Neue Forschungsergebnisse zum Gammastrahlenausbruch (GRB) mit der Bezeichnung GRB 221009A vom Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) wurden von der Zeitschrift online veröffentlicht Wissenschaft am 8. Juni 2023. Die Studie mit dem Titel „A Tera-Electron Volt Afterglow from a Narrow Jet in an Extreme Bright GRB 221009A“ wurde von der internationalen Zusammenarbeit LHAASO abgeschlossen.
Vor etwa zwei Milliarden Jahren verbrauchte ein massereicher Stern, der mehr als 20-mal schwerer als die Sonne war, die Fusionsenergie seines Kernbrennstoffs, kollabierte augenblicklich und löste eine gewaltige Explosion aus, die einen gebündelten Ausbruch kosmischer Feuerwerkskörper auslöste, die als Gammastrahlung bekannt sind Burst (GRB), der Hunderte von Sekunden dauerte.
Die hochenergetischen Gammastrahlenphotonen, die durch die Kollision zwischen dem Feuerball und interstellarer Materie erzeugt wurden, reisten durch das riesige Universum und steuerten direkt auf die Erde zu. Am Abend des 9. Oktober 2022 um 13:20:50 UT erreichten diese Photonen das Sichtfeld von LHAASO, wo über 60.000 Gammastrahlenphotonen gesammelt wurden. Nach mehreren Monaten der Analyse enthüllten die Wissenschaftler endlich die Details dieses Explosionsereignisses.
LHAASO misst erstmals präzise die gesamte Lichtkurve hochenergetischer Photonen aus dem Nachleuchten eines GRB
Der von LHAASO gesammelte Photonenfluss weist darauf hin, dass sie von der Strahlung nach dem Hauptausbruch stammten. Der Hauptausbruch, die sofortige Emission, ist die anfängliche massive Explosion, die durch intensive Gammastrahlenstrahlung niedriger Energie gekennzeichnet ist. Der folgende Ausbruch, bekannt als Nachglühen, entsteht, wenn die ausgestoßene Materie mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit mit dem umgebenden interstellaren Gas kollidiert.
„LHAASO hat zum ersten Mal den gesamten Prozess des Nachleuchtens genau gemessen, der die gesamte Phase des Tera-Elektronenvolt-Gammastrahlenflusses vom Aufstieg bis zum Zerfall umfasst“, sagte Cao Zhen, Hauptforscher des LHAASO-Projekts und Sprecher der LHAASO-Kollaboration , und Professor am Institut für Hochenergiephysik (IHEP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.
Basierend auf der Beobachtung Zehntausender GRBs haben Wissenschaftler scheinbar perfekte theoretische Modelle entwickelt und haben großes Vertrauen in sie. LHAASO beobachtete die vollständige Kurve des hochenergetischen Lichts, die andere Experimente noch nicht erreicht haben, und lieferte so eine perfekte Datenbasis für präzise Tests dieser theoretischen Modelle. Angesichts der Seltenheit dieses Ereignisses, das wahrscheinlich nur einmal im Jahrtausend auftritt, wird erwartet, dass dieses beobachtete Ergebnis auch in den nächsten Jahrzehnten oder sogar Jahrhunderten eines der besten bleiben wird.
LHAASO misst zum ersten Mal den schnellen Verstärkungsprozess des hochenergetischen Photonenflusses von einem GRB
„Zu Beginn des Nachleuchtens stellte LHAASO zum ersten Mal eine extrem schnelle Steigerung des Photonenflusses fest“, sagte Yao Zhiguo, Professor am IHEP und einer der entsprechenden Autoren der Arbeit. Innerhalb eines Zeitintervalls von weniger als zwei Sekunden erhöhte sich der Fluss um mehr als das Hundertfache, gefolgt von einem langsamen Anstieg, der den erwarteten Eigenschaften eines Nachleuchtens entspricht. Das frühe Rapid-Enhancement-Phänomen übertrifft die Erwartungen früherer theoretischer Modelle.
Dies führt zu der Frage: Welche Mechanismen sind tatsächlich im Spiel? Die veröffentlichten Ergebnisse würden innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft eingehende Diskussionen über die an GRBs beteiligten Mechanismen anstoßen, einschließlich Energieinjektion, Photonenabsorption und Teilchenbeschleunigung.
LHAASO enthüllt das Geheimnis der Helligkeit des hellsten GRB aller Zeiten
LHAASO-Beobachtungen haben gezeigt, dass die Helligkeit hochenergetischer Strahlung etwa 10 Minuten nach Beginn des Nachleuchtens schneller abnimmt. „Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass das ausgestoßene Material nach der Explosion eine strahlartige Struktur bildet und die schnelle Abnahme der Helligkeit auftritt, wenn sich der Strahlungswinkel bis zum Rand des Strahls erstreckt“, sagte Wang Xiangyu, Professor in Nanjing Universität und einer der korrespondierenden Autoren des Artikels. Aufgrund des extrem frühen Auftretens dieses Helligkeitsübergangs wird angenommen, dass der gemessene Winkel des Strahls extrem klein ist und nur 0,8 Grad beträgt.
Dies ist der bisher kleinste bekannte Jet-Winkel, was darauf hindeutet, dass es sich tatsächlich um den hellsten Kern eines typischen, innen hellen und außen dunklen Jets handelt. „Der Beobachter steht zufällig direkt vor dem hellsten Kern des Jets, und das erklärt natürlich, warum dieser Gammastrahlenausbruch der hellste in der Geschichte ist und warum ein solches Ereignis so selten ist“, sagte Dai Zigao, Professor an der Universität Science and Technology of China von CAS und einer der korrespondierenden Autoren des Papiers.
Die datenintensiven Beobachtungen von LHAASO bei hoher Energie werden weitere Geheimnisse enthüllen
Innerhalb der kurzen Dauer dieses Ereignisses überstieg die Anzahl der von LHAASO aufgezeichneten Photonen die Gesamtzahl der Photonen, die in den letzten Jahren vom „Standardkerzen“-Krabbennebel beobachtet wurden. „Wenn die Auswahlkriterien etwas gelockert würden, könnte die Photonenzahl sogar 100.000 erreichen!“ sagte Zha Min, Professor am IHEP und einer der entsprechenden Autoren des Papiers.
Zum Vergleich: Andere Instrumente im ähnlichen Energieband hatten bisher weniger als 1000 Photonen in anderen GRBs entdeckt und sind erst mehrere zehn Sekunden nach dem Ausbruch in der Lage, Photonen zu erkennen.“ Bislang gibt es diesbezüglich noch viele Unbekannte „Es ist ein Ausbruchsereignis aufgetreten, und LHAASO-Wissenschaftler analysieren die Daten noch immer, um weitere Geheimnisse zu enthüllen. Bitte bleiben Sie gespannt auf die weiteren Analyseergebnisse von LHAASO“, sagte Prof. Cao.
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Cao Zhen et al., Ein Tera-Elektronenvolt-Nachleuchten eines schmalen Strahls in einem extrem hellen Gammastrahlenausbruch, Wissenschaft (2023). DOI: 10.1126/science.adg9328