Gammaglimt afslører kosmisk kæmpekollision
Astrofysikere har set sporene efter en ny slags eksplosion i rummet. Når neutronstjerner kolliderer, er resultatet et kort gammaglimt og en såkaldt kilonova, hvor tunge grundstoffer som guld dannes.

På billedet fra Hubble-teleskopet kunne astronomerne se den infrarøde efterglød af kilonovaen d. 13. juni. Tre uger efter var den væk igen. (Foto: NASA, ESA & Z. Levay (STScI/AURA))

Ind imellem opfanger satellitter kortvarige glimt af ekstremt energirig stråling - såkaldte gammaglimt. De korte gammaglimt har længe været en astronomisk gåde, men nu har en gruppe astrofysikere fundet ud af, hvor de stammer fra.

»Vi ville jo gerne finde ud af, hvad korte gammaglimt er,« fortæller Jens Hjorth, der er professor i astrofysik og leder af Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Læs også: Astronomer slås om gådefuldt gammaglimt

Han er blandt forfatterne til den videnskabelige artikel om opdagelsen i tidsskriftet Nature.

»Tidligere har vi fundet ud af, at de lange gammaglimt, der varer mere end to sekunder, udsendes af meget tunge stjerner, der kollapser. Men det er en anden mekanisme, der står bag de korte gammaglimt.«

»Nu har vi vist, at de korte gammaglimt udsendes, når meget kompakte objekter - sandsynligvis neutronstjerner - roterer stadig tættere om hinanden og til sidst støder sammen.«

På jagt efter kilonovaer

Fakta

Et gammaglimt er den mest energirige begivenhed i vores Univers (som vi kender til). Det er resultatet af enten en eksploderende stjerne, eller af to kolliderende, kompakte objekter (neutronstjerner eller et sort hul).

Kilde: dark-cosmology.dk

Når en stjerne langt større end Solen brænder ud, er resultatet en ultrakompakt neutronstjerne eller et sort hul. Et dobbeltsystem bestående af to store stjerner kan blive til en neutronstjerne, der danser stadig tættere om en anden neutronstjerne eller et sort hul, og de to massive objekter ender med at kollidere.

Gammaglimtet er ikke det eneste resultatet af sådan en kollisionen. De teoretiske  fysikere har i nogen tid forudsagt, at sammenstødet også udsender lys, som forskerne kalder en kilonova.

En kilonova er omkring 1.000 gange så lysstærk som en almindelig nova -  en voldsom eksplosion på overfladen af en hvid dværgstjerne - med dog ikke nær så kraftig som en supernova, der kan skinne 10 til 100 gange kraftigere.

Astrofysikerne har da også haft teleskoperne rettet mod himlen i jagten på kilonovaer, men først nu er det lykkedes at finde en. Det har nemlig vist sig, at de har kigget på den forkerte måde. De har forsøgt at finde kilonovaer, der lyste kraftigt op på samme måde som supernovaer, men i marts viste helt nye teoretiske beregninger, at en kilonova nærmere ville lyse op i det nærinfrarøde område.

Hubble blev sat i sving

Da NASA-satellitten Swift den 3. juni detekterede et 0,18 sekund kort gammaglimt, var forskerne hurtige. De skyndte sig at reservere tid ved rumteleskopet Hubble, der blev peget i retning af stjernebilledet Løven, hvor gammaglimtet kom fra.

En uges tid efter glimtet opfangede teleskopet kilonovaens lys i det nærinfrarøde område, præcist som forudsagt af teorien om kolliderende neutronstjerner.

To neutronstjerner har kredset stadig tættere på hinanden, indtil de til sidst er kollideret. Ved sammenstødet blev der først udsendt et gammaglimt, senere kom den infrarøde stråling. (Tegning: NASA, ESA & A. Feild (STScI))

Læs også: Neutronstjernes opførsel bryder med alle teorier

Astrofysikerne har således vist, at de korte gammaglimt efter alt at dømme kommer fra sammenstødet mellem uhyre kompakte himmellegemer, hvoraf mindst det ene er en neutronstjerne.

Tunge grundstoffer dannes i eksplosionen

I samme ombæring er de kommet på sporet af, hvor en stor del af universets tungeste grundstoffer kommer fra.  De er ganske svære at producere, men det kan netop klares i sådan et sammenstød mellem objekter med mange neutroner.

Det er faktisk netop på grund af de tunge grundstoffer, at lyset fra kilonovaen er infrarødt, og at det først kommer en uge efter gammaglimtet.

»Det materiale, der bliver dannet, absorberer det synlige lys, som kilonovaen udsender. Så selv om lyset bliver udsendt i det optiske område, så ser man det ikke. Lyset skal først diffundere ud af det neutronrige materiale, og det betyder, at det først kommer en uge senere og så i det infrarøde spektrum,« fortæller Jens Hjorth.

Guld kommer fra neutronstjernesammenstød

»Fordi lyset kun kommer ud i det infrarøde område, så må der være dannet alle disse tungere grundstoffer. Nu har vi vist, at de bliver dannet i de sammensmeltende neutronstjerner,« fortsætter han.

Fakta

Dark Cosmology er et Center of Excellence, støttet af Danmarks Grundforskningsfond, Dark Cosmology - eller Center for Kosmologi - har for perioden 2005-2015 modtaget en samlet bevilling på 114,2 mio. kr fra Grundforskningsfonden.

»Det er enormt interessant, for vi har ikke rigtig vidst, hvor de tunge grundstoffer - inklusive guld og platin - bliver dannet henne. Det er muligt, at de fleste af universets tungere grundstoffer bliver dannet i sådanne systemer.«

Læs også: Forskere har fundet guldets kilde

Ædelmetallerne i vores jordiske smykker kan således oprindeligt stamme fra en lokal kilonova som den, astronomerne fik øje på fire milliarder lysår herfra.

Gammaglimt og tyngdebølger følges ad

I et dobbeltsystem kredser neutronstjernerne stadig tættere på hinanden, fordi systemet mister energi i form af tyngdebølger - en slags krusninger i rumtiden, der ifølge Einsteins almene relativitetsteori udsendes, når masser accelererer i forhold til hinanden.

Tyngdebølger er ekstremt svage, og de er aldrig blevet detekteret direkte, for der er endnu ikke blevet bygget tyngdebølgedetektorer, der er følsomme nok. Men de er på vej og dukker sandsynligvis op om nogle år.

»De mest oplagte kandidater til kraftige tyngdebølger, der kan opfanges af kommende detektorer her på Jorden, det er faktisk disse her sammensmeltende neutronstjerner. Hvis vi ser et kort gammaglimt, bør detektorerne også opfange tyngdebølgerne fra begivenheden. Så det er en spændende mulighed for fremtiden: At se, om gammaglimt og tyngdebølgerne følges ad,« slutter Jens Hjorth.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud