Die Entdeckung eines historischen Gammastrahlenausbruchs im Herzen einer alten Galaxie

Zum ersten Mal hat ein internationales Astronomenteam einen langen Gammastrahlenausbruch nahe dem Zentrum einer alten Galaxie beobachtet. Das ist etwas Besonderes, da diese Art von Gammastrahlenausbrüchen normalerweise auftritt, wenn massereiche Sterne kollabieren oder Neutronensterne sich gegenseitig über einen längeren Zeitraum umkreisen, und es solche Sterne im Zentrum alter Galaxien nicht gibt. Das Team unter der Leitung von Andrew Levan (Radboud University) veröffentlichte seine Ergebnisse in natürliche Astronomie.

Es herrschte allgemeiner Konsens darüber, dass lange Gammastrahlenausbrüche von mindestens einigen Sekunden nur dann auftreten können, wenn ein sehr schwerer Stern am Ende seines Lebens in eine Supernova kollabiert. Im Jahr 2022 wurde ein möglicher zweiter Auslöser für lange Gammastrahlenausbrüche entdeckt, als zwei massereiche Sterne, die sich ihr ganzes Leben lang umkreist hatten, schließlich zu Neutronensternen wurden und mit Kilonovas kollidierten. Jetzt, im Jahr 2023, sieht es so aus, als ob es auf eine dritte Art und Weise zu langen Gammastrahlenausbrüchen kommen könnte.

„Unsere Daten deuten darauf hin, dass es sich hierbei um die Verschmelzung zweier separater Neutronensterne handelt. Wir vermuten, dass die Neutronensterne durch die Schwerkraft vieler umgebender Sterne im Zentrum der Galaxie zusammengeschoben wurden“, sagt der leitende Forscher Andrew Levan (Radboud University). ).

Das Forscherteam untersuchte die Auswirkungen eines Gammastrahlenausbruchs, der am 19. Oktober 2019 vom Neil Gehrels Swift Observatory entdeckt wurde. Dazu nutzten sie das Gemini South-Teleskop in Chile, das Northern Optical Telescope auf der Kanarischen Insel in La Palma und das[{“ attribute=““>Hubble Space Telescope.

Their observations show that the burst was caused near the center of an ancient galaxy. This immediately provides two arguments pointing to the merging of two sources.

The first argument is that there are almost no heavy stars in ancient galaxies that could collapse into supernovae, because heavy stars typically occur in young galaxies. In addition, supernovae emit bright optical light, which was not observed in this case.

A second argument is that the center of galaxies are busy places. There are hundreds of thousands of normal stars, white dwarfs, neutron stars, black holes, and dust clouds all orbiting a supermassive black hole. Altogether, this represents over 10 million stars and objects crammed into a space of a few light-years across. “That is an area comparable to the distance between our sun and the next star,” Levan explains. “So the probability of a collision in the center of a galaxy is much higher than, say, at the outskirts, where we are.”

The researchers are still leaving room for alternative explanations. The prolonged gamma-ray burst could also result from the collision of compact objects other than neutron stars, for example, black holes or white dwarfs. In the future, the researchers hope to be able to observe long gamma-ray bursts at the same time as gravitational waves. This would help them to make more definitive statements about the origin of the radiation.

For more on this discovery:

Reference: “A long-duration gamma-ray burst of dynamical origin from the nucleus of an ancient galaxy” by Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan P. U. Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman and Nial R. Tanvir, 22 June 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8