät pölyn pimeiden purkausten todennäköiseksi syyksi. Tässä esitetyssä uudessa työssä tutkittiin 39 purkausta, joista lähes 20 pimeitä. Se on ainoa tutkimus, jossa ei ole tehty mitään ennakko-oletuksia ja jossa pölyn määrä on mitattu suoraan.

[4] Koska hyvin kaukaisen purkauksen jälkihehku nähdään punasiirtyneenä maailmankaikkeuden laajenemisen vuoksi, kohteesta lähtenyt valo oli alunperin sinisempää kuin Maassa havaittu. Koska pöly himmentää enemmän sinistä ja ultraviolettia kuin punaista valoa, tämä merkitsee, että pölyn kokonaisvaimennus on voimakkaampaa kaukaisempien gammapurkausten tapauksessa. Siksi GRONDin kyky havaita lähi-infrapunaista säteilyä on niin merkittävä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitetään artikkelissa, joka ilmestyy 16.12.2010
Astronomy & Astrophysics -lehdessä.

Yhteystiedot

Jochen Greiner
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 30000 3847
Sähköposti: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media