Ik heb toevallig een telescoop die gericht is op de helderste supernova die ooit is waargenomen – Ars Technica

Supernovae zijn enkele van de meest energetische gebeurtenissen in het universum. Een subset hiervan omvat gammastraaluitbarstingen, waarbij veel van de uitgestraalde energie afkomstig is van fotonen met extreem hoge energie. We denken te weten waarom dit over het algemeen gebeurt – het zwarte gat dat overblijft na de explosie stoot materiaalstralen uit met bijna de snelheid van het licht. Maar de details van hoe en waar deze jets fotonen produceren, zijn nog lang niet volledig uitgewerkt.

Helaas gebeuren deze gebeurtenissen te snel en te ver weg, dus het is niet gemakkelijk om er gedetailleerde aantekeningen over te maken. Een recente gammastraaluitbarsting met de naam BOAT (Brightest Ever Recorded) kan ons echter binnen enkele dagen na de supernova-explosie nieuwe informatie verschaffen over gebeurtenissen. Een nieuw artikel beschrijft gegevens van een telescoop die in de goede richting wees en gevoelig was voor de extreem hoge energiestraling van de gebeurtenis.

ik moet een douche nemen

De eerder genoemde “telescoop” is Groot luchtdouche-observatorium op grote hoogte (LHAASO). Gelegen op drie mijl (4.400 meter) boven zeeniveau, is het observatorium een ​​reeks instrumenten die geen telescoop in de traditionele zin is. In plaats daarvan zou het luchtbuien moeten opvangen – een ingewikkelde ketting van puin en fotonen die worden geproduceerd wanneer hoogenergetische deeltjes uit de ruimte in botsing komen met de atmosfeer.

Hoewel beperkt in vergelijking met conventionele telescopen, hebben luchtdouche-detectoren enkele voordelen met betrekking tot evenementen zoals BOAT. Ze hebben een heel breed gezichtsveld omdat ze zich niet zozeer op een gebeurtenis hoeven te concentreren, maar ze moeten deze reconstrueren op basis van de fotonen en deeltjes die het aardoppervlak bereiken. Ze zijn alleen gevoelig voor energierijke gebeurtenissen, wat betekent dat daglicht te energiearm is om te interfereren, zodat ze de klok rond kunnen werken.

Omdat LHAASO gegevens verzamelde toen de BOAT-supernova uitbarstte, pikten de detectoren niet alleen het begin van de gebeurtenis op, maar konden ze de evolutie ervan nog enkele dagen daarna volgen. Hoewel er een slechte ruimtelijke resolutie was, was er een enorme hoeveelheid gegevens, allemaal gescheiden door golflengte. In de eerste 100 minuten werden meer dan 64.000 fotonen gedetecteerd met energieën van meer dan 200 GeV. Voor de context: het omzetten van de volledige massa van een proton in energie levert iets minder dan één GeV op.

Een van de eerste dingen die duidelijk werd, was dat er een enorm verschil was tussen fotonen met lagere (maar nog steeds zeer hoge!) energieën en fotonen aan de meer extreme uiteinden van het elektromagnetische spectrum. Gegevens van fotonen die boven de TeV waren, veranderden soepel in de loop van de tijd, terwijl die in het mega-elektronvolt-bereik op en neer fluctueerden.

De gegevens begrijpen

De onderzoekers suggereren dat deze gegevens consistent zijn met het voorstel dat gebeurtenissen met lage energie worden veroorzaakt door de jets die interageren met het turbulente puin van de supernova. Omdat dit puin complex zou zijn en zich dicht bij de bron van de jets zou bevinden, zou het de hoeveelheid ruimtedeeltjes in de jets die zouden moeten versnellen beperken, waardoor hun energie zou worden beperkt.

Daarentegen worden fotonen met een hogere energie geproduceerd in gebieden waar de jets het puin van de supernova hebben weggeschraapt en zijn gaan interageren met de materie die de omgeving van de ster vormde – deeltjes die waarschijnlijk zijn gebombardeerd door het stellaire equivalent van de zonnewind. Het is een meer schaarse en uniforme omgeving, waardoor de jets een minder turbulent pad hebben om deeltjes te versnellen tot de extreme energieën die nodig zijn om fotonen te produceren met energieën hoger dan TeV.

Hoewel het moeilijk lijkt om voorbij het puin van de supernova te komen, gaat het proces erg snel omdat de jets de deeltjes versnellen tot bijna de snelheid van het licht. Daarom duurt het slechts ongeveer vijf seconden om de snelle stijging van TeV-fotonen in de gegevens te zien.

Vanaf daar is het een zachtere afdaling die ongeveer 13 seconden duurt. Het onderzoeksteam achter het werk suggereert dat de stralen interageren met en versnellen van deeltjes in de omgeving voorbij het overblijfsel van de ster. Dit verhoogt het aantal hoogenergetische fotonen, maar onttrekt tegelijkertijd een deel van de energie aan de jets wanneer ze tegen een grotere stapel materiaal worden geduwd terwijl ze door de omgeving voortbewegen.

Uiteindelijk trekt deze opeenhoping van materiaal genoeg energie aan zodat het aantal hoogenergetische fotonen geleidelijk begint af te nemen. Deze druppel is langzaam genoeg dat het ongeveer 11 minuten of zo duurt.

In het geval van de BOAT-supernova volgde een scherpe daling van de hoogenergetische fotonen. Aangenomen wordt dat dit wordt veroorzaakt doordat de jets breder worden naarmate ze verder weg bewegen van hun bron, wat betekent dat de boot net zo helder was als we hem waarnamen omdat de centrale kern van de jet direct op de grond was gericht. De timing van deze afdaling geeft ook enige informatie over hoe breed het vliegtuig op dit moment is.

Er valt nog veel te leren over deze gebeurtenissen – we weten bijvoorbeeld nog steeds niet zeker hoe zwarte gaten materiaalstralen vrijgeven. Maar dit soort gedetailleerde waarnemingen kunnen ons een beter idee geven van de timing en dynamiek van jetvorming, wat uiteindelijk zal helpen modellen te verschaffen van wat er gebeurt tijdens de vorming van zwarte gaten en jetvorming.

Wetenschap, 2023. DOI: 10.1126/wetenschap.adg9328 (over DOI’s).