NASAs Fermi gamma-stråleteleskop har identificeret, hvad der kan være det første bekræftede signal fra en superluminous supernova drevet af en magnetar, en neutronstjerne med ekstraordinært intense magnetfelter. Begivenheden, kaldet SN 2017egm, fandt sted 440 millioner lysår væk og repræsenterer et betydeligt fremskridt i forståelsen af en af de mest ekstreme eksplosioner i universet. Opdagelsen, offentliggjort i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics, afslutter næsten 2 årtiers søgning efter gammastrålesignaler i Fermi-data.
Et internationalt team af forskere, ledet af Fabio Acero fra Centro Nacional fra franske Pesquisa Científica (CNRS) og Universidade af Paris-Saclay, analyserede mange års observationer for at bekræfte forbindelsen mellem supernovaen og magnetaren. Fundet markerer den første endelige påvisning af denne art, selvom forskere havde rapporteret tidligere spor under tidligere søgninger.
Eksplosion Mecanismo i superluminous supernovaer
Kernekollaps Supernovas opstår, når en massiv stjerne løber tør for det brændstof, der er nødvendigt for at opretholde sin kerne. Sem denne energikilde får tyngdekraften kernen til at kollapse og udløse en voldsom eksplosion. Under Dependendo-forhold kunne kollapset efterlade en neutronstjerne eller sort hul, mens resten af stjernen slynges ud i rummet som en ekspanderende sky af ekstremt varm gas.
Nos I løbet af de sidste 20 år har astronomer identificeret cirka 400 usædvanligt kraftige eksempler kaldet superluminous supernovaer. Essas sjældne eksplosioner kan skinne mindst 10 gange stærkere i synligt lys end almindelige supernovaer. SN 2017egm, observeret i 2017, bryder ud i galaksen NGC 3191, i stjernebilledet Ursa Maior. Mesmo, der er 440 millioner lysår væk, er fortsat en af de nærmeste superluminous supernovaer, der nogensinde er observeret på Terra.
I 2024 foreslog forskere ledet af Li Shang af Universidade af Anhui i Hefei, China, at Telescópio af Larga Área af Fermi kunne have opdaget gammastråler efter den første burst år efter denne begivenhed. Essa-observation banede vejen for en dybere analyse af de data, der er akkumuleret af udstyret under dets drift.
Magnetares: Ekstreme kosmiske motorer
Cientistas har længe diskuteret, hvad der giver superluminous supernovaer deres ekstraordinære lysstyrke. En af hovedforklaringerne involverer magnetarer, neutronstjerner med de stærkeste magnetfelter, der kendes i universet. Seus magnetiske felter kan være op til 1.000 gange mere intense end almindelige neutronstjerner, og når kræfter, der er cirka 10 billioner gange større end en køleskabsmagnet.
Forskningen involverede detaljeret analyse af både synligt lys og gammastrålesignaler fra SN 2017egm. Dataene blev sammenlignet med forskellige teoretiske modeller udviklet af internationale samarbejdspartnere. En specifik model, skabt af Indrek Vurm fra Universidade fra Tartu til Estônia og Brian Metzger fra Universidade fra Colômbia til Nova York, undersøgte, hvordan stråling og partikler fra en nydannede supermagneter bevæger sig gennem de ekspanderende supermagneter.
Pesquisadores mener, at en nydannet magnetar kan rotere flere hundrede gange hvert sekund. Essa’s utrolige hastighed genererer en kraftig strøm af elektroner og positroner, som er antistof-versionerne af elektroner. Juntas, disse partikler skaber en gigantisk sky af højenergimateriale kendt som en magnetarvindtåge.
Processos gammastrålegenerering og strålingsudslip
Dentro af denne tåge kan partikelinteraktioner generere gammastråler på flere måder. Elétrons og positroner kan kollidere og blive til gammastrålefotoner, mens gammastråler selv kan kollidere og skabe nye partikler. Conforme disse interaktioner fortsætter, meget af gammastråleenergien er fanget i supernovaaffaldet og omdannes til synligt lys med lavere energi, hvilket hjælper med at gøre eksplosionen usædvanlig lysstærk.
Segundo Acero, cirka 3 måneder efter kollapset, da supernovaaffaldet udvider sig og afkøles, begynder gammastråler at lække ud i rummet. Magnetmodellen gengiver bedst supernovaens lysstyrke og ankomsttiden for dens gammastråler i løbet af de første par måneder. Contudo, konstaterer forskerne plads til forbedring i senere perioder, hvor synligt lys forsvinder ganske uregelmæssigt.
Resultaterne tyder på, at yderligere processer sandsynligvis påvirkede supernovaen under dens lange fald i lysstyrke. Estes kan omfatte materiale, der falder tilbage mod magnetaren og kollisioner mellem den ekspanderende chokbølge og stof, der blev udstødt af stjernen århundreder før den eksploderede.
Observações fremtidigt og internationalt samarbejde
Guillem Martí-Devesa, tidligere forsker ved Universidade af Trieste ved Itália og nu forsker ved Instituto af Ciências Espaciais ved Barcelona, Espanha, koordinerede den første gamma-super-stråle-superstrålesøgning1, der blev observeret i de første tætte 6 år af Fermi-missionen. Apenas SN 2017egm viste tegn på gammastråler, hvilket bekræfter tidligere forslag om, at nogle supernovaer kan være lige så lysende i gammastråler som i synligt lys.
Undersøgelsen undersøgte, om fremtidige observatorier kunne opdage lignende begivenheder. Forskerne fandt ud af, at den kommende Observatório Cerenkov Telescope Array skulle være i stand til at spotte supernovaer som SN 2017egm i afstande på op til cirka 500 millioner lysår med cirka 50 timers observationstid.
- Capacidade detektion: Næste generations Telescópio vil opdage supernovaer på større afstande
- Intensidade af magnetiske felter: Magnetares har felter 10 billioner gange stærkere end almindelige magneter
- Brilho relativ: Supernovas superluminous supernovaer skinner 10 gange stærkere end almindelige supernovaer
- Período undersøgelse: Análise dækkede Fermis første 16 års drift
- Descobertas forhåndsvisninger: Apenas 1 ud af 6 nærliggende supernovaer viste bekræftede gammastrålesignaler
Missão Fermi repræsenterer en del af NASAs netværk af observatorier designet til at spore skiftende begivenheder i universet og hjælpe videnskabsmænd med bedre at forstå, hvordan kosmiske fænomener fungerer. Fremtidigt samarbejde mellem jordbaserede observatorier og NASA-rumteleskoper vil afsløre endnu mere om disse voldsomme stjerneeksplosioner og de ekstreme objekter gemt i dem.
Judy Racusin, stedfortrædende chefforsker for Fermi-projektet ved NASAs Centro ved Voo Espacial Goddard ved Greenbelt, Maryland, siger, at magnetkernemotormekanismen, der er beskrevet i undersøgelsen, bygger på mange observationsmæssige og teoretiske fremskridt gennem de seneste 20 år. Observation af gammastråler fra supernovaer vil give en ny måde at udforske deres indre mekanismer og udvide viden om disse ekstreme manifestationer af universet.