Pressmeddelande

Universums största explosioner drivs av de starkaste magneterna

Några långlivade gammablixtar drivs av magnetarer

8 juli 2015

Observationer från ESO:s La Silla och Paranalobservatorier i Chile har för första gången demonstrerat länken mellan en väldigt lång explosion av gammastrålar och en ovanligt ljus supernovaexplosion. Resultaten visar att supernovan inte drivs av radioaktivt sönderfall, som förväntat, men drivs istället av det minskande superstarka magnetfältet hos ett exotiskt objekt som kallas för en magnetar. Resultaten publiceras i tidsskriften Nature den 9 juli 2015.

Gammablixtar (GRB) är ett av resultaten i samband med de största explosionerna som någonsin ägt rum sedan big bang. De upptäcks av teleskop som går i bana runt jorden och som är känsliga för den här typen av högenergiskt ljus, som inte kan tränga igenom jordens atmosfär, och senare observeras i längre våglängder av andra teleskop, både från rymden och marken.

Dessa blixtar varar ofta i bara några få sekunder, men i ovanliga fall gammastrålningen fortsätta under flera timmar [1]. En sådan extremt lång gammablixt upptäcktes av Swift-satelliten den 9 december 2011 och fick beteckningen GRB 111209A. Det var samtidigt den mest långlivade och ljusaste gammablixt som hittills observerats.

När efterglöden från explosionen tynade bort studerades den av både instrumentet GROND, som sitter på MPG/ESO:s 2,2-metersteleskopet vid La Silla, samt instrumentet X-Shooter, som sitter på Very Large Telescope (VLT) vid Paranal. Man upptäckte den tydliga signalen från en supernova, som senare fick namnet SN 2011kl. Detta är första gången som man hittat en supernova som kan länkas samman med en extremt lång gammablixt [2].

Jochen Greiner är astronom vid Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik i Garching, Tyskland, och är förstaförfattare till forskningsartikeln.

– Sedan gammablixtar bara bildas i en av 10 000 - 100 000 supernovor så måste den exploderande stjärnan vara speciell på något vis. Astronomer har antagit att gammablixtar kommer från väldigt massiva stjärnor - omkring 50 gånger mer massiva än solen – och att de var ett tecken på bildandet av ett svart hål. Men nu har våra nya observationer av supernovan SN 2011kl, som upptäcktes efter GRB 111209A, förändrat hur vi ser på extremt långa gammablixtar.

I det favoriserade scenariot för en massiv stjärnas kollaps (som ibland kallas för en kollapsar) så förväntar man sig att den veckolånga skuren av optiskt/infrarött ljus från en supernova kommer från det radioaktiva sönderfallet av nickel-56 som bildats i explosionen [3]. Men i fallet GRB 111209A har de kombinerade observationerna från GROND och VLT entydigt för första gången visat att detta inte är möjligt [4]. Andra förslag har också avfärdats [5].

Den enda förklaring som passar med observationerna av supernovan som följde efter GRB 111209A är att den drivs av en magnetar – en liten neutronstjärna som roterar flera hundra gånger per sekund och har ett magnetfält som är mycket starkare än vad en normal neutronstjärna har, även kallade radiopulsarer [6]. Magnetarer tros vara de starkast magnetiserade objekten i vårt kända universum. Detta är första gången som det varit möjligt att fastställa en så klar koppling mellan en supernova och en magnetar.

Paolo Mazzali är medförfattare till studien.

Jochen Greiner avslutar.

– Fallet med SN 2011kl/GRB 111209A tvingar oss att överväga ett alternativ till scenariot med kollapsarer. Detta fynd tar oss mycket närmare en ny och klarare bild av hur gammablixtar funkar.

Noter

[1] Normalt långa gammablixtar varar mellan 2 och 2000 sekunder. Det finns nu fyra kända gammablixtar som varar mellan 10 000 och 25 000 sekunder – dessa kallas för extremt långa gammablixtar. Det finns också en speciell klass av kortvariga gammablixtar som man tror skapas via en annan mekanism.

[2] Länken mellan supernovor och (normalt) långa gammablixtar etablerades ursprungligen i 1998, framförallt från observationer av supernovan SN 1998bw, med hjälp av ESO:s observatorier, och bekräftades i 2003 med GRB 030329.

[3] Gammablixtar tror man drivs av relativistiska strålar som produceras av att stjärnans material kollapsar på det centrala kompakta objektet via en het, tät ackretionsskiva.

[4] Mängden nickel-56 som uppmättes i supernovan med instrumentet GROND är alldeles för stort för att stämma överens med det starka ultravioletta ljus som setts av instrumentet X-Shooter.

[5] Andra förslag på energikällor för att förklara extremt ljusa supernovor är chockvågor som växelverkar med det omgivande materialet – möjligen sammankopplat med stjärnors skal som kastas ut innan explosionen – eller föregångaren till en blå superjättestjärna. I fallet med SN 2011kl utesluter observationerna tydligt båda dessa alternativen.

[6] Pulsarer utgör den vanligaste klassen av observerbara neutronstjärnor, men magnetarer tros utveckla magnetfält som är 100 till 1000 gånger starkare än vad man ser hos pulsarer.

Mer information

Resultaten presenteras i en forskningsartikel med titeln “A very luminous magnetar-powered supernova associated with an ultra-long gamma-ray burst”, av J. Greiner m. fl., och publiceras i tidsskriften Nature den 9 juli 2015.

Forskargruppen består av Jochen Greiner (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland [MPE]; Excellence Cluster Universe, Technische Universität München, Garching, Tyskland), Paolo A. Mazzali (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England; Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland [MPA]), D. Alexander Kann (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Thomas Krühler (ESO, Santiago, Chile) , Elena Pian (INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italien; Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien), Simon Prentice (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Felipe Olivares E. (Departamento de Ciencias Fisicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile), Andrea Rossi (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Germany; INAF, Institute of Space Astrophysics and Cosmic Physics, Bologna, Italien), Sylvio Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland) , Stefan Taubenberger (MPA; ESO, Garching, Tyskland), Fabian Knust (MPE), Paulo M.J. Afonso (American River College, Sacramento, California, USA), Chris Ashall (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Jan Bolmer (MPE; Technische Universität München, Garching, Tyskland), Corentin Delvaux (MPE), Roland Diehl (MPE), Jonathan Elliott (MPE; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), Robert Filgas (Institute of Experimental and Applied Physics, Tjeckiska tekniska universitet i Prag, Tjeckien), Johan P.U. Fynbo (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institutet, Köpenhamns universitet, Danmark), John F. Graham (MPE), Ana Nicuesa Guelbenzu (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Shiho Kobayashi (Astrophysics Research Institute, Liverpool John Moores University, Liverpool, England), Giorgos Leloudas (DARK Cosmology Center, Niels-Bohr-Institutet, Köpenhamns universitet, Danmark; Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel), Sandra Savaglio (MPE; Universita della Calabria, Italien), Patricia Schady (MPE), Sebastian Schmidl (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Tautenburg, Tyskland), Tassilo Schweyer (MPE; Technische Universität München, Garching, Tyskland), 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) och Karla Varela (MPE).

Länkar

• Forskningsartikeln

• Bilder på VLT

• Information om instrumentet GROND

Kontakter

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

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media