Przejdź do treści

Pomiar ukrytej energii GRB – wskazówki na temat ewolucji Wszechświata

Wizja artystyczna rozbłysku gamma GRB 191221B (po lewej) oraz obrazy GRB 191221B obserwowane światłem normalnym i spolaryzowanym (dolna prawa wstawka).

Rozbłyski promieniowania gamma (GRB) są najjaśniejszymi eksplozjami we Wszechświecie, pozwalającymi astronomom na obserwację intensywnego promieniowania gamma w bardzo krótkim czasie. GRB mogą być sklasyfikowane jako krótkie lub długie, przy czym długie rozbłyski gamma są prawdopodobnie wynikiem śmierci masywnych gwiazd. Dlatego stanowią one ukryte wskazówki dotyczące ewolucji Wszechświata.

Rozbłyski gamma emitują promieniowanie gamma, ale także fale radiowe, światło widzialne i promienie rentgenowskie. Gdy konwersja energii wybuchu na energię emitowaną jest przy tym wysoka, całkowitą energię eksplozji można obliczyć przez proste dodanie do siebie całej wyemitowanej przez GRB energii. Jednak gdy sprawność konwersji jest niska lub nieznana, sam pomiar emitowanej energii nie jest wystarczający.

Teraz jednak zespołowi astrofizyków udało się zmierzyć ukrytą energię rozbłysku gamma poprzez wykorzystanie polaryzacji światła. Szczegóły pracy zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy 8 grudnia 2022 roku (przypomnijmy – o GRB i ich polaryzacji pisaliśmy już niedawno).

To, że dana fala elektromagnetyczna jest spolaryzowana, oznacza, że jej oscylacja zachodzi w jednym wyróżnionym kierunku. Podczas gdy światło emitowane przez gwiazdy nie jest spolaryzowane, odbicie tego światła już jest. Wiele przedmiotów codziennego użytku, takich jak okulary przeciwsłoneczne i inne osłony przed światłem, wykorzystuje polaryzację, aby zablokować odblaski światła podróżującego w jednym kierunku. Pomiar stopnia polaryzacji nazywany jest polarymetrią. W obserwacjach astrofizycznych pomiar polarymetrii ciała niebieskiego nie jest tak łatwy jak pomiar jego jasności, ale dostarcza nam za to cennych informacji o stanie fizycznym badanego obiektu.

Zespół przyjrzał się błyskowi gamma, który miał miejsce 21 grudnia 2019 roku (GRB 191221B). Korzystając z Bardzo Dużego Teleskopu ESO i sieci ALMa (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – najbardziej zaawansowanych spośród teleskopów optycznych i radiowych na świecie – uczeni obliczyli polarymetrię dla szybko zanikających emisji z GRB 191221B. Następnie z powodzeniem zmierzyli jednocześnie polaryzację optyczną i radiową, stwierdzając, że stopień polaryzacji radiowej jest znacznie niższy niż optycznej.

Ta różnica w polaryzacji na dwóch długościach fali ujawnia szczegółowe warunki fizyczne regionu emisji błysku gamma – powiedział prof. Kenji Toma z Instytutu Badań Interdyscyplinarnych Uniwersytetu Tohoku (FRIS). Pozwoliło nam to w szczególności zmierzyć niemierzalną wcześniej, ukrytą energię rozbłysku.

Uwzględniając tę ukrytą energię, zespół obliczył z kolei, że całkowita energia GRB była około 3,5 razy większa niż wcześniej szacowano. A ponieważ energia rozbłysku reprezentuje energię grawitacyjną związanej z nim gwiazdy macierzystej, możliwość zmierzenia tej wielkości ma ważne konsekwencje dla określenia masy takiej gwiazdy.

Poznanie rzeczywistych mas gwiazd macierzystych pomoże nam w zrozumieniu historii ewolucji Wszechświata – dodał Toma. Pierwsze gwiazdy we Wszechświecie mogłyby zostać w ten sposób odkryte, gdyby tylko udało nam się wykryć "ich" długie rozbłyski gamma.

 

Więcej informacji:

Źródło: ALMA

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Na ilustracji: Wizja artystyczna rozbłysku gamma GRB 191221B (po lewej) oraz GRB 191221B obserwowany w świetle normalnym i spolaryzowanym (dolna prawa wstawka). Źródło: Urata inni/Yu-Sin Huang/MITOS Science CO., LTD)

Reklama