Webb observerer den glødende aske af kolliderende neutronstjerner

Omtrent en gang om dagen ankommer et kortvarigt glimt af gammastråling, den mest energirige form for lys, til os fra det fjerne Univers. Vi har kendt til disse gammaglimt i over 50 år, og i 25 år har vi også set deres længerevarende “efterglød” af mindre energirigt lys, såsom UV, synligt og infrarødt lys. Disse eftergløder har lært os, at gammaglimt har deres oprindelse i de voldsomme eksplosioner af døende stjerner.

Men den 7. marts 2023 besluttede Universet sig for at lære os noget nyt.

SMS fra en satellit

Som det altid er tilfældet blev glimtet opfanget af en satellit; denne gang rumteleskopet Fermi. Sådan nogle satellitter kan kun lokalisere glimtenes position ret unøjagtigt, men udløser øjeblikkeligt en automatisk notifikation til et netværk af astronomer, som så kan beslutte sig for, om de skal følge det op eller ej.

I dette tilfælde viste glimtet sig at være det næst-klareste nogensinde — handling var bestemt nødvendigt! Først og fremmest, var det så lysstærkt fordi det var en ekstrem eksplosion, eller fordi det var tæt på os?

Hors catégorie

Daniele Bjørn Malesani er astronom på Cosmic Dawn Center på Niels Bohr Institutet, og tidligere ved Radboud Universitet i Holland. Han og hans kolleger var vakse til at pege to af verdens største teleskoper — Gemini-South i Hawaii og Very Large Telescope i Chile — mod retningen af glimtet.

Men ved at sammenligne resultatet fra de to teleskoper, lagde de mærke til noget mystisk.

“Vi var heldige at få tildelt tid ved begge teleskoper,” siger Malesani. “Gammaglimtet var ret langvarigt, over tre minutter, hvilket normalt ville betyde at det var resultatet af en supernova. Men observationerne afslørede, at eftergløden var langt mere lysstærk i infrarødt lys end i synligt lys. Dette forventes ikke af en supernova.”

I stedet antydede det infrarøde lys en anden kilde, nemlig en kilonova — den noget mindre energirige eksplosion fra kollisionen af to kompakte neutronstjerner.

Ud i rummet!

For at udforske dette usædvanlige fænomen ville astronomerne gerne observere det igen. Men eftergløden svandt hurtigt hen, og Jordens atmosfære absorberer en betydelig mængde infrarødt. Der var kun én mulighed:

“Vi besluttede os for at ansøge om tid ved menneskehedens mest avancerede infrarøde observatorium; rumteleskopet James Webb,” fortæller Luca Izzo, astronom ved INAF i Napoli og affilieret med DARK, en anden forskergruppe ved Niels Bohr Institutet, som også deltog i studiet. “Billederne fra Webb slog fast hvor exceptionelt infrarødt objektet var — et umiskendeligt tegn på en kilonova.”

Ikke bare bekræftede dataene, at glimtet rent faktisk kom fra en kilonova; Webb havde også en anden overraskelse i ærmet for astronomerne.

En kemisk højovn

Kilonovaer formodes at være hovedmekanismen til at skabe størstedelen af den tungeste halvdel af alle grundstoffer i Universet, inklusiv guld, platin, jod og plutonium. Indtil videre er der dog kun blevet opdaget ganske få kilonovaer, og i disse er kun to slags grundstoffer blevet påvist, nemlig strontium og yttrium, med atomnumrene 38 og 39.

Med den nye opdagelse set det ud til, at astronomerne nu kan tilføje et tredje til listen.

“Vi var meget begejstrede, da det gik op for os hvad James Webb havde givet os: En spektrallinje, der tilsyneladende er blevet udsendt fra det perodiske systems 52. grundstof, tellurium,” siger Daniele Bjørn Malesani. “Dette underbygger vores teori om, at de tunge grundstoffer opstår, når kompakte objekter smelter sammen. Opdagelsen er virkelig fantastisk! Den viser også, at kilonovaer kan udsende meget klare gammaglimt, og omvendt at nogle glimt viser os vej til kilonovaer.”

Det sidste er en anden grund til at opdagelsen er vigtig: Vi forventede, at det ville være muligt at finde kilonovaer på baggrund af deres udsendelse af tyngdebølger, men indtil nu er kun én fundet på den måde. Observationen åbner derfor op for en ny vej til at finde disse kemiske højovne, nemlig ved deres emission af gammaglimt.