Gökbilimciler Kısa Gama Işını Patlamalarını Uzak Evrenin Daha Uzaklarına İzliyor

Bugüne kadarki en sağlam envanter, SGRB’lerin ana galaksilerini ve özelliklerini kataloglar.

• Gökbilimciler, gözlemleri ve modellemeyi kullanarak, mevcut örnekleri dört katına çıkararak 84 SGRB’nin kökenini belirlediler.
• Katalogdaki SGRB’lerin %85’inin genç, aktif olarak yıldız oluşturan galaksilerden geldiğini ve SGRB’lerin %20-40’ının evren çok daha gençken meydana geldiğini buldular.
• Ekip ayrıca, birkaç SGRB’nin ev sahibi galaksilerinin dışında sanki “kovulmuşlar” gibi tespit edildiğini keşfetti.
• Araştırmacı: ‘Kataloğumuz, gelecekteki tespitlerle karşılaştırma için bir ölçüt görevi görecek. nötron yıldızı birleşmeler’

liderliğindeki gökbilimcilerden oluşan bir ekip kuzeybatı Üniversitesikısa gama ışını patlamalarının (SGRB’ler) kaynaklandığı galaksilerin bugüne kadarki en kapsamlı envanterini geliştirdi.

Bilim adamları, son derece hassas birkaç araç ve sofistike galaksi modellemesi kullanarak, 84 SGRB’nin galaktik evlerini belirlediler ve belirlenen ev sahibi galaksilerin 69’unun özelliklerini araştırdılar. Bulguları arasında, incelenen SGRB’lerin yaklaşık %85’inin genç, aktif olarak yıldız oluşturan galaksilerden geldiğini keşfettiler.

Gökbilimciler ayrıca, evrenin çok daha genç olduğu ve ev sahibi galaksilerin merkezlerinden daha uzak mesafelere sahip olduğu eski zamanlarda, daha önce bilinenden daha fazla SGRB’nin meydana geldiğini buldular. Şaşırtıcı bir şekilde, birkaç SGRB, ev sahibi galaksilerinin çok dışında görüldü – sanki “dışarı atılmışlar” gibi, bu bulgu, bu kadar uzağa nasıl seyahat edebildiklerine dair soruları gündeme getiriyor.

Ev sahibi gökadaları modellemeye odaklanan çalışmayı yöneten Northwestern lisansüstü öğrencisi Anya Nugent, “Bu, SGRB ev sahibi gökadaların şimdiye kadar var olan en büyük kataloğudur, bu nedenle uzun yıllar boyunca bunun altın standart olmasını bekliyoruz” dedi. “Bu kataloğu oluşturmak ve nihayet kalıpları görmek ve önemli sonuçlar çıkarmak için yeterli sayıda ev sahibi galaksiye sahip olmak, bu fantastik olayları ve öldükten sonra yıldızlara ne olduğunu anlamamızı sağlamak için alanın tam olarak ihtiyaç duyduğu şeydi.”

Kozmik zaman boyunca kısa gama ışını patlaması ev sahibi galaksiler. Kredi: WM Keck Gözlemevi/Adam Makarenko

Ekip, yeni kataloğu detaylandıran iki makale yayınladı. Her iki gazete de yayınlandı Astrofizik Dergisi 21 Kasım Pazartesi günü. SGRB’ler evrendeki en parlak patlamalar arasında yer aldığından, ekip kataloğunu BRIGHT (Gama ışını patlaması Ana Bilgisayar Özelliklerini Araştırmak için Geniş Bant Deposu) olarak adlandırıyor. BRIGHT’ın tüm verileri ve modelleme ürünleri, topluluğun kullanımı için çevrimiçi olarak halka açıktır.

Nugent, Northwestern’deki Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nde fizik ve astronomi alanında yüksek lisans öğrencisi ve Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi’nin (CIERA) bir üyesidir. Weinberg’de fizik ve astronomi yardımcı doçenti ve SGRB konak gözlemlerine odaklanan ikinci bir çalışmayı yöneten CIERA’nın kilit bir üyesi olan Wen-fai Fong tarafından tavsiye ediliyor.

Gelecekteki karşılaştırmalar için kıyaslama

İki nötron yıldızı çarpıştığında, SGRB’ler olarak bilinen anlık yoğun gama ışını ışığı parlamaları üretirler. Gama ışınları sadece birkaç saniye sürerken, optik ışık algılama seviyelerinin altına düşmeden önce (son parlama adı verilen bir olay) saatlerce devam edebilir. SGRB’ler, her yıl en fazla bir düzine tespit edilen ve yeri tespit edilen evrendeki en parlak patlamalardan bazılarıdır. Şu anda, geniş bir birleşen nötron yıldız sistemi popülasyonunu incelemenin ve anlamanın tek yolunu temsil ediyorlar.

Dan beri NASANeil Gehrels Swift Gözlemevi ilk olarak 2005 yılında bir SGRB parlamasını keşfetti, gökbilimciler son 17 yılı bu güçlü patlamaları hangi galaksilerin ürettiğini anlamaya çalışarak geçirdiler. Bir galaksideki yıldızlar, SGRB’leri üretmek için gereken çevresel koşullar hakkında fikir verebilir ve gizemli patlamaları nötron yıldızı birleşme kökenlerine bağlayabilir. Şimdiye kadar, yalnızca bir SGRB’nin (GRB 170817A) doğrulanmış bir nötron yıldızı birleşme kaynağı vardır – çünkü yerçekimi dalgası dedektörlerinin ikili nötron yıldızı birleşmesini (GW170817) gözlemlemesinden sadece birkaç saniye sonra tespit edilmiştir.

Fong, “On yıl içinde, yeni nesil yerçekimi dalgası gözlemevleri, nötron yıldızı birleşmelerini bugün SGRB’lerle yaptığımız mesafelerle aynı mesafelerde tespit edebilecek” dedi. “Bu nedenle, kataloğumuz, nötron yıldızı birleşmelerinin gelecekteki tespitleriyle karşılaştırma yapmak için bir ölçüt görevi görecek.”

Çalışmanın ortak yazarı ve astrofizik Ph.D. Yuxin “Vic” Dong, “Katalog, SGRB’ler gibi tek bir geçici olay sınıfının ötesinde gerçekten etkiler yaratabilir,” dedi. Northwestern’de öğrenci. “Katalogda sunulan zengin veri ve sonuçlarla, çeşitli araştırma projelerinin bundan belki de henüz düşünmediğimiz şekillerde yararlanacağına inanıyorum.”

Nötron yıldızı sistemlerine ilişkin içgörü

Araştırmacılar, kataloğu oluşturmak için WM Keck Gözlemevi, Gemini Gözlemevleri, MMT Gözlemevi, Büyük Dürbün Teleskop Gözlemevi ve Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan Teleskopları’ndaki son derece hassas aletler kullanarak en sönük gökadaların bazılarının derin görüntülerini ve spektroskopisini yakaladılar. SGRB konakçılarının anketinde tespit edilmiştir. Ekip ayrıca NASA’nın iki Büyük Gözlemevinden gelen verileri kullandı. Hubble uzay teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu.

“Bu, SGRB ev sahibi gökadaların şimdiye kadar var olan en büyük kataloğu, bu nedenle önümüzdeki yıllarda altın standart olmasını bekliyoruz.”

– Anya Nugent, astrofizik yüksek lisans öğrencisi

Bu yeni çalışmalardan önce, gökbilimciler ev sahibi gökadaları yalnızca birkaç düzine SGRB’den tanımladılar. Yeni katalog, mevcut örneklerin sayısının dört katıdır. Katalog, çok daha büyük bir veri kümesinin avantajıyla, SGRB ev sahibi gökadaların ya genç ya da yıldız oluşturan olabileceğini gösteriyor. veya yaşlı ve yaklaşan ölüm. Bu, nötron yıldızı sistemlerinin çok çeşitli ortamlarda oluştuğu ve birçoğunun oluşumdan birleşmeye kadar hızlı zaman ölçeklerine sahip olduğu anlamına gelir. Nötron-yıldız birleşmeleri altın ve platin gibi ağır elementler oluşturduğundan, katalogdaki veriler bilim adamlarının evrende değerli metallerin ilk ne zaman yaratıldığına dair anlayışlarını da derinleştirecek.

Nugent, “Genç ev sahibi galaksilerde bulduğumuz daha genç SGRB’lerin, bir yıldız oluşumu ‘patlamasında’ oluşan ve çok hızlı bir şekilde birleşebilecekleri kadar sıkı bir şekilde bağlı olan ikili yıldız sistemlerinden geldiğinden şüpheleniyoruz” dedi. “Uzun süredir devam eden teoriler, nötron yıldızlarını hızlı bir şekilde birleştirmenin yolları olması gerektiğini öne sürdü, ancak şimdiye kadar onlara tanık olamadık. Galaksilerde çok daha eski olan daha eski SGRB’ler için kanıtlar buluyoruz ve bu galaksilerdeki yıldızların ikili bir sistem oluşturmasının daha uzun sürdüğüne veya daha fazla ayrılmış bir ikili sistem olduğuna inanıyoruz. Dolayısıyla bunların birleşmesi daha uzun sürdü.”

JWST’nin potansiyeli

Evrendeki çok erken zamanlardan en sönük ev sahibi gökadaları tespit etme yeteneğine sahip NASA’nın yeni amiral gemisi kızılötesi gözlemevi, James Webb Uzay Teleskobu (JWST), nötron yıldızı birleşmeleri ve zamanda ne kadar geriye gittikleri konusundaki anlayışı daha da ilerletmeye hazırlanıyor.

Nugent, “Bu nadir, patlayıcı olayların evlerini daha derinlemesine araştırmak için JWST’yi kullanma olasılığı beni çok heyecanlandırıyor” dedi. “JWST’nin evrendeki soluk gökadaları gözlemleme yeteneği, şu anda tespit edilmekten kaçan daha fazla SGRB ev sahibi gökadayı ortaya çıkarabilir, hatta belki de kayıp bir popülasyonu ve erken evrenle bir bağlantıyı ortaya çıkarabilir.”

Fong, “Bu proje için gözlemlere 10 yıl önce başladım ve meşaleyi yeni nesil araştırmacılara devredebilmek çok sevindiriciydi” dedi. “Bu çalışmayı gerçekten bir sonraki aşamaya taşıyan genç araştırmacılar sayesinde, yıllarca süren çalışmaların bu katalogda hayat bulduğunu görmek kariyerimin en büyük zevklerinden biri.”

Referanslar:

“Kısa GRB Ana Bilgisayar Galaksileri. I. Photometric and Spectroscopic Catalogs, Host Associations, and Galactocentric Offsets”, Wen-fai Fong, Anya E. Nugent, Yuxin Dong, Edo Berger, Kerry Paterson, Ryan Chornock, Andrew Levan, Peter Blanchard, Kate D. Alexander, Jennifer Andrews , Bethany E. Cobb, Antonino Cucchiara, Derek Fox, Chris L. Fryer, Alexa C. Gordon, Charles D. Kilpatrick, Ragnhild Lunnan, Raffaella Margutti, Adam Miller, Peter Milne, Matt Nicholl, Daniel Perley, Jillian Rastinejad, Alicia Rouco Escorial, Genevieve Schroeder, Nathan Smith, Nial Tanvir ve Giacomo Terreran, 21 Kasım 2022, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac91d0

Anya E. Nugent, Wen-Fai Fong, Yuxin Dong, Joel Leja, Edo Berger, Michael Zevin, Ryan “Kısa GRB Ana Galaksiler II: Kırmızıya Kaymaların Eski Bir Örneği, Yıldız Nüfus Özellikleri ve Nötron Yıldızı Birleşme Kökenleri İçin Etkileri” Chornock, Bethany E. Cobb, Luke Zoltan Kelley, Charles D. Kilpatrick, Andrew Levan, Raffaella Margutti, Kerry Paterson, Daniel Perley, Alicia Rouco Escorial, Nathan Smith ve Nial Tanvir, 21 Kasım 2022, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac91d1

Çalışmalar, Ulusal Bilim Vakfı (AST-1814782 ve AST-2047919 ödül numaraları), David ve Lucile Packard Vakfı, Alfred P. Sloan Vakfı ve Bilimsel Gelişme Araştırma Kurumu tarafından desteklenmiştir.