Lehdistötiedote

Voimakkaimmat magneetit maailmankaikkeuden suurimpien räjähdysten takana

Joitakin pitkäkestoisia gammapurkauksia ohjaavat magnetarit

8. heinäkuuta 2015

Chilessä sijaitsevilla ESO:n La Sillan ja Paranalin observatorioilla tehdyt havainnot ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet linkin hyvin pitkäkestoisten gammapurkausten ja epätavallisen kirkkaiden supernovaräjähdysten välillä. Tulokset osoittavat, että supernovan takana ei ollut odotusten mukainen radioaktiivinen hajoaminen vaan magnetariksi kutsuttua eksoottista kohdetta ympäröivien supervoimakkaiden magneettikenttien hajoaminen. Tulokset julkaistaan julkaisusarjassa Nature 9. heinäkuuta 2015.

Gammapurkaukset (englanniksi gamma-ray burst, GRB) lasketaan yhdeksi alkuräjähdyksen jälkeisten suurimpien räjähdysten seurauksista. Niitä havaitaan Maan kiertoradalla olevilla teleskoopeilla, jotka ovat herkkiä tämäntyyppiselle suurenergiaiselle säteilylle, joka ei kykene läpäisemään Maan ilmakehää. Sen jälkeen niitä havaitaan pitemmillä aallonpituuksilla sekä avaruudessa että maan pinnalla olevilla teleskoopeilla.

Normaalisti gammapurkaukset kestävät vain joitakin sekunteja, mutta hyvin harvinaisissa tapauksissa gammapurkaukset jatkuvat tunteja [1]. Yksi tällainen ultrapitkäkestoinen gammapurkaus havaittiin Swift-satelliitilla 9. joulukuuta 2011 ja sai nimen GRB 111209A. Se oli sekä pitkäkestoisimpia että kirkkaimpia koskaan havaittuja gammapurkauksia.

Tämän purkauksen jälkihehkun himmetessä sitä tutkittiin käyttäen sekä La Sillalla sijaitsevan MPG/ESO 2.2-metrin teleskoopin GROND-havaintolaitteella että Paranalilla sijaitsevan VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) X-shooter -havaintolaitteella. Näin havaittiin myöhemmin nimen SN 2011kl saaneen supernovan selvä tunnusmerkki. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun supernovan havaittiin liittyvän ultrapitkäkestoiseen gammapurkaukseen [2].

Uuden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja, Saksan Garchingissa sijaitsevan Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik -tutkimuslaitoksen Jochen Greiner selittää: "Koska pitkäkestoinen gammapurkaus tapahtuu vain yhdessä 10 000–100 000 supernovasta, räjähtäneen tähden täytyy olla jotenkin erityinen. Tähtitieteilijät ovat olettaneet, että nämä gammapurkaukset tulevat hyvin massiivisista tähdistä, jotka ovat noin 50 kertaa Aurinkoa massiivisempia ja että ne ilmaisevat mustan aukon syntymän. Meidän uudet havaintomme gammapurkauksen GRB 111209A jälkeen löydetystä supernovasta SN 2011kl ovat kuitenkin muuttamassa tätä ultrapitkäkestoisten gammapurkausten mallia."

Suositussa massiivisen tähden romahtamisen mallissa viikon mittaisen näkyvän valon ja infrapunasäteilyn purkauksen supernovasta odotetaan tulevan räjähdyksessä muodostuneen radioaktiivisen isotoopin nikkeli-56 hajoamisesta [3]. Gammapurkauksen GRB 111209A tapauksessa yhdistetyt GROND:in ja VLT:n havainnot osoittavat yksiselitteisesti, että näin ei ole [4]. Myös muita vaihtoehtoja on suljettu pois [5].

Ainoa selitys, joka sopii gammapurkausta GRB 111209A seuranneesta supernovasta tehtyihin havaintoihin on, että sen tuotti magnetar eli pikkuruinen satoja kertoja sekunnissa akselinsa ympäri pyörivä neutronitähti, jolla on paljon myös radiopulsareiksi [6] kutsuttuja normaaleja neutronitähtiä voimakkaampi magneettikenttä. Magnetarien ajatellaan olevan tunnetun maailmankaikkeuden voimakkaimmin magnetoituja kohteita. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen yksiselitteinen yhteys supernovan ja magnetarin välillä on ollut mahdollinen.

Yksi tutkimuksen kirjoittajista, Paolo Mazzali, pohtii uusien tulosten merkitystä: "Uudet tulokset tarjoavat hyvää todistusaineistoa gammapurkausten, hyvin kirkkaiden supernovien ja magnetarien välisestä odottamattomasta suhteesta. Joitakin näistä yhteyksistä epäiltiin teoreettisin perustein jo joitakin vuosia, mutta kaiken liittäminen yhteen on jännittävä uusi käänne."

"Tapaus SN 2011kl/GRB 111209A pakottaa meidät harkitsemaan vaihtoehtoa massiivisten tähtien romahdukselle. Tämä tutkimustulos tuo meidät paljon lähemmäs uutta ja selvempää kuvaa gammapurkausten toiminnasta," päättää Jochen Greiner.

Lisähuomiot

[1] Normaalit pitkäkestoiset gammapurkaukset kestävät 2–2000 sekuntia. Nykyään tunnetaan neljä gammapurkausta, joiden kesto on 10 000–25 000 sekuntia. Näitä kutsutaan ultrapitkäkestoisiksi gammapurkauksiksi. On myös erillinen lyhytkestoisten gammapurkausten luokka, jonka uskotaan muodostuvan eri mekanismin kautta.

[2] Supernovien ja (normaalien) pitkäkestoisten gammapurkausten välinen yhteys todettiin alustavasta vuonna 1998, pääasiassa ESO:n observaotioilla supernovasta SN 1998bw tehtyjen havaintojen avulla. se varmistettiin vuonna 2003 gammapurkauksella GRB 030329.

[3] Itse gammapurkauksen ajatellaan saavan energiansa relativistisesta suihkusta, jonka tuottaa tähden materian romahtaminen keskuskohteeseen kuuman ja tiheän kertymäkiekon kautta.

[4] Supernovasta GROND-havaintolaitteella nikkeli-56:n määrä on liian suuri ollakseen yhdenmukainen X-shooter -havaintolaitteella havaitun voimakkaan ultraviolettisäteilyn kanssa.

[5] Muita ehdotettuja superkirkkaita supernovia selittäviä energialähteitä olivat shokin vuorovaikutus ympäröivän materian kanssa, mahdollisesti yhteydessä räjähdystä edeltäneisiin tähden luomiin kaasukuoriin, tai sinisiin superjättiläisemotähtiin. Supernovan SN 2011kl tapauksessa havainnot sulkevat selvästi pois molemmat vaihtoehdot.

[6] Pulsarit muodostavat yleisimmän havaittavien neutronitähtien luokan, mutta magnetarien ajatellaan kehittävän magneettikenttien voimakkuuksia, jotka ovat 100–1000 kertaa pulsareissa havaittuja suurempia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, jonka kirjoittivat J. Greiner et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 9. heinäkuuta 2015.

Tutkimusryhmään kuuluvat Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Saksa [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Saksa), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Iso-Britannia; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Saksa [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Saksa), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chile), Elena Pian (INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Bologna, Italia; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Iso-Britannia), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Saksa; INAF, Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica, Bologna, Italia), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Saksa) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Saksa), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Iso-Britannia), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Saksa), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Ústav technické a experimentální fyziky, České vysoké učení technické v Praze, Praha, Tšekin tasavalta), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, Kööpenhaminan yliopisto, Tanska), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Saksa), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, Iso-Britannia), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institut, Kööpenhaminan yliopisto, Tanska; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Italia), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Saksa), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Saksa), Vladimir Sudilovsky (MPE; Harvard-Smithonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Mohit Tanga (MPE), Adria C. Updike (Roger Williams University, Bristol, Rhode Island, USA), Hendrik van Eerten (MPE) ja Karla Varela (MPE).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Lisätietoja GROND-havaintolaitteesta

Yhteystiedot

Jochen Greiner
Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik
Garching, Germany
Puh.: +49 89 30000 3847
Sähköposti: jcg@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO 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