Det mest energirige gammaglimt nogensinde er observeret af forskere

8. oktober sidste år var tilsyneladende en dag som alle andre. Rumsonden Voyager 1, som blev opsendt i 1977, var på vej bort fra Solsystemet og allerede ganske langt borte, nemlig 160 AE eller 160 gange Jordens afstand til Solen. Men så skete der noget.

Selv om Voyager nu har fløjet i rummet i over 45 år, så virker nogle få af instrumenterne stadig, og her langt, langt uden for Plutos bane registrerede dens måleinstrumenter en pludselig voldsom stråling. Et signal blev sendt, men det var omkring 20 timer om at nå ned til Jorden.

Dette var den allerførste måling af, hvad der senere blev kaldt GRB 221009A – Gamma Ray Burst 9 oktober 2022. Datoen fortæller, hvornår gammaglimtet blev observeret på Jorden, og det var jo først dagen efter Voyager 1, som så glimtet allerede 8. oktober.

Jorden er omgivet af astronomiske satellitter, der næsten konstant holder himlen under observation. Fermi-satellitten var den første, som også opdagede strålingen, men dette blev ikke straks sendt til basen på Jorden.

Så kom der en alarm fra SWIFT-observatoriet (et NASA-rumteleskop) om en meget usædvanlig hændelse, så nu begyndte astronomerne for alvor at reagere, og man blev efterhånden klar over, at her havde man ikke bare set et gammaglimt, men et glimt så kraftigt, at astronomerne gav det øgenavnet BOAT – en forkortelse for ’Brightest of All Time’.

Siden da har man foretaget en lang række målinger for at være helt sikker på opdagelsen, og det har taget tid, fordi det sted på himlen, hvorfra gammaglimtet er kommet, har været skjult bag Solen i nogen tid.

Afstanden bestemmes

Ved hjælp af en spektrograf, som er monteret på VLT (VLT står for ‘Very Large Telescope’ og er et europæisk superteleskop i Chile), lykkedes det et team anført af Daniele Bjørn Malesani, astronom ved Radboud Universitet i Holland og affilieret forsker ved Cosmic Dawn Center ved Københavns Universitet, at måle den præcise afstand til GRB 221009A.

Selvom glimtets ‘værtsgalakse’ viste sig at ligge mere end to milliarder lysår væk, er dette faktisk et af de nærmeste glimt man har fundet. Med en præcis afstand var teamet desuden i stand til at beregne den total mængde energi udløst af glimtet.

»Gammaglimt er altid energirige, men den her var fuldstændig overvældende: I løbet af de 290 sekunder, som GRB 221009A varede, udløste det omtrent 1.000 gange så meget energi, som vores sol har udsendt i hele dens 4,5 milliarder år lange levetid,« siger Malesani i en pressemeddelelse fra Cosmic Dawn Center, Københavns Universitet.

En anden måde at udtrykke dette på er, at glimtet for en kort stund var mere lysstærkt end det samlede lys fra alle Mælkevejens hundrede milliarder af stjerner tilsammen.

Denne beregning antager dog, at GRB 221009A udsendte den samme mængde lys i alle retninger. Mere sandsynligt er energien dog ‘koncentreret’ i en smal stråle, i hvis retning vi så tilfældigvis ligger. Den totale energi er derfor en del mindre, omend stadig ufattelig stor.

Uanset hvad er det det mest energirige gammaglimt, som nogensinde er set, ikke mindre end 70 gange kraftigere end det næstkraftigste. Det blev endda rapporteret at have påvirket Jordens ionosfære.

»Teoretisk set forventer vi, at et så kraftigt glimt kun burde hænde én gang i 10.000 år,« forklarer Malesani.

»Det får os til at overveje, om vores opdagelse er rent og skær held, eller om der er noget, vi har misforstået omkring gammaglimtenes natur.«

Fra den kolde krig til BOAT

Først nu er astronomerne så sikre, at opdagelsen er blevet til en nyhed, der hurtigt er gået verden rundt. I den anledning har den amerikanske astronom Eric Burns fra Louisianas universitet på en pressekonference på Hawaii 28. marts beskrevet BOAT-hændelsen således:

»Det er bare et helt monstrøst udbrud. Det er yderst ekstraordinært; vi har aldrig set noget, der bare ligner. BOAT er en begivenhed, man kun oplever en gang i 10.000 år. Så der er en rimelig chance for, at dette er det kraftigste gammaglimt, der har ramt Jorden, siden den menneskelige civilisation begyndte.«

Det er jo store ord, men inden vi ser lidt nærmere på selve begivenheden, blot en kort historie om, hvordan man overhovedet opdagede gammaglimtet, som normalt kun varer brøkdele af sekunder – og det fører os lige tilbage til den kolde krig for 60 år siden.

Under den kolde krig afprøvede stormagterne atomvåben i den helt store stil. Rusland slog rekorden i 1961, hvor de over den arktiske ø Novaja Zemlja afprøvede en bombe på over 50 megaton. Den var så kraftig, at den knuste ruder i Finland 1.000 km borte.

Det var derfor klart, at det nok ikke var en god ide at fortsætte med kernevåbensprængninger i atmosfæren, og allerede i 1963 blev der underskrevet en traktat ved navn ’The Partial Nuclear Test Ban Treaty’, der forbød afprøvning af atomvåben i atmosfæren, under vandet og i rummet.

Nu er tillid godt, men kontrol bedre, så amerikanerne opsendte en serie af satellitter kaldet Vela, som netop skulle afsløre prøvesprængninger i rummet ved at observere det gammaglimt, som en atomeksplosion skaber. Og det lykkedes – men ikke på den måde politikerne havde forestillet sig. Vela 3 og 4 opdagede faktisk gammaglimt, hvor en nøjere undersøgelse viste, at de ikke var skabt af russiske atomvåben, men kom fra selve universet.

Gammaglimt blev opdaget i 1967

Gammaglimt blev opdaget allerede i 1967, men det hele var så hemmeligt, at verden først hørte om fænomenet i 1973 – og så begyndte den store jagt på at forstå, hvad det var, der foregik måske milliarder af lysår borte.

Herefter er historien lang og kompliceret, for der var tale om så enorme energimængder, at de var svære at rumme i datidens astronomi. Man opdagede nemlig, at de fleste gammaglimt kom fra steder milliarder af lysår borte, og at et typisk gammaglimt på sekunder frigør lige så meget energi, som Solen producerer i løbet af hele sin levetid på 10 milliarder år.

Satellitter observerer typisk et gammaglimt om dagen, men da strålingen udsendes i en meget smal kegle, er der også mange gammaglimt, vi ikke ser, fordi strålingen ikke har retning mod Jorden. Man anslår, at der i universet i virkeligheden produceres omkring 500 gammaglimt om dagen.

Teorierne for gammaglimt blev skabt gradvist, efterhånden som begreber som sorte huller og neutronstjerner blev en del af astronomien, og man med rumobservatorier fik mulighed for at observere gammastråling fra universet. Til alt held for os, absorberes denne type stråling nemlig af Jordens atmosfære.

Hvad er et gammaglimt?

Vi har måske endnu ikke helt styr på fænomenet gammaglimt, men der er nu almindelig enighed om, at der findes ikke et, men to slags gammaglimt, de korte og de lange. De korte varer kun brøkdele af sekunder og de lange op til flere minutter, og de dannes på forskellig måde.

I dag mener man, at de korte gammaglimt med en varighed på brøkdele op til 1-2 sekunder skabes ved sammenstød mellem to neutronstjerner. Ved at sådant sammenstød skabes et sort hul, men samtidig udsendes også en meget kraftig gammastråling.

De lange gammaglimt skabes formodentlig af såkaldte hypernovaer, udbrud, der er langt kraftigere end almindelige supernovaer. De opstår, når stjerner mellem fem og 10 gange vores sols masse afslutter deres liv ved at implodere og ender som sorte huller. Hypernovaer producerer 100 gange mere energi end typiske supernovaudbrud, og man mener, at de skabes af stjerner, der roterer usædvanligt hurtigt eller har et særligt stærkt magnetfelt.

Men der er indtil videre kun tale om teorier, da der er der er mange uafklarede spørgsmål.

Hvorfor er BOAT så klar?

Gammaglimtet med øgenavnet BOAT er jo netop blevet berømt, fordi det er det kraftigste, der nogensinde er observeret – men det betyder nu ikke, at det er usædvanlig stærkt. Forklaringen kan være, at vi ved et tilfælde ser direkte ind i glimtet – det svarer lidt til at se ind i en projektør. Den teori blev i hvert fald fremsat af astronomen Kate Alexander fra University of Arizona på pressekonferencen 28. marts.

BOAT var et langvarigt gammaglimt, så forskere forventer, at en supernova vil dukke op på dens lokalitet et sted omkring 1,9 milliarder lysår fra Jorden. Men endnu har man ikke fundet en passende supernova på stedet, selvom man har søgt i området med NASA’s James Webb-rumteleskop og Hubble-rumteleskopet og flere andre instrumenter.

Kasper Heintz, adjunkt ved Cosmic Dawn Center, forklarer i pressemeddelelsen:

»Gammaglimt som GRB 221009A forventes af eksplodere sammen med en supernova, hvis lys burde ‘lægges til’ selve gammaglimtets lys. Men for det her glimt kunne Webb, på trods af sit gigantiske spejl, ikke påvise nogen evidens for en klar supernova.«

»Hvis det er en supernova er den meget svag,« sagde Andrew Levan, professor i astrofysik ved Radboud Universitet i Holland, i pressemeddelelsen.

»Vi planlægger at blive ved med at lede, men det er muligt, at hele stjernen kollapsede direkte ind i det sorte hul i stedet for at eksplodere.«

Man kan nemlig godt have næsten usynlige supernovaer, hvis eksplosionen er så voldsom, at alt stof forsvinder med det samme ind i et sort hul i stedet for at blive spredt til alle sider.

Hidtil er gammastråleudbrud kun blevet opdaget i fjerne galakser. Det er dog muligt, at der har været gammaglimt skabt i vores egen Mælkevej.

En af de fem store masseuddøender her på Jorden fandt sted i den geologiske periode, der kaldes Ordoviciuum, for 450 millioner år siden. Der er fremsat teorier om, at årsagen her kan være et gammaglimt fra vores egen Mælkevej. Et sådant udbrud kunne nemlig fjerne vores planets beskyttende ozonlag og udsætte alt liv for dødelig ultraviolet stråling for en tid.

Så vi skal vist være glade for, at gammaglimt astronomisk set er meget sjældne hændelser.