Et av de største mysteriene i kosmos har blitt oppklart ved hjelp av observasjoner gjort med romteleskopet Hubble nå i sommer. Forklaringen involverer en ny type stjerne-eksplosjoner, supertette stjernerester og energimengder som er ekstreme selv i en astronomisk sammenheng.

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

Ettergløden etter gammaglimtet 3. juni 2013 fotografert 13. juni 2013 og 3. juli 2013. Foto: NASA, ESA, N. Tanvir (University of Leicester), A. Fruchter (STScI), and A. Levan (University of Warwick)

På slutten av 1960-tallet oppdaget amerikanske, militære forskere noen intense, men svært kortvarige utbrudd av energirik stråling i rommet. Oppdagelsen ble gjort ved hjelp av overvåkningssatellittene Vela som skulle brukes til å påse at avtalen om forbud mot atomprøvesprengninger i rommet ble overholdt.

Forskerne forstod raskt at det var tale om et astronomisk fenomen, men årsaken viste seg å være meget vanskelig å finne. Utallige teorier dukket opp om eksotiske og merkelige fenomener i alt fra vårt solsystem, i Melkeveien og ut til de fjerneste delene av Universet.

Gammaglimtene, som fenomenet ble kalt, ble raskt et av de største mysteriene innen astrofysikken. På 1990-tallet oppdaget forskerne at det er to typer gammaglimt og at den langvarige typen som varer opptil et minutts tid, skyldes at svært tunge stjerner dør og etterlater et sort hull.

Kortvarige gammaglimt

Den heteste teorien for de kortvarige gammaglimtene, som gjerne varer under ett sekund, var at tette stjernerester smelter sammen. Når tunge stjerner dør gjennom en supernova-eksplosjon, blir det liggende igjen en såkalt nøytronstjerne. I en slik stjerne er masse tilsvarende så mye som en million jordkloder presset sammen innenfor en kule med omtrent samme diameter som Oslo by.

Et sort hull spiser en nøytronstjerne. Prosessen varer bare noen få millisekunder og begynner oppe til venstre. Illustrasjon: NASA og Space Telescope Science Institute Quicktime-animasjon viser sort hull som spiser nøytronstjerne, 12 MB, Animasjon: NASA og Space Telescope Science Institute Quicktime-animasjon av sammensmeltningen mellom to nøytronstjerner, 12 MB, Animasjon: NASA og Space Telescope Science Institute

Mange stjerner er doble eller har enda flere komponenter. Selv om tunge stjerner er sjeldne, hender det derfor at et par av slike dør og etterlater to nøytronstjerner som går i bane rundt hverandre. Einsteins relativitetsteori beskriver hvordan slike stjerner langsomt må komme nærmere hverandre mens de sirkler rundt et felles massesentrum. Til slutt dundrer stjernene inn i hverandre og ender opp som et sort hull. I sammensmeltningen oppstår en uhyre intens eksplosjon, og eksepsjonelt mye energi frigjøres på svært kort tid. Mange forskere har ansett dette for å være den beste teorien for å forklare kortvarige gammaglimt.

Kilonovaer

Den 3. juni i år fanget gammaglimtjegeren Swift – et amerikansk rombasert observatorium – opp et usedvanlig kraftig kortvarig gammaglimt, kalt GRB 130603B. Gammaglimtet varte bare et tidels sekund, men skulle vise seg å løse en av astronomiens største gåter!

Ti dager senere ble romteleskopet Hubble benyttet for å observere eventuelle spor etter gammaglimtet og 3. juli ble det fulgt opp med enda flere observasjoner. Forskerne fant en lyskilde på de første bildene, mens den var sluknet på bildet tatt i begynnelsen av juli. Observasjonene stemte perfekt med forutsigelsene og bekreftet teorien om at kortvarige gammaglimt skyldes nøytronstjerner som smelter sammen. Kilden viste seg å være i en galakse nesten 4 milliarder lysår fra Jorden.

Teoriene for slike sammensmeltninger viser at selve sammensmeltningen varer noen få millisekunder og etterlater en raskt ekspanderende kule av ekstremt hete gasser. Beregninger som nylig ble gjort viser at gassen hindrer vanlig, synlig lys i å slippe ut. Varmen lekker i stedet ut i form av nær-infrarød stråling i løpet av noen dager.

Gammaglimtet 3. juni 2013 ga forskerne en uventet mulighet for å teste denne teorien – som bestod prøven!

Ildkulen etter sammensmeltningen lyste som omtrent 1000 vanlige novaer og kalles derfor en kilonova. Men selve gammaglimtet sendte ut omtrent 100 milliarder ganger mer energi per tidsenhet enn denne kilonovaen!

Etter nesten 40 år ser det ut til at gammaglimt-mysteriet er løst: Langvarige gammaglimt skyldes hypernovaer og dannelsen av sorte hull.
Kortvarige gammaglimt skyldes tette stjernerester som smelter sammen og danner et sort hull samt en kilonova.

Mer informasjon

Rekordkraftig kosmisk eksplosjon

Historiens kraftigste smell - forklaringen

Artikler om gammaglimt

Kortvarige gammaglimt

Pressemelding fra STScI

Pressemelding fra NASA