“Dies ist der größte Katalog von SGRB-Wirtsgalaxien, der je existiert hat”

Die bisher umfassendste Bestandsaufnahme der hellsten Explosionen des Universums zeigt die galaktische Heimat von 84 SGRBs und untersucht die Merkmale von 69 der identifizierten Wirtsgalaxien.

SGRBs oder kurze Gammablitze entstehen, wenn zwei Neutronensterne kollidieren. Das optische Licht kann Stunden aushalten, bevor es unter das nachweisbare Niveau abfällt, im Gegensatz zu den Gammastrahlen, die nur wenige Sekunden anhalten (ein Ereignis, das als Nachglühen bezeichnet wird). Jedes Jahr treten höchstens ein Dutzend dieser extrem hellen Explosionen auf, die als SGRBs bekannt sind. Im Moment sind sie die einzige Möglichkeit, eine große Anzahl von Neutronensternsystemen, die verschmelzen, zu studieren und etwas über sie zu lernen.

Seit 2005, als das Neil Gehrels Swift Observatory der NASA das erste SGRB-Nachleuchten fand, haben Astronomen die letzten 17 Jahre damit verbracht, herauszufinden, welche Galaxien für diese gewaltigen Explosionen verantwortlich sind. Die Sterne einer Galaxie können Licht auf die Umweltbedingungen werfen, die für die Produktion von SGRBs erforderlich sind, und die rätselhaften Ausbrüche mit ihren Ursprüngen bei der Verschmelzung von Neutronensternen in Verbindung bringen. Bisher wurde nur bei einem SGRB (GRB 170817A) der Ursprung seiner Neutronenstern-Verschmelzung verifiziert, und das liegt daran, dass er nur wenige Sekunden nachdem Gravitationswellendetektoren die Verschmelzung zweier Neutronensterne (GW170817) erfasst hatten, gefunden wurde.

In dieser neuen Arbeit hat ein Team von Astronomen unter der Leitung der Northwestern University die bisher umfassendste Liste von Galaxien zusammengestellt, aus denen kurze Gammastrahlenausbrüche (SGRBs) hervorgehen.

Die Forscher fanden die galaktische Heimat von 84 SGRBs und analysierten die Merkmale von 69 der entdeckten Wirtsgalaxien mit einer Vielzahl von hochempfindlichen Sensoren und ausgefeilter Galaxienmodellierung. Sie fanden unter anderem heraus, dass etwa 85 % der untersuchten SGRBs aus jungen Galaxien stammen, die noch Sterne produzieren.

Astronomen fanden auch heraus, dass mehr SGRBs entstanden, als das Universum viel jünger und weiter von den Zentren ihrer Wirtsgalaxien entfernt war als bisher angenommen. Überraschenderweise wurden einige SGRBs weit außerhalb ihrer Wirtsgalaxien entdeckt, als ob sie „rausgeschmissen“ worden wären, was die Frage aufwirft, wie sie so weit reisen konnten.

„Dies ist der größte Katalog von SGRB-Gastgalaxien, der je existiert hat, also gehen wir davon aus, dass er für viele Jahre der Goldstandard sein wird“, bemerkte Anya Nugent, eine Doktorandin aus dem Nordwesten, die die Studie leitete, die sich auf die Modellierung von Wirtsgalaxien konzentrierte. „Diesen Katalog zu erstellen und endlich genügend Wirtsgalaxien zu haben, um Muster zu sehen und signifikante Schlussfolgerungen zu ziehen, ist genau das, was das Feld brauchte, um unser Verständnis dieser fantastischen Ereignisse und dessen, was mit Sternen nach ihrem Tod passiert, voranzutreiben.“

Kurze Gammastrahlenausbrüche beherbergen Galaxien über kosmische Zeit.

Nugent ist Doktorand der Physik und Astronomie am Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences sowie Mitglied des Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Wen-fai Fong, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie am Weinberg und ein wichtiges Mitglied von CIERA, berät sie beim zweiten Projekt, das sich auf SGRB-Wirtsbeobachtungen konzentriert.

„In einem Jahrzehnt wird die nächste Generation von Gravitationswellen-Observatorien in der Lage sein, Verschmelzungen von Neutronensternen in denselben Entfernungen zu erkennen, wie wir es heute mit SGRBs tun“, sagte Wen-fai Fong. „Damit dient unser Katalog als Vergleichsmaßstab für zukünftige Nachweise von Neutronensternverschmelzungen.“

„Der Katalog kann über eine einzige Klasse von Transienten wie SGRBs hinaus wirklich Wirkung erzielen“, fügt Co-Autor Yuxin „Vic“ Dong hinzu. „Angesichts der Fülle an Daten und Ergebnissen, die im Katalog präsentiert werden, glaube ich, dass eine Vielzahl von Forschungsprojekten davon Gebrauch machen wird, vielleicht sogar auf eine Weise, an die wir noch nicht gedacht haben.“

Die Forscher verwendeten einige der empfindlichsten Instrumente am WM Keck Observatory, den Gemini Observatories, dem MMT Observatory, dem Large Binocular Telescope Observatory und den Magellan Telescopes am Las Campanas Observatory, um tiefe Bilder und Spektren einiger der schwächsten Galaxien zu erhalten in der Befragung von SGRB-Gastgebern gefunden. Die Daten der Hubble-Weltraumteleskope und Spitzer-Weltraumteleskope wurden ebenfalls in die Forschung einbezogen.

Zuvor konnten Wissenschaftler Wirtsgalaxien nur anhand einer kleinen Stichprobe von SGRBs charakterisieren. Der neue Katalog enthält viermal so viele Beispiele wie jetzt. Der Katalog zeigt, dass SGRB-Wirtsgalaxien aufgrund des Vorteils eines erheblich größeren Datensatzes entweder jung und sternbildend oder uralt und kurz vor dem Tod sein können. Dies deutet darauf hin, dass Neutronensternsysteme aus unterschiedlichen Umgebungen stammen können und bei vielen von ihnen kurze Zeiträume zwischen ihrer Entstehung und ihrer anschließenden Verschmelzung liegen. Angesichts der Tatsache, dass Neutronensternverschmelzungen für die Produktion schwerer Elemente wie Gold und Platin verantwortlich sind, werden die Daten des Katalogs dazu beitragen, das Verständnis der Wissenschaftler für die frühesten Ursprünge dieser reichhaltigen Metalle im Kosmos zu verbessern.

„Wir vermuten, dass die jüngeren SGRBs, die wir in jüngeren Wirtsgalaxien gefunden haben, aus Doppelsternsystemen stammen, die sich in einem „Burst“ einer Sternentstehung gebildet haben und so eng miteinander verbunden sind, dass sie sehr schnell verschmelzen können“, fügte Anya Nugent, eine graduierte Studentin aus dem Nordwesten der USA, hinzu Die Studie konzentrierte sich auf die Modellierung von Wirtsgalaxien. „Langjährige Theorien deuten darauf hin, dass es Möglichkeiten geben muss, Neutronensterne schnell zu verschmelzen, aber bis jetzt konnten wir sie nicht beobachten. Wir finden Hinweise auf ältere SGRBs in viel älteren Galaxien und glauben, dass die Sterne in diesen Galaxien entweder länger gebraucht haben, um einen Doppelstern zu bilden, oder ein Doppelsternsystem waren, das weiter getrennt war. Daher dauerte es länger, bis diese zusammengeführt wurden.“

Das James Webb Space Telescope (JWST), das neue Infrarot-Flaggschiff der NASA, ist bereit, unser Verständnis der Verschmelzungen von Neutronensternen und ihrer zeitlichen Vergangenheit weiter zu erweitern. JWST ist in der Lage, die schwächsten Wirtsgalaxien aus extrem frühen Zeitaltern im Universum zu identifizieren.

„Ich freue mich sehr über die Möglichkeit, mit JWST tiefer in die Ursachen dieser seltenen, explosiven Ereignisse einzudringen“, fügte Nugent hinzu. „Die Fähigkeit des JWST, schwache Galaxien im Universum zu beobachten, könnte weitere SGRB-Wirtsgalaxien aufdecken, die sich derzeit der Entdeckung entziehen, und vielleicht sogar eine fehlende Population und eine Verbindung zum frühen Universum aufdecken.“

„Ich habe vor 10 Jahren mit den Beobachtungen für dieses Projekt begonnen, und es war so befriedigend, die Fackel an die nächste Generation von Forschern weitergeben zu können“, sagte Fong. „Es ist eine der größten Freuden meiner Karriere, zu sehen, wie jahrelange Arbeit in diesem Katalog zum Leben erweckt wird, dank der jungen Forscher, die diese Studie wirklich auf die nächste Stufe gebracht haben.“

Quelle: 10.3847/1538-4357/ac91d0 und 10.3847/1538-4357/ac91d1

Bildquelle: WM-Keck-Observatorium/Adam Makarenko


Source: Revyuh by www.revyuh.com.

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