Wissenschaftler lösen ein Jahrzehnt

Ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Astrophysikern der University of Bath im Vereinigten Königreich hat dies getangemessendas Magnetfeld in einem weit entfernten Gammastrahlenausbruch (GRB), was zum ersten Mal eine jahrzehntelange theoretische Vorhersage bestätigt – dass das Magnetfeld in diesen Druckwellen durcheinander gerät, nachdem das ausgeworfene Material auf die Umgebung prallt und diese erschüttert Mittel.

Schwarze Löcher entstehen, wenn massereiche Sterne (mindestens 40-mal größer als unsere Sonne) in einer katastrophalen Explosion sterben, die eine Druckwelle auslöst. Diese extrem energiereichen Ereignisse treiben Material mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit aus und erzeugen helle, kurzlebige Gammastrahlenblitze, die von Satelliten im Erdorbit erkannt werden können – daher der Name Gammastrahlenausbrüche.

Magnetfelder können durch das ausgestoßene Material gefädelt werden, und wenn sich das rotierende Schwarze Loch bildet, verdrehen sich diese Magnetfelder zu Korkenzieherformen, von denen man annimmt, dass sie das ausgestoßene Material fokussieren und beschleunigen.

Die Magnetfelder sind nicht direkt sichtbar, aber ihre Signatur ist im Licht kodiert, das von geladenen Teilchen (Elektronen) erzeugt wird, die um die magnetischen Feldlinien herumschwirren. Erdgebundene Teleskope fangen dieses Licht ein, das Millionen von Jahren durch das Universum gereist ist.

Die Leiterin der Astrophysik in Bath und Gammastrahlenexpertin Carole Mundell sagte: „Wir haben eine spezielle Eigenschaft des Lichts – die Polarisation – gemessen, um die physikalischen Eigenschaften des Magnetfelds, das die Explosion antreibt, direkt zu untersuchen. Das ist ein großartiges Ergebnis und löst ein Problem.“ „Es ist ein langjähriges Rätsel dieser extremen kosmischen Explosionen – ein Rätsel, mit dem ich mich schon lange beschäftigt habe.“

Die Herausforderung besteht darin, das Licht so schnell wie möglich nach einem Ausbruch einzufangen und die Physik der Explosion zu entschlüsseln. Die Vorhersage besagt, dass alle ursprünglichen Magnetfelder letztendlich zerstört werden, wenn die expandierende Schockfront mit den umgebenden Sterntrümmern kollidiert.

Dieses Modell sagt Licht mit hohen Polarisationsniveaus (>10 Prozent) kurz nach dem Ausbruch voraus, wenn das großräumige Urfeld noch intakt ist und den Ausfluss antreibt. Später sollte das Licht größtenteils unpolarisiert sein, da das Feld durch die Kollision gestört wird.

Mundells Team entdeckte wenige Minuten nach dem Ausbruch als erstes hochpolarisiertes Licht, das das Vorhandensein von Urfeldern mit großräumiger Struktur bestätigte. Das Bild einer Ausweitung der Vorwärtsschocks hat sich jedoch als kontroverser erwiesen.

Teams, die GRBs in langsamerer Zeit – Stunden bis einen Tag nach einem Ausbruch – beobachteten, stellten eine geringe Polarisation fest und kamen zu dem Schluss, dass die Felder längst zerstört waren, konnten jedoch nicht sagen, wann oder wie. Im Gegensatz dazu kündigte ein Team japanischer Astronomen die faszinierende Entdeckung von 10 Prozent polarisiertem Licht in einem GRB an, das sie als polarisierten Vorwärtsstoß mit langanhaltenden geordneten Magnetfeldern interpretierten.

Die Hauptautorin der neuen Studie, Bath-Doktorandin Nuria Jordana-Mitjans, sagte: „Diese seltenen Beobachtungen waren schwer zu vergleichen, da sie sehr unterschiedliche Zeitskalen und Physik untersuchten. Es gab keine Möglichkeit, sie im Standardmodell in Einklang zu bringen.“

Das Rätsel blieb über ein Jahrzehnt lang ungelöst, bis das Bath-Team GRB 141220A analysierte.

In dem neuen Artikel, der in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, berichtet Mundells Team über die Entdeckung einer sehr geringen Polarisation im Vorwärtsstoßlicht, das nur 90 Sekunden nach der Explosion von GRB 141220A entdeckt wurde. Die superschnellen Beobachtungen wurden durch die intelligente Software des Teams auf dem völlig autonomen Roboter-Liverpool-Teleskop und dem neuartigen RINGO3-Polarimeter ermöglicht – dem Instrument, das die Farbe, Helligkeit, Polarisation und Schwundrate des GRB protokollierte. Durch die Zusammenstellung dieser Daten konnte das Team Folgendes beweisen:

Jordana-Mitjans sagte: „Diese neue Studie baut auf unserer Forschung auf, die gezeigt hat, dass die stärksten GRBs durch großräumige geordnete Magnetfelder angetrieben werden können, aber nur die schnellsten Teleskope einen Blick auf ihr charakteristisches Polarisationssignal erhaschen, bevor sie verloren gehen.“ die Explosion."

Mundell fügte hinzu: „Wir müssen jetzt die Grenzen der Technologie erweitern, um die frühesten Momente dieser Explosionen zu untersuchen, eine statistisch signifikante Anzahl von Explosionen für Polarisationsstudien zu erfassen und unsere Forschung in den breiteren Kontext der Echtzeit-Multi-Messenger-Follow-up zu stellen.“ das extreme Universum.

– Diese Pressemitteilung wurde ursprünglich auf der Website der University of Bath veröffentlicht