MAGIC-teleskooppi havaitsi gammapurkauksesta erittäin korkeaenergisiä gammafotoneja
Gammapurkaukset ovat lyhyitä ja erittäin kirkkaita räjähdyksiä, joita välähtää taivaalla noin kerran päivässä. Niiden ajatellaan syntyvän erittäin massiivisten tähtien kuolinparkaisuna tai kahden neutronitähden törmätessä – yleensä kaukaisissa galakseissa. Nyt MAGIC-teleskooppi on onnistunut havaitsemaan gammapurkauksesta ensimmäistä kertaa erittäin korkeaenergisiä fotoneja.
Gammapurkaus alkaa kirkkaalla välähdyksellä, joka kestää sekunnin murto-osasta satoihin sekunteihin. Sitä seuraa ns. jälkihehku, joka ei ole yhtä kirkas kuin alun välähdys, mutta kestää pidempään. Sekin tosin himmenee nopeasti tuntien ja päivien kuluessa.
Kanariansaarten La Palmalla sijaitseva MAGIC-teleskooppi, joka rakentuu kahdesta 17-metrisestä teleskoopista, pystyy havaitsemaan tätä erittäin korkeaenergistä gammasäteilyä. Ensimmäinen MAGIC-teleskooppi aloitti toimintansa vuonna 2004, mistä lähtien myös Turun yliopiston tutkijat ovat olleet mukana sen operoinnissa.
– Gammapurkaukset ovat olleet osa MAGIC-teleskooppien tiedeohjelmaa alusta alkaen, mutta niiden metsästäminen on hyvin hankalaa, akatemiatutkija Elina Lindfors Suomen ESO-keskuksesta kertoo.
Gammapurkauksien aikaa ja paikkaa ei voida ennustaa, ja tämän gammapurkauksen havaitsemiseen tarvittiinkin tietoa kahdelta NASA:n satelliitilta, Swiftilta ja Fermiltä, joiden lähettämää hälytystä MAGIC seurasi.
– MAGIC-teleskoopin ohjausohjelmisto käsittelee tällaiset hälytykset automaattisesti. Nyt se onnistui kääntymään satelliittien ilmoittamaan suuntaan 27 sekunnissa. Tämä on uskomaton suoritus, kun huomioidaan, että yksittäinen kaukoputkemme painaa 64 tonnia, Lindofrs lisää.
Automaattisen hälytysjärjestelmän ja kääntymisnopeutensa ansiosta MAGIC pystyi aloittamaan gammapurkauksen ”GRB190114C” havainnoinnin vain 50 sekuntia sen alkamisen jälkeen.
Kirkkain koskaan havaittu kohde
MAGIC havaitsi ensimmäisten kymmenien sekuntien aikana kirkkaimman koskaan mitatun kohteen näillä energioilla. Se oli lähes sata kertaa kirkkaampi kuin Rapusumu, joka on kirkkain muuttumaton kohde näillä energioilla. Energisimmillä fotoneilla oli energiaa teravoltin verran, eli biljoona kertaa enemmän kuin näkyvällä valolla.
– Muutamien sekuntien ajan gammapurkaus loisti kirkkaampana kuin koko muu maailmankaikkeus kyseisellä energia-alueella yhteensä, Lindfors sanoo.
MAGICin mittaamat gamma-fotonit olivat myös korkeaenergisimmät koskaan gammapurkauksesta havaitut. Aiemmin jälkihehkusta on havaittu vain synkrotronisäteilyä, mutta nyt havaittu erittäin korkeaenerginen gammasäteily ei ole synkrotronisäteilyä, vaan kokonaan uusi säteilykomponentti.
– Jotkin teoreettiset mallit olivat ennustaneet, että näin korkeaenergisiä fotoneita voisi syntyä gammapurkauksen jälkihehkussa, mutta koskaan ennen niitä ei ole pystytty havaitsemaan, Lindfors selittää.
– Nämä korkeaenergisimmät fotonit paljastivat gammapurkauksista kokonaan uuden säteilykomponentin, jonka löytäminen tulee lisäämään ymmärrystämme näistä kiehtovista kosmisista räjähdyksistä, hän lisää.
Tutkimus julkaistiin kahdessa Nature-lehdessä ilmestyneessä tutkimusartikkelissa, joissa oli Lindforsin lisäksi mukana yliopistotutkija Kari Nilsson ja väitöskirjaansa valmisteleva Vandad Fallah Ramazani, jotka kaikki toimivat tutkijoina Suomen ESO-keskuksessa. Suomen ESO-keskus on Turun yliopiston yhteydessä toimiva Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston, Oulun yliopiston ja Turun yliopiston yhteinen tähtitieteen alan kansallinen tutkimuslaitos. Gammapurkauksen jälkihehkua kuvattiin myös yhteispohjoismaisella kaukoputkella NOTilla, joka siirtyy marraskuussa 2019 Turun ja Aarhusin yliopistojen omistukseen.
Kuva: Gabriel Pérez Díaz, IAC
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1754-6
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1750-x