Forscher unter der Leitung von Dr. Xin Liping vom Forschungsteam „Space-based Multi-band Astronomical Variable Objects Monitor“ (SVOM) der Nationalen Astronomischen Observatorien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (NAOC) haben die prompte optische Emission und ihren Übergang in die Frühzeit entdeckt Nachleuchten eines Gammastrahlenausbruchs (GRB 201223A) mit dem Ground Wide Angle Camera Array (GWAC) am Xinglong-Observatorium der NAOC. Die Studie wurde veröffentlicht in Naturastronomie am 10.04.
Gammastrahlenausbrüche (GRBs) werden durch den Kollaps massereicher Sterne oder die Verschmelzung zweier Neutronensterne erzeugt. Sie werden von extrem relativistischen Jets begleitet, die innerhalb weniger Sekunden nach den Explosionen enorme Energiemengen abgeben. Dieses Phänomen umfasst die sofortige Emission, die durch den Stoß im Strahl verursacht wird, und das Nachglühen, das durch die Wechselwirkung zwischen dem Strahl und dem externen Medium erzeugt wird.
Eine typische hochenergetische Emission dauert nur wenige Millisekunden bis zu zehn Sekunden, und es ist schwierig, in Echtzeit nachzuverfolgen, wenn bodengestützte optische Teleskope Warnungen erhalten, die von weltraumgestützten Hochenergieinstrumenten ausgelöst werden. Bisher wurden nur wenige Fälle von optischer Emission vor dem Ende der prompten hochenergetischen Emission nachgewiesen. Diese GRBs haben eine längere Dauer der hochenergetischen Emission (> 30 Sekunden). Darüber hinaus waren alle diese Messungen mit Rückstoß kontaminiert, was es schwierig machte, den Übergang von der sofortigen Emission zum Nachleuchten klar zu überprüfen.
GWAC, vorgeschlagen und geleitet von Prof. Wei Jianyan, Hauptforscher der SVOM-Mission, ist eines der wichtigsten bodengestützten Teleskope für das SVOM-Projekt. Es kann einen ultragroßen Himmelsbereich mit einer zeitlichen Auflösung von 15 Sekunden und einer Erkennungsfähigkeit von 16 Magnituden abdecken. Sein wissenschaftlicher Zweck ist die systematische Erforschung der sofortigen optischen Emission von GRBs, die von der SVOM-Mission entdeckt wurden.
In dieser Studie zeichnete GWAC den gesamten Prozess auf – vor, während und nach dem Auslösezeitpunkt des Bursts. Die Dauer der hochenergetischen Emission betrug 29 Sekunden. Die Entstehung von optischen und Gammastrahlenemissionen wurde gleichzeitig nachgewiesen.
„Die sofortige optische Emission ist um etwa vier Größenordnungen viel heller als erwartet, wenn nur die Gammastrahlenemission analysiert wird, was eine spezielle physikalische Interpretation für diese Messungen erfordert“, sagte Dr. Xin.
Laut gemeinsamer Analyse unter Verwendung der Folgebeobachtungen von F60A, einem optischen Teleskop, das gemeinsam von NAOC und der Guangxi-Universität betrieben wird, wurde der vollständige Übergang von der sofortigen optischen Emission zum Nachleuchten eindeutig ohne Kontamination durch Rückstoß erreicht.
Die extrem frühen einzigartigen Daten, die von GWAC bereitgestellt werden, legen eine feine Einschränkung für die Eigenschaften des Vorläufers fest. Wissenschaftler erwarten starke Sternwinde um einen massereichen Stern, der als idealer Vorläufer eines Gammastrahlenausbruchs gilt. Allerdings ist der Sternwind für dieses Ereignis ziemlich klein, selbst in sehr geringer Entfernung vom Ausbruch, was darauf hindeutet, dass der Vorläufer eine kleine Sternmasse hat.
Nach dem Start von SVOM werden gleichzeitige Beobachtungen durch weltraumgestützte GWAC- und SVOM-Instrumente das Potenzial haben, wesentliche Daten für GRB-Studien zu liefern, und schließlich wird während der SVOM-Mission eine große Probe mit sofortigen optischen Beobachtungen aufgebaut.
Mehr Informationen:
Liping Xin et al, Prompt-to-Afterglow-Übergang der optischen Emission in einem langen Gammastrahlenausbruch, der mit einem Feuerball übereinstimmt, Naturastronomie (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01930-0