ALMA Probes Environment omkring Gamma Ray Bursts

ALMA Probes Environment omkring Gamma Ray Bursts

Japanske observationer fra Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) har for første gang direkte kortlagt molekylærgassen og støvet i værtsgalakserne af gamma ray bursts (GRBs) de største eksplosioner i universet. I en fuldstændig overraskelse blev mindre gas observeret end forventet, og tilsvarende meget mere støv, hvilket gør nogle GRB’er til at fremstå som ‘mørke GRB’er’. Dette arbejde vises i tidsskriftet Nature den 12. juni 2014 og er det første ALMA-videnskabsresultat på GRB’er. GRB forekom i en galaksearm i stjernebilledet Pisces (The Fishes). GRB’er er enorme eksplosioner af en stjernespydende højhastighedstråler i retning mod observatøren. I en fuldstændig overraskelse blev mindre gas observeret end forventet, og tilsvarende meget mere støv, hvilket gør nogle GRB’er til at fremstå som ‘mørke GRB’er’. Kredit: NAOJ

Gamma ray bursts (GRB) er intense udbrud af ekstremt høj energi observeret i fjerne galakser det lyseste eksplosive fænomen i universet. Bursts der sidste mere end et par sekunder er kendt som gamma ray bursts (LGRBs) [1] og er forbundet med supernova eksplosioner kraftfulde detonationer i slutningen af ​​livet af massive stjerner.

I løbet af få sekunder udløser en typisk udbrud så meget energi som Solen vil have i hele dens ti milliarder levetid. Eksplosionen i sig selv efterfølges ofte af en langsomt fadingemission, kendt som en efterglød, som antages at være skabt af kollisioner mellem det udstødte materiale og den omgivende gas.

Figur 1: En kunstneres opfattelse af miljøet omkring GRB 020819B baseret på ALMA observationer. Kredit: NAOJ

Men nogle gamma ray bursts mystisk synes at have ingen efterglød de er omtalt som mørke bursts. En mulig forklaring er, at støvskyve absorberer efterglødestrålingen.

I de senere år har forskere arbejdet for bedre at forstå, hvordan GRB’er danner ved at undersøge deres værtsgalakser. Astronomer forventede, at de massive stjerner, der var GRB-progenitorer, ville findes i aktive stjernedannende regioner i disse galakser, som ville være omgivet af en stor mængde molekylær gas brændstoffet til stjernedannelse. Der var imidlertid ingen observatorisk resultat for at sikkerhedskopiere denne teori og efterlod et langvarigt mysterium.

En japansk forskningsgruppe ledet af Bunyo Hatsukade, en assisterende professor ved Chile Observatoriet for Det Nationale Astronomiske Observatorium i Japan (NAOJ), foretog observationer af to galakser, der varetager GRB 020819B og GRB 051022, hvis afstand fra os er ca. 4,3 milliarder og 6,9 milliarder lette år. Detekteringen af ​​radioemission fra GRB-værtsgalakser, som havde været et efterspurgt mål for astronomer, blev endelig muliggjort af ALMA med sin hidtil usete høj følsomhed [2].

Figur 2: Observationer af værtsgalaksen for GRB 020819B. Radio målinger af molekylær gas (venstre) og støv (midten), der begge observeres med ALMA. Et billede i synligt lys fanget af Frederick C. Gillett Gemini North Telescope (til højre). Krydset angiver placeringen af ​​GRB-stedet. Kredit: Bunyo Hatsukade (NAOJ), ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

Kotaro Kohno, professor ved Tokyo-universitetet og et medlem af forskergruppen, siger at have søgt molekylær gas i GRB-værtsgalakser over 10 år siden 2003 ved hjælp af forskellige teleskoper rundt om i verden. Som et resultat af vores hårde indsats opnåede vi endelig et bemærkelsesværdigt gennembrud ved at bruge ALMA med hidtil uset høj følsomhed. Vi er meget glade for det, vi har opnået. ALMA’s følsomhed i denne observation var cirka fem gange bedre end de andre teleskoper, der nogensinde blev brugt til de tidligere undersøgelser, selvom observationstidspunktet var kun 47 minutter, og antallet af antenner brugt var kun 27 (mindre end halvdelen af ​​det samlede antal antenner). Observationsresultaterne viste ALMAs revolutionerende evne, selv under begrænsede forhold.

En anden bemærkelsesværdig præstation, der blev muliggjort ved den høje opløsning af ALMA, afdækkede fordelingen af ​​molekylær gas og støv i GRB værtsgalakser. Observationer af GRB 020819B afslørede et bemærkelsesværdigt støvrige miljø i udkanten af ​​værtsgalaksen, hvorimod molekylær gas kun blev fundet omkring dens centrum. Dette er første gang, at en sådan fordeling mellem GRB værtsgalakser er blevet afsløret [3].

resultater opnået denne gang var ud over vores forventninger. Vi skal udføre yderligere observationer med andre GRB værter for at se om dette kunne være generelle miljøforhold på et GRB-websted. Vi ser frem til fremtidige undersøgelser med forbedret evne til ALMA Hatsukade.

Figur 3: En kunstneres opfattelse af miljøet omkring GRB 020819B baseret på observationer med ALMA. Kredit: NAOJ

[1] Gamma ray bursts (LGRBs) med lang varighed, udbrud i mere end to sekunder, tegner sig for ca. 70% af observerede GRBs. Udviklingen i løbet af det seneste årti har anerkendt en ny klasse GRB’er med udbrud på mindre end to sekunder, den korte varighed GRBs, sandsynligvis på grund af sammenlægning af neutronstjerner og ikke forbundet med supernovaer eller hypernovae.

[2] ALMA følsomhed i denne observation var omkring fem gange bedre end andre lignende teleskoper. Tidlige videnskabelige observationer med ALMA begyndte med en delvis opstilling i 2011. Disse observationer blev udført med en serie kun bestående af 24 27 antenner med separationer på op til kun 125 meter. Afslutningen af ​​de sidste 66 antenner giver et godt løfte om, hvad ALMA kan afsløre i den nærmeste fremtid, da antennerne kan arrangeres i forskellige konfigurationer med maksimale afstand mellem antenner varierende fra 150 meter til 16 kilometer.

[3] Andelen af ​​støvmasse til molekylær gasmasse er ca. 1% i det interstellære medium i Melkevejen og nærliggende stjernedannende galakser, men det er ti eller flere gange højere i regionen omkring GRB 020819B.

Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), en international astronomifacilitet, er et partnerskab mellem Europa, Nordamerika og Østasien i samarbejde med Republikken Chile. National Science Foundation (NSF) i samarbejde med Canadas National Research Council (NRC) og NIC (National Science Council of Taiwan) og i Østasien af ​​Japans nationale institutter for naturvidenskab (NINS) i samarbejde med Academia Sinica (AS) i Taiwan. ALMA konstruktion og operationer ledes på vegne af Europa af ESO på vegne af Nordamerika af National Radio Astronomy Observatory (NRAO), der forvaltes af Associated Universities, Inc. (AUI) og på vegne af Østasien af ​​National Astronomical Observatoriet for Japan (NAOJ). Det Fælles ALMA Observatorium (JAO) giver en ensartet ledelse og ledelse af ALMA’s opførelse, idriftsættelse og drift.

Denne forskning vil blive præsenteret i et papir i naturen (12. juni 2014) som en artikel med titlen ‘To gamma ray bursts from dusty regions with little molecular gas’, af B. Hatsukade et al.

Holdet består af B. Hatsukade (NAOJ, Tokyo, Japan), K. Ohta (Astronomisk Institut, Kyoto Universitet, Kyoto, Japan), A. Endo (Kavli Institut for NanoScience, TU Delft, Holland), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; Graduate University of Advanced Studies (Sokendai), Tokyo, Japan), Y. Tamura (Institut for Astronomi [IoA], University of Tokyo, Japan), T. Hashimoto (NAOJ) og K. Kohno (IoA; Research Center for Early Universe, University of Tokyo, Japan).

Close Menu