Insight-HXMT- und GECAM-C-Beobachtungen des hellsten GRB 221009A aller Zeiten

Das Institute of High Energy Physics (IHEP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat zusammen mit rund 40 Forschungseinrichtungen weltweit ihre neuesten Entdeckungen über den hellsten Gammastrahlenausbruch (genannt GRB 221009A) veröffentlicht, der jemals von Menschen entdeckt wurde.

Mit den einzigartigen Beobachtungen zweier chinesischer Weltraumteleskope, nämlich Insight-HXMT und GECAM-C, konnten Wissenschaftler genau messen, wie hell der Ausbruch war und wie viel Energie er freisetzte, was der Schlüssel zum Verständnis dieses historischen Ereignisses ist.

Für diesen historischen Gammastrahlenausbruch führte eine andere bodengestützte Einrichtung unter der Leitung des IHEP, das Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), eine gemeinsame Beobachtung mit Insight-HXMT und den GECAM-C-Teleskopen durch. LHAASO machte mehrere wichtige erste Entdeckungen mit seiner großen Menge an sehr hochenergetischen Beobachtungsdaten, über die später berichtet wird.

Als energiereichstes Explosionsphänomen im Universum könnten GRBs durch den Kernkollaps eines massereichen Sterns erzeugt werden, der typischerweise länger als zwei Sekunden dauert, oder durch die Verschmelzung zweier kompakter Sterne wie Neutronensterne und Schwarzer Löcher, die typischerweise andauert weniger als zwei Sekunden und sendet normalerweise Gravitationswellen aus. GRB 221009A gehört zu den ersteren.

Mit den Weltraumteleskopen Insight-HXMT und GECAM-C hat ein vom IHEP geleitetes internationales Team mit Forschern aus über 30 Instituten aus China, den USA, Italien, Frankreich und Deutschland genaue Messungen der sofortigen Emission und des frühen Nachleuchtens dieses beispiellosen Ausbruchs in der harte Röntgen- und weiche Gamma-Energiebänder.

Als dieses GRB ankam, arbeitete GECAM-C in einem speziellen Beobachtungsmodus, der extrem helle GRBs aufzeichnen konnte, genau wie der hellste Teil von GRB 221009A, während viele andere Weltraumteleskope ein so helles Ereignis nicht messen konnten.

„Basierend auf den von GECAM-C erhaltenen genauen Daten stellten wir fest, dass dieser Ausbruch neue Rekorde sowohl bei der beobachteten Helligkeit als auch bei der isotropen äquivalenten Energie aller erkannten Ausbrüche aufstellte, was diesen Ausbruch wirklich außergewöhnlich macht“, sagte Xiong Shaolin, Principal Investigator von GECAM-C, der diese Studie leitete.

„Dieser Ausbruch ist 50-mal heller als der letzte Rekordhalter, und die isotrope Äquivalentenergie dieses Ausbruchs beträgt mehr als 1055 Erg, was etwa der gesamten Ruhemassenenergie von 8 Sonnenmassen entspricht. Eine so enorme Energie wurde gerade innerhalb dieses Ausbruchs freigesetzt ungefähr 1 Minute in der Zeit“, sagte Xiong.

Insight-HXMT ist Chinas erstes Röntgen-Weltraumteleskop, das zur Beobachtung der Röntgenquelle in der Milchstraße entwickelt wurde. Es wurde jedoch erweitert, um Gammastrahlen im gesamten Himmel zu überwachen, insbesondere GRBs.

„Insight-HXMT hat dank seines sehr großen Nachweisbereichs im MeV-Energiebereich eine eindeutige Messung von GRB 221009A für seinen Vorläufer und sein frühes Nachleuchten durchgeführt“, sagte Zhang Shuangnan, Principal Investigator von Insight-HXMT im IHEP.

„Zum Glück haben wir Insight-HXMT und GECAM-C [which are] ergänzen sich gegenseitig, sodass wir uns ein vollständiges Bild von diesem kostbaren Ausbruch machen können“, sagte er.

Gemäß der gemeinsamen Beobachtung von Insight-HXMT und GECAM-C schien das frühe Nachleuchten von GRB 221009A sehr früh von einem langsamen Zerfall zu einem schnellen Zerfall zu wechseln, was bedeutet, dass dieser Ausbruch einen extrem schmalen und leuchtenden Strahl aussendete, der direkt auf uns gerichtet war.

„Diese Ergebnisse werfen ein neues Licht auf die Physik dieser energetischen Explosionen im Universum“, sagte Zhang Bing, Professor an der University of Nevada, Las Vegas, der die theoretische Interpretation dieser Arbeit leitete.

„Eine detailliertere Modellierung ist erforderlich, um zu verstehen, wie es GRB-Triebwerken gelingt, die Jets zu kollimieren, um in einigen Fällen eine so große isotrope Äquivalentenergie zu erzeugen“, sagte Zhang Bing.

Das Papier des Teams ist derzeit auf der verfügbar arXiv Preprint-Server.