Hậu quả quang học từ một trong những vụ nổ tia gamma ngắn

Theo dõi nhanh chóng các hậu quả quang học từ một trong những vụ nổ tia gamma ngắn được xác nhận xa nhất (SGRB), được cho là sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron, đang chiếu ánh sáng mới vào những vật thể bí ẩn này. Các quan sát được thực hiện bởi Đài thiên văn Gemini quốc tế, Chương trình NOIRLab của NSF, đã xác nhận khoảng cách của vật thể và đặt nó thẳng đứng vào thời điểm giữa trưa của vũ trụ, khi Vũ trụ đang ở “tuổi thiếu niên” và nhanh chóng hình thành sao. Sự xuất hiện của một SGRB từ rất sớm trong lịch sử Vũ trụ có thể làm thay đổi các lý thuyết về nguồn gốc của chúng, đặc biệt là phải mất bao lâu để hai ngôi sao neutron hợp nhất để tạo ra những sự kiện mạnh mẽ này. Các SGRB được định vị chính xác là rất hiếm, thường chỉ có 7-8 được phát hiện mỗi năm và đây là SGRB có độ tin cậy cao nhất với phát hiện phát quang sau quang.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính viễn vọng Gemini North dài 8.1 mét để đo lượng dư quang của một trong những vụ nổ tia gamma ngắn nhất (SGRB) từng được nghiên cứu. Được cho là kết quả từ sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron, SGRB là những sự kiện thảm khốc gần như không thể hiểu được về các tính chất cơ bản của chúng, phát ra một lượng năng lượng khổng lồ trong khoảng một giây [1]. Các quan sát của Song Tử về một SGRB mới, xa xôi hiện cho thấy quá trình này có thể xảy ra nhanh chóng một cách đáng ngạc nhiên đối với một số hệ thống – với các hệ sao nhị phân khổng lồ sống sót sau vụ nổ siêu tân tinh để trở thành nhị phân sao neutron, và các nhị phân sau đó xoắn lại với nhau trong chưa đầy một tỷ năm để tạo ra một SGRB. Nghiên cứu này sẽ được công bố trên tạp chí Astrophysical Journal Letters .

Vật thể này được đặt tên là GRB181123B vì đây là vụ nổ thứ hai được phát hiện vào ngày 23 tháng 11 năm 2018 – Đêm Lễ Tạ ơn – ban đầu được phát hiện bởi Đài quan sát Swift Neil Gehreb của NASA. Khi cảnh báo về một sự kiện từ vệ tinh Swift được phát đi khắp thế giới, một số kính viễn vọng đã đào tạo quan điểm của họ về nó. Trong vài giờ, một nhóm từ Đại học Tây Bắc đã sử dụng Máy quang phổ đa đối tượng Gemini (GMOS) cũng là một hình ảnh, trên kính viễn vọng Gemini North trên Maunakea ở Hawai’i để ghi lại hậu quả rất mờ của vật thể.

“Chúng tôi đã tận dụng khả năng phản ứng nhanh độc đáo và độ nhạy tinh tế của Gemini North và thiết bị GMOS của nó để có được những quan sát sâu sắc về vụ nổ chỉ vài giờ sau khi phát hiện ra nó”, Kerry Paterson thuộc Trung tâm nghiên cứu và khám phá liên ngành trong CrophAics (CIERA) ) tại Đại học Tây Bắc, Hoa Kỳ, người lãnh đạo nhóm nghiên cứu. “Hình ảnh của Song Tử rất sắc nét và cho phép chúng tôi xác định vị trí của một thiên hà cụ thể.”

“Đây là một ví dụ tuyệt vời về thiên văn học miền thời gian, liên quan đến việc theo dõi cực kỳ nhanh chóng về một sự kiện đang phát triển nhanh chóng”, Hans Krimm thuộc Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ cho biết. “Phản ứng nhanh chóng của Song Tử là rất quan trọng để nắm bắt sự kiện này nhanh chóng, và dữ liệu quang học và hồng ngoại làm tăng thêm sự phấn khích của thiên văn học đa sứ giả – nơi các quan sát ánh sáng, sóng hấp dẫn, neutrino và tia vũ trụ kết hợp với nhau để kể một câu chuyện hấp dẫn.”

Cùng với các quan sát của Song Tử, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các quan sát tiếp theo bằng cách sử dụng Đài quan sát WM Keck ở Hawaii và Kính viễn vọng đa gương (MMT), đặt tại Đài quan sát Fred Lawrence Whoop trên Núi Hopkins ở Arizona. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy ảnh và máy quang phổ hồng ngoại Gemini South, FLAMINGOS-2, ở Chile để thu được quang phổ từ thiên hà chủ để xác định khoảng cách của SGRB. Vật thể được tìm thấy cách chúng ta khoảng 10 tỷ năm ánh sáng, khiến nó trở thành SGRB được xác nhận xa thứ hai và là SGRB có độ tin cậy cao nhất với phát hiện quang phát quang [2]. So với việc phát hiện sóng hấp dẫn từ việc hợp nhất các sao neutron trong Vũ trụ rất gần, SGRB là các chất tương tự ở xa.

Việc xác định các mẫu nhất định trong quang phổ cùng với màu sắc của thiên hà từ ba đài quan sát cho phép các nhà khoa học xác định chính xác khoảng cách và củng cố nó như một trong những SGRB xa nhất cho đến nay trong 16 năm hoạt động của Swift.

Theo dõi nhanh chóng phát hiện bùng nổ từ Swift là điều cần thiết. Nhiều SGRB không thể được quan sát bằng kính viễn vọng kịp thời để bắt được ánh sáng quang học. Ánh sáng từ hào quang mờ đi nhanh chóng và có thể mất một thời gian dài tương ứng để một chiếc kính thiên văn lớn, nhạy cảm làm gián đoạn kế hoạch quan sát bình thường của nó và di chuyển đến mục tiêu mới để bắt đầu quan sát tiếp theo.

Khi phát hiện quang học của SGRB được thực hiện với Gemini và thiên hà chủ của nó đã được xác định, nhóm có thể xác định các thuộc tính chính của quần thể sao mẹ trong thiên hà tạo ra SGRB.

Wen-fai Fong của Đại học Tây Bắc và đồng tác giả của nghiên cứu chia sẻ: “Thực hiện ‘pháp y’ để hiểu môi trường địa phương của SGRB và các thiên hà tại nhà của chúng trông như thế nào có thể cho chúng ta biết rất nhiều về vật lý cơ bản của các hệ thống này, chẳng hạn như cách các nhà tiên tri SGRB hình thành và mất bao lâu để chúng hợp nhất. Chúng tôi chắc chắn không mong đợi phát hiện ra một SGRB cực kỳ xa xôi, vì chúng rất hiếm và mờ nhạt, nhưng chúng tôi đã ngạc nhiên một cách thú vị! Điều này thúc đẩy chúng tôi theo đuổi mọi thứ mà chúng tôi có thể.”

Phần lớn trong số 43 SGRB có độ tin cậy cao được sử dụng trong nghiên cứu có khoảng cách đo được cho đến nay đã được tìm thấy gần nhà hơn. Các SGRB xa xôi cung cấp một cách duy nhất để nghiên cứu các loại sự kiện tương tự khi Vũ trụ trẻ hơn nhiều – giai đoạn bận rộn trong Vũ trụ khi các ngôi sao đang hình thành nhanh chóng và các thiên hà đang phát triển nhanh [3]. Việc bổ sung một SGRB rất xa khác vào dân số có thể thay đổi sự hiểu biết của các nhà thiên văn học về các sự kiện này – đặc biệt là phải mất bao lâu để hai ngôi sao neutron hợp nhất và tốc độ hợp nhất của sao neutron trong kỷ nguyên này của lịch sử Vũ trụ. Theo Fong, tìm kiếm một SGRB từ rất sớm trong lịch sử vũ trụ cho thấy rằng ít nhất một số cặp sao neutron có thể cần phải đến với nhau tương đối nhanh chóng.

Với tài nguyên kính thiên văn phù hợp và các phương tiện theo dõi chuyên dụng như Đài thiên văn Gemini, chúng ta có thể mở ra một kỷ nguyên mới về khám phá các SGRB xa xôi, thúc đẩy các nghiên cứu tiếp theo về các sự kiện trong quá khứ và theo dõi tương tự dữ dội trong tương lai.

Ghi chú

[1] Mặc dù bản chất ngoạn mục của chúng, con đường hình thành đến SGRB vẫn chưa được biết. Các nhà thiên văn học tin rằng chúng có khả năng được hình thành từ một cặp ngôi sao khổng lồ được sinh ra cùng nhau và “chết” cùng nhau như những ngôi sao neutron trước khi hợp nhất.

[2] Dịch chuyển đỏ đo được là z = 1.754.

[3] Thời đại này tương tự như thời niên thiếu của Vũ trụ – rất nhiều điều đang xảy ra, mọi thứ đều lộn xộn và các thiên hà đang phát triển nhanh chóng và chưa ổn định vào thời kỳ cuối của những năm cuối đời.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học (AURA) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. K. Paterson, W. Fong, A. Nugent, A. Rouco Escorial, J. Leja, T. Laskar, R. Chornock, AA Miller, J. Scharwächter, SB Cenko, D. Perley, NR Tanvir, A. Levan, A. Cucchiara, BE Cobb, K. De, E. Berger, G. Terreran, KD Alexander, M. Nicholl, PK Blanchard, D. Cornish. Khám phá về hậu quả quang học và thiên hà chủ của GRB181123B ngắn ở z = 1.754: Ý nghĩa của phân phối thời gian trễ . Tạp chí Vật lý thiên văn , 2020 [ trừu tượng ]