Astronomer slås om gådefuldt gammaglimt

Juledag 2010 så satellitten ’Swift’ et mærkværdigt lysglimt i universet, der ikke lignede noget, nogen tidligere havde set. Da glimtet bestod af gammastråling, gik man ud fra, at der måtte være tale om en hidtil ukendt form af de såkaldte gammaglimt, som er de kraftigste eksplosioner i universet.

To forskergrupper har brugt det seneste år på at analysere satellittens opsigtsvækkende målinger, og i dagens udgave af det højtprofilerede videnskabelige tidsskrift Nature præsenterer de hver deres teori om, hvad det er for en hændelse, der har skabt så sælsomt et glimt.

1. Den ene gruppe (ledet af astrofysiker Christina Thöne) argumenterer for, at gammaglimtet er skabt af to stjerner, der oprindeligt har været i kredsløb om hinanden i et dobbeltstjernesystem i en anden galakse et stykke fra vores egen Mælkevej.
   
2. Den anden gruppe (ledet af astrofysiker Sergio Campana) er af den overbevisning, at gammaglimtet er en efterglød af et sammenstød mellem en komet og en neutronstjerne, som befinder sig inden for vores egen galakse.

Lektor Johan Fynbo fra Dark Cosmology Centret på Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet har fulgt begge forskergrupper tæt, fordi han selv har specialiseret sig i gammaglimt. Han forklarer, hvorfor studier af den slags objekter er interessante.

»Studierne af dette gammaglimt er vigtigt, fordi det er med til at give os en bedre forståelse af den mangfoldighed af begivenheder i universet, der kan producere gammaglimt,« siger lektor Johan Fynbo.

Gammaglimtet varede i en halv time

Forskergrupperne bag de to meget forskellige teorier har ifølge Johan Fynbo det til fælles, at de har haft temmeligt svært ved at trænge ned i dataene og analysere dem. Målingerne er nemlig usædvanlige på stort set alle punkter. De to vigtigste er:

• Gammaglimtet varede i en halv time, hvilket er usædvanligt længe. Et gammaglimt varer typisk mellem 10 sekunder og et par minutter, så set i det lys er en halv time ekstremt lang tid.
  
• Gammaglimtets efterglød blev mere og mere rødt som tiden gik. Normalt bevarer eftergløden sin farve.

Den ekstreme varighed gjorde opgaven svær, for der er ingen kendte fænomener, der kan forklare så langt et glimt.

Med håb om at finde ud af, hvad det kunne være, forsøgte man i første omgang at bestemme afstanden til gammaglimtet. Tanken var, at man ud fra kendskabet til gammaglimtets position kan spore sig ind på, hvilket af objekterne i den afstand og retning, som kan have produceret gammaglimtet.

Afstanden viste sig dog at være helt umuligt at bestemme, så det eneste man med sikkerhed ved er, at gammaglimtet er opstået et eller andet sted mellem nogle tusinde lysår til nogle milliarder lysår herfra.

Ny variation af gammaglimt

Christina Thöne er astrofysiker ved Instituto de Astrofisica De Andalucia i Spanien og er medlem af den forskergruppe, som i dagens udgave af Nature argumenterer for, at der er tale om et sammenstød mellem stjerner i en anden galakse. Videnskab.dk har via mail spurgt hende, hvordan hun og hendes kolleger har taklet de massive udfordringer.

Svaret tikker ind i mailboksen på et klingende norsk, der afslører, at hun har boet i Trondheim i et år. Men mailen er krydret med et par danske vendinger og ord, som hun har lært mens hun sidste år arbejdede som gæsteforsker ved Dark Cosmology Centret ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet

»Vi tror, vi har fundet en ny variation af gammaglimt, eller, bedre sagt, en stjernekatastrofe, som producerer noget, der minder om et gammaglimt. Vores data og observationer i forskellige bølgelængder viste en række usædvanlige egenskaber, som krævede, at vi opfandt en helt ny model for, hvordan sådanne gammaglimt opstår,« siger Christina Thöne.

Neutronstjerne i sammenstød

I et forsøg på at matche observationerne har hun og hendes kolleger gennem det sidste år opbygget et kompliceret scenarium, hvor en heliumstjerne under specielle omstændigheder falder ind i en neutronstjerne.

Ved hjælp af computersimuleringer er det lykkedes forskerne at skabe et forløb, der i høj grad genskaber gammaglimtet, som det så ud ifølge Swift, samt den ekstremt svage supernova, der fulgte efter.

»Vi mener, der er tale om et dobbelt-stjerne system. Vores model viser, at det er en neutronstjerne, som er i færd med at støde sammen med sin ledsager – en gammel stjerne, som forbrænder helium i sin kerne og som er omgivet af en brintholdig atmosfære,« siger hun.

Når neutronstjernen rammer ind i heliumstjernens atmosfære, bliver en stor del af atmosfæren kastet ud i rummet i en ‘jet’. Til slut smelter neutronstjernen sammen med det, som bliver tilbage af helium-stjernen og danner en slags gammaglimt.

»Det, som blev observeret, var netop dette hede materiale – en blanding af jet og den udskudte atmosfære. Til sidst medfører dette usædvanlige gammaglimt også en svag supernova, ganske som målt,« forklarer Christina Thöne.

Svag galakse kan være vært

Christina Thöne og hendes kolleger har gennem deres studier også et bud på, hvor gammaglimtet specifikt kommer fra. De er overbeviste om, at det fandt sted i et svagt lysende objekt, som formentlig er en galakse – vel at mærke den svagest lysende galakse, man nogensinde har set knyttet til et gammaglimt.

På lidt længere sigt er det vigtigt at forstå gammaglimt for at være i stand til at kunne måle gravitationelle bølger, som kommer af, at Rumtiden står og vibrerer.

Lektor Johan Fynbo.

Hun synes, det er interessant, at en anden konkurrerende forskergruppe barsler med en helt anden teori om den selvsamme hændelse – ifølge konkurrenterne skulle gammaglimtet stamme fra en kollision mellem en komet og en neutronstjerne i vores egen Mælkevej.

Hun er dog overbevist om, at hendes eget team har den stærkeste teori.

»Vi har lavet en række statistiske tests for at være sikre på, at vores scenarium matcher dataene. I forhold til det andet studie har vi mange flere egne data. Faktisk bad Nature det andet forskerhold om at forsøge at matche vores større datasæt til deres model. Men selv til slut brugte de ikke alle vores data,« siger hun.

Teorierne skal gennem vridemaskinen

Hun understreger dog, at begge forskergrupper har et stort arbejde foran sig, der går ud på at teste og underbygge teorierne.

Hendes egen forskergruppe planlægger f.eks. for øjeblikket at observere det objekt, som de mener er værtsgalakse for gammaglimtet. Det studie skal ske ved hjælp af Hubble Space Teleskopet.

»Helt konkret vil vi afklare, om værtsgalaksekandidaten har en udstrækning på himlen. Selv en lille galakse så tæt på skulle være synlig og fylde noget – det burde ikke være en punktkilde, som stjerner er. En galakse optræder typisk også ved at have en lysstyrke, der ikke ændrer sig over korte tidsskalaer som f.eks. et år, så hvis den ændrer sig, må der være tale om en anden form for objekt,« siger Christina Thöne.

Den konkurrerende forskergruppe under ledelse af den italienske astrofysiker Sergio Campana fra INAF – Osservatorio astronomico di Brera – vil forsøge at underbygge deres teori ved at gå på jagt efter radio- eller røntgenemissioner, som man kunne forvente fra en hed neutronstjerne eller pulsar.