En kosmisk blixt belyser bristerna i våra modeller

Gammablixtar är några av universums mest kraftfulla explosioner, och kan bland annat uppstå när extremt stora stjärnor dör. Men eftersom de sker så långt bort tänker vi normalt på dem som väldigt svaga. Vi observerar normalt en till två om dagen, och när det sker försöker vi samla så många fotoner vi bara kan innan blixten slocknar och försvinner för gott. Men ibland kan universum överraska oss…

Den 27 april i år kom ett sedvanligt meddelande att en gammablixt hade upptäckts. Ganska snart stod det dock klart att den här händelsen var unik. Istället för de fåtal fotoner vi normalt ser, så översköljdes vi av ljus. Blixten var så stark att en av detektorerna på Fermi-satelliten inte kunde mäta all strålning, och om någon händelsevis tittat mot rätt plats på himlen hade den varit synlig i vanlig kikare.

Bilderna visar högenergetisk strålning från rymden. Den vänstra bilden är skapad av en tre timmar lång mätning, och visar himlens normala utseende. Den högra bilden är också från en tre timmar lång mätning, men gammablixten GRB130427A inträffade 30 minuter innan mätningen avslutades. Gammablixtens läge på himlen var i Lejonets stjärnbild, nära Stora björn – vars sju starkaste stjärnor bildar den välkända Karlavagnen. Bilden visar tydligt hur starkt gammablixten lyste jämfört med resten av himlen.
Källa: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration.

Med så mycket information var det snabbt tydligt att den här gammablixten, döpt GRB130427A efter datumet den observerades, skulle komma att bli ett viktigt hjälpmedel för att förstå dessa fenomen. För även om vi studerat gammablixtar i 30 år, vet vi fortfarande inte hur strålningen uppstår. Vi vet, eller tror oss veta, att energin kommer från födelsen av ett svart hål, men hur den omvandlas till observerbar strålning är ännu inte klarlagt. Därför vände och vred vi nu på datan från GRB130427A för att se vilken av de olika teorierna som kunde förklara det vi såg. Svaret: ingen!

Gammablixtar är som sagt kopplade till födelsen av svarta hål. När detta sker kan en jetstråle av materia bildas, som slungas i väg i en hastighet nära ljusets. Om jetstrålen råkar vara riktad mot oss, ser vi en gammablixt. Man brukar dela in gammablixtar i två delar. Den första strålningspulsen, själva “blixten”, tros bero på processer inuti själva jetstrålen, t.ex. termisk strålning eller kollisioner som sker när olika delar av strålen åker olika fort. När materialet i jetstrålen sedan krockar med omkringliggande materia, bildas strålning som sakta falnar allteftersom jetstrålen bromsas in. Till för ett par år sedan trodde man att all högenergetisk strålning (från MeV och uppåt) bildades i den första pulsen. Men observationer med satelliten Fermi har visat att strålning i GeV-området kan skapas även senare i förloppet.

Filmen visar en tänkt modell av hur en gammablixt skapas. När en stjärna kollapsar till ett svart hål frigörs stora mängder energi, och materia slungas i väg i en jetstråle. Olika delar av jetstrålen färdas olika fort, och när de krockar med varandra skapas den högenergetiska gammastrålningen som gett gammablixten sitt namn. I ett senare skede plöjer jetstrålen in i omkringliggande materia. Den saktas då ner, och ytterligare strålning skapas.
Källa: NASA Goddard Space Flight Center.

GRB130427A har dock gett oss ännu mer att fundera över. Det visar sig att inga modeller kan förklara strålningens alla egenskaper ens under de första få sekunderna. Och högenergetiska fotoner fortsatte komma i nästan ett dygn – till exempel en foton på 32 GeV som kom nio timmar efter gammablixten upptäcktes. Detta är väldigt svårt att förklara med de teorier vi har för hur jetstrålen samverkar med omkringliggande materia. Den goda nyheten är att GRB130427A var så pass stark att vi nu för första gången kan mäta de detaljer som behövs för att arbeta fram nya modeller!

Våra resultat publiceras idag i två artiklar i Science:

Fermi-LAT Observations of the Gamma-Ray Burst GRB 130427A

The First Pulse of the Extremely Bright GRB 130427A: A Test Lab for Synchrotron Shocks

Mer spännande forskning väntar säkerligen runt hörnet!

Share this post
  •  
  •  
  •  
  •  

One thought on “En kosmisk blixt belyser bristerna i våra modeller”

Comments are closed.