Fermi NASA telah mendeteksi denyut aneh radiasi energi tinggi yang berpacu menuju Bumi

Pada tanggal 26 Agustus 2020, Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma Ray NASA mendeteksi denyut radiasi energi tinggi yang telah melesat menuju Bumi selama hampir separuh kehidupan alam semesta saat ini. Berlangsung hanya sekitar satu detik, ternyata menjadi salah satu buku rekor – ledakan sinar gamma terpendek (GRB) yang disebabkan oleh kematian bintang masif yang pernah dilihat.

GRB adalah peristiwa paling kuat di alam semesta, dan dapat dideteksi dalam miliaran tahun cahaya. Para astronom mengklasifikasikannya sebagai panjang atau pendek berdasarkan apakah peristiwa itu akan berlangsung lebih dari dua detik atau kurang. Mereka telah mengamati ledakan panjang yang terkait dengan kematian bintang masif, sementara ledakan pendek dikaitkan dengan skenario yang berbeda.

Para astronom menggabungkan data dari Teleskop Luar Angkasa Fermi Gamma Ray NASA, misi luar angkasa lainnya, dan observatorium berbasis darat untuk mengungkap asal usul GRB 200826A, ledakan radiasi yang singkat namun kuat. Ini adalah ledakan terpendek yang diketahui ditenagai oleh bintang yang runtuh – dan itu hampir tidak pernah terjadi. Kredit: Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

“Kami sudah tahu bahwa beberapa GRB dari bintang masif bisa mendaftar sebagai GRB pendek, tapi kami pikir ini karena keterbatasan mekanistik,” kata Bin-bin Zhang dari Universitas Nanjing di China dan Universitas Nevada di Las Vegas. “Ledakan ini istimewa karena jelas merupakan GRB yang berumur pendek, tetapi karakteristik lainnya menunjukkan asalnya dari bintang yang runtuh. Kita sekarang tahu bahwa bintang yang sekarat dapat menghasilkan ledakan pendek juga.”

Letusan itu bernama GRB 200826A, setelah tanggal terjadinya, dan merupakan subjek dari dua makalah yang diterbitkan di Nature Astronomy pada Senin, 26 Juli. Yang pertama, dipimpin oleh Zhang, mengeksplorasi data sinar gamma. Yang kedua, dipimpin oleh Thomas Ahomada, seorang mahasiswa doktoral di University of Maryland, College Park dan Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland, menggambarkan memudarnya beberapa panjang gelombang yang memudar dari aurora GRB dan cahaya yang muncul dari supernova berikutnya. ledakan.

“Kami pikir peristiwa ini secara efektif gagal, peristiwa yang hampir terjadi sama sekali,” kata Ahumada. “Namun, ledakan itu melepaskan energi 14 juta kali lebih banyak daripada seluruh Bima Sakti selama periode waktu yang sama, menjadikannya salah satu GRB jarak pendek paling aktif yang pernah ada.”

Ketika sebuah bintang yang jauh lebih besar dari Matahari kehabisan bahan bakar, intinya tiba-tiba runtuh dan membentuk lubang hitam. Saat materi berputar menuju lubang hitam, beberapa di antaranya lolos dalam bentuk dua pancaran kuat yang bergegas keluar dengan kecepatan hampir cahaya dalam arah yang berlawanan. Para astronom hanya mendeteksi GRB ketika salah satu dari pancaran ini kebetulan mengarah hampir langsung ke Bumi.

Setiap pancaran melewati bintang, menghasilkan pulsa sinar gamma – bentuk energi tertinggi dari cahaya – yang dapat bertahan hingga beberapa menit. Setelah ledakan, bintang yang hancur dengan cepat berkembang menjadi supernova.

Di sisi lain, GRB pendek terbentuk ketika pasangan benda padat – seperti bintang neutron, yang juga terbentuk selama keruntuhan bintang – bertabrakan ke dalam selama miliaran tahun. Baru-baru ini pengamatan Fermi telah membantu menunjukkan bahwa, di galaksi terdekat, flare raksasa dari bintang neutron terisolasi dan bintang supermagnetik juga menyamar sebagai semburan sinar gamma pendek.

GRB 200826A adalah ledakan tajam emisi energi tinggi yang berlangsung hanya 0,65 detik. Setelah melakukan perjalanan selama beberapa kalpa melalui alam semesta yang mengembang, sinyal membentang menjadi sekitar satu detik ketika dideteksi oleh instrumen Fermi yang mengamati ledakan sinar gamma. Peristiwa ini juga ditampilkan dalam instrumen di atas misi Wind NASA, yang mengorbit titik antara Bumi dan matahari sekitar 930.000 mil (1,5 juta km), dan Mars Odyssey, yang telah mengorbit Planet Merah sejak 2001. ESA (European Space Continuity ) Satelit INTEGRAL badan tersebut juga meledak.

Semua misi ini berpartisipasi dalam sistem penentuan posisi GRB yang disebut International Planetary Network (IPN), di mana Proyek Fermi menyediakan semua dana AS. Karena percikan mencapai setiap detektor pada waktu yang sedikit berbeda, pasangan mana pun dapat digunakan untuk membantu mempersempit tempat di langit terjadinya. Sekitar 17 jam setelah GRB, IPN mempersempit posisinya menjadi sepetak langit yang relatif kecil di konstelasi Andromeda.

Menggunakan Zwicky Transit Facility (ZTF) yang didanai National Science Foundation di Observatorium Palomar, tim memindai langit untuk melihat perubahan cahaya tampak yang dapat dikaitkan dengan aurora GRB yang memudar.

GRB 200826A gambar aurora memudar (tengah) terdeteksi. Kredit: ZTF dan T. Ahumada dkk. , 2021

“Melakukan penelitian ini seperti mencari jarum di tumpukan jerami, tetapi IPN membantu mengecilkan tumpukan jerami,” kata Shreya Anand, seorang mahasiswa pascasarjana di Caltech dan rekan penulis makalah Twilight. “Dari lebih dari 28.000 peringatan ZTF pada malam pertama, hanya satu yang memenuhi semua kriteria pencarian kami dan juga muncul di wilayah langit yang ditentukan IPN.”

Dalam satu hari setelah ledakan, Observatorium Neil Gehrells Swift NASA mendeteksi emisi sinar-X yang memudar dari lokasi yang sama. Dua hari kemudian, emisi radio variabel terdeteksi oleh Karl Jansky Very Large Array dari National Astronomy Radio Observatory di New Mexico. Tim kemudian mulai mengamati aurora dengan berbagai fasilitas darat.

Dengan mengamati galaksi samar yang terkait dengan ledakan menggunakan Gran Telescopio Canarias, teleskop 10,4 meter di Observatorium Roque de los Muchachos di La Palma di Kepulauan Canary Spanyol, tim menunjukkan bahwa cahayanya membutuhkan waktu 6,6 miliar tahun untuk mencapai kita. Ini mewakili 48% dari usia alam semesta saat ini yaitu 13,8 miliar tahun.

Tetapi untuk membuktikan bahwa ledakan singkat ini berasal dari keruntuhan bintang, para peneliti juga perlu menangkap supernova yang muncul.

“Jika ledakan itu disebabkan oleh runtuhnya sebuah bintang, maka setelah aurora berikutnya memudar, ia akan menyala lagi karena ledakan supernova primer,” kata Leo Singer, astrofisikawan di Goddard dan penasihat penelitian Ahumada. “Tetapi pada jarak ini, Anda memerlukan teleskop yang sangat besar dan sangat sensitif untuk menangkap titik cahaya supernova dari silau latar belakang galaksi induk.”

Untuk melakukan penelitian, Singer diberi waktu pada Teleskop Utara Gemini 8,1 meter di Hawaii dan menggunakan instrumen sensitif yang disebut Gemini Multi-Object Spectrometer. Para astronom mencitrakan galaksi inang dalam cahaya merah dan inframerah mulai 28 hari setelah ledakan, mengulangi pencarian 45 dan 80 hari setelah peristiwa itu. Mereka mendeteksi sumber inframerah dekat – supernova – di set pengamatan pertama yang tidak dapat dilihat pada pengamatan berikutnya.

Para peneliti percaya ledakan ini didorong oleh jet yang baru saja keluar dari bintang sebelum menutup, daripada kasus yang lebih umum di mana jet berdurasi panjang meletus dari bintang dan menempuh jarak jauh darinya. Jika lubang hitam memancarkan jet yang lebih lemah, atau jika bintang itu jauh lebih besar ketika mulai runtuh, mungkin tidak ada GRB sama sekali.

Penemuan ini membantu memecahkan misteri lama. Sementara GRB panjang harus dikaitkan dengan supernova, para astronom menemukan jumlah supernova yang jauh lebih besar daripada yang panjang. Perbedaan ini tetap ada bahkan setelah memperhitungkan fakta bahwa GRB harus mendekati garis pandang kita agar para astronom dapat mendeteksinya sama sekali.

Para peneliti menyimpulkan bahwa bintang yang runtuh yang menghasilkan GRB pendek pasti merupakan keadaan pinggiran yang berosilasi dengan kecepatan cahaya di ambang keberhasilan atau kegagalan, sebuah kesimpulan yang konsisten dengan gagasan bahwa sebagian besar bintang masif mati tanpa menghasilkan jet dan GRB sama sekali. Secara lebih luas, hasil ini dengan jelas menunjukkan bahwa durasi burst saja tidak secara unik menunjukkan sumbernya.

Referensi:

“Ledakan sinar gamma berumur pendek yang aneh sebagai akibat dari runtuhnya inti bintang masif” oleh B.-B. Chang, Z.-K. Liu, Z.-K. Bing, Y. Lee, H.-C. Lu, J.; Yang, Y.-S. Yang, Y.H. Yang, Y.-Z. Meng, c. Zou, H.-Y. Ya, X.-G. Wang, J.R. Mao, X.-H. Chow, c. Bay, A.G.; Castro; Tirado, Y.-D. Dia, Z.-G. Hari, E.; Liang dan B. Zhang, 26 Jul 2021, Tersedia di sini. astronomi alam.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01395-z

“Penemuan dan Konfirmasi Ledakan Sinar Gamma Terpendek dari Runtuh” oleh Thomas Ahomada, Leo B. Penyanyi, Shreya Anand, Michael W. Coughlin, Mansi M. , Harsh Kumar, Peter TH Pang, Eric Burns, Virginia Cunningham, Simone Dichiara, Tim Dietrich, Dimitri S. Svenkin, Moza Mwala, Alberto J. Astro-Tirado, Keshalai D., Rachel Dunwoody, Pradeep Jatkin, Erica Hammerstein, Shabnam Iani, Joseph Mangan, Dan Burley, Sonalika Burkayasta, Eric Belm, Varun Bhalerau, Bryce Bolin, Mattia Paula, Christopher Canella , Poonam Chandra, Dmitri A. Dove, Dmitri Fredericks, Avishai Gal Yam, Matthew Graham, Anna Y Qiu Ho, Kevin Hurley, Viraj Karampilkar, Eric C. Cole, SR Kulkarni, Ashish Mahabal, Frank Massey, Sheila McBrain, Shashi B Pandey, Simeon Riosch, Anna Rednaya, Philip Rosnett, Benjamin Rusholme, Anna Sagues Carracedo, Roger Smith, Maya Somaniak, Robert Stein, Eleonora Troga, Anastasia Tsvetkova, Richard Walters A Azmeh Valev, 26 Juli 2021, astronomi alam.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01428-7

Fermi Gamma Ray Space Telescope adalah kemitraan dalam astrofisika dan fisika partikel yang dioperasikan oleh Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA di Greenbelt, Maryland. Fermi dikembangkan bekerja sama dengan Departemen Energi AS, dengan kontribusi penting dari institusi akademik dan mitra di Prancis, Jerman, Italia, Jepang, Swedia, dan Amerika Serikat.