Forsiden Stjernereiser Exoplaneter Liv i rommet Meteoritter Himmelbegivenheter Solsystemet Romvirksomhet
Artikkelarkiv Astroshow og foredrag For skoler Astrobutikken Linker Om oss


Kosmiske rystelser ga svar på 50-årig mysterium


28.10.2017: For første gang er det registrert lys fra et fenomen som har forårsaket målbare gravitasjonsbølger – rystelser i selve verdensrommet. Et spektakulært og dramatisk fenomen som fant sted i en galakse 130 millioner lysår fra Jorden ga en epokegjørende oppdagelse som berører flere felt innen astronomien, og den antatte forklaringen på et av astronomiens største mysterier ble samtidig bekreftet. Oppdagelsen åpner nye vinduer til astronomiske fenomener og gjør oss i stand til å observere kjernen i Universets mest spektakulære, energirike og dramatiske hendelser.

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

 

17. august nådde både strålingen og kosmiske rystelser fra to sammensmeltende nøytronstjerner frem til Jorden og medførte flere epokegjørende forskningsgjennombrudd innenfor astrofysikken. Dette er en kunstnerisk fremstilling av eksplosjonen som oppsto under sammensmeltningen.
Illustrasjon: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser


17. august i år nådde både flere typer stråling og kosmiske rystelser frem til Jorden og vitnet om en ekstrem eksplosjon som hadde funnet sted 130 millioner lysår fra Jorden. To ekstremt tette stjernerester – nøytronstjerner – danset rundt hverandre i et frenetisk tempo med mange hundre omløp i sekundet før de smeltet sammen og utløste supereksplosjonen. Takket være denne hendelsen kunne en rekke internasjonale forskningsgrupper gjøre epokegjørende gjennombrudd innen flere områder av astrofysikken, bevise flere teorier og gjøre unike observasjoner.


Mystiske eksplosjoner fra det ytre rom midt i den kalde krigen

Men denne historien begynte mye tidligere!

For ganske nøyaktig 50 år siden, i 1967, sendte USA ut overvåkningssatellitter for å undersøke om Sovjetunionen brøt forbudet mot kjernefysiske prøvesprengninger i rommet. Disse såkalte Vela-satellittene ville observert svært intens, kortvarig og energirik gammastråling fra eventuelle slike sprengninger. En gruppe forskere som satt ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico og gjennomgikk dataene ble sjokkert da de plutselig fant observasjoner nettopp av kortvarige utbrudd av gammastråling. Det gikk imidlertid ikke lang tid før forskerne innså at fenomenet kom av et astrofysisk fenomen og ikke hadde noe å gjøre verken med Sovjetunionen eller prøvesprengninger.

Fenomenet gammaglimt var oppdaget. Gammaglimtene kom fra tilsynelatende tilfeldige steder på himmelen, gjentok seg aldri og lot seg ikke knytte til kjente astronomiske fenomener eller objekter. De påfølgende 30 årene utviklet fenomenet seg derfor til å bli et av de største mysteriene i astronomiens historie.

Flere hundre ulike teorier ble fremsatt, og man visste ikke om gammaglimtene oppsto i Solsystemet, Melkeveien eller enda mye lenger unna. Først i 1997 ble det gjort observasjoner som viste at fenomenet som regel oppstår i fjerne galakser flere milliarder lysår fra Jorden og at eksepsjonelt store energimengder er involvert i hendelsene: De sterkeste gammaglimtene kan i noen sekunder sende ut mer energi enn resten av det observerbare Universet til sammen. På to sekunder sender fenomenet gjerne ut mer energi enn Solen klarer i løpet av sin totale levetid på 10 milliarder år!

Det har vist seg å være to hovedtyper gammaglimt:

- De «langvarige» gammaglimtene varer flere titalls sekunder. Disse skyldes at Universets mest masserike stjerner dør i en hypernova-eksplosjon og samtidig danner et sort hull. Det aller meste av energien i selve eksplosjonen blir sendt ut i to jetstråler som peker hver sin vei.

- De «kortvarige» gammaglimtene varer mindre enn to sekunder men er ofte over på bare noen tidels sekunder. Forskerne har trodd at denne typen gammaglimt oppstår når kompakte stjernerester, slik som nøytronstjerner, smelter sammen. Dette har imidlertid hittil ikke vært bevist.



Slik oppstår kortvarige gammaglimt når nøytronstjerner smelter sammen.
Film: NASA


Nøytronstjerner dannes når stjerner med 15-40 ganger Solens masse eksploderer som supernovaer. Den kompakte kjernen til slike stjerner blir liggende igjen som ekstremt tette kuler som nesten utelukkende består av nøytroner. Tettheten kan være så stor at en bit på størrelse med en sukkerbit ville veid 1 milliard tonn på Jorden, og diameteren er rundt 20 kilometer – omtrent som en stor, jordisk by.


Kosmiske rystelser avslører kosmisk dramatikk

I sin generelle relativitetsteori publisert i 1916 beskriver Albert Einstein hvordan objekter med stor masse krummer rommet rundt seg. Effekten blir større jo større masse og tetthet objektet har, og man forsto raskt at kompakte objekter som beveger seg kan forårsake rystelser i selve rommet. Disse såkalte gravitasjonsbølgene skulle kunne spre seg milliarder av lysår gjennom rommet og være vitnesbyrd om dramatiske astrofysiske fenomener. Men forstyrrelsene fra gravitasjonsbølgene er så ørsmå at de er uhyre vanskelige å oppdage, og dette lyktes først i 2015 da et stort forskerteam registrerte rystelsene fra to sorte hull som smeltet sammen.

Siden har LIGO-instrumentet i USA registrert gravitasjonsbølger fra flere par av sorte hull som har sirklet rundt hverandre og til slutt smeltet sammen.

Men 17. august 2017 inntraff noe helt ekstraordinært!


Gravitasjonsbølger fra et gammaglimt

Rett etter kl. 14.41 norsk tid den 17. august i år registrerte NASAs rombaserte Fermi-instrument et gammaglimt i stjernebildet Hydra (Vannslangen). Meldingen ble automatisk sendt til bakken og distribuert til forskergrupper over hele Jorden, deriblant LIGO-instrumentet. LIGO-forskerne oppdaget at dette svært fintfølende instrumentet hadde registrert gravitasjonsbølger fra to nøytronstjerner som hadde sirklet rundt hverandre i et ekstremt tempo, kommet stadig nærmere hverandre og til slutt smeltet sammen.

Kunstnerisk fremstilling av to nøytronstjerner som farer rundt hverandre mens de sender ut gravitasjonsbølger.
Illustrasjon: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO


Siden nettopp denne typen hendelser har vært antatt årsak til de kortvarige gammaglimtene, ble en rekke instrumenter og teleskoper både i rommet og på bakken rettet mot punktet i Hydra der kilden til fenomenene så ut til å befinne seg.

ESAs rombaserte INTEGRAL-observatorium fanget inn gammastråler, og kort etter registrerte romobservatoriene Swift (observerer gammastråler, røntgen, UV og synlig lys), Hubble (synlig lys og nær-UV og nær-IR), Chandra (røntgen) og Spitzer (infrarødt) samt flere titalls observatorier på bakken den såkalte ettergløden fra gammaglimtet og eksplosjonen. I likhet med andre ettergløder fra gammaglimt ble denne gradvis svakere etter hvert som gassene fra eksplosjonen spredte seg i rommet.

Det viste seg snart at kilden til den spektakulære og epokegjørende hendelsen befinner seg i galaksen NGC 4993, 130 millioner lysår fra Jorden.

For aller første gang har selve kilden til gravitasjonsbølger blitt observert, og dette historiske gjennombruddet gjorde det mulig å avsløre detaljer i hendelsen som gravitasjonsbølgene alene ikke kan fortelle oss. Muligheten for å observere det samme fenomenet på mange måter er ekstremt spennende!

De to nøytronstjernene som smeltet sammen i dette tilfellet hadde antagelig mellom 10 og 60 % større masse enn Solen, mens hver av dem bare var på størrelse med en storby. Til sammenligning rommer Solen 1,3 millioner jordkloder.

>I øyeblikket rett før de to nøytronstjernene smeltet sammen for de rundt hverandre flere hundre ganger i sekundet med samme frekvens (flere hundre bølger i sekundet). Selv om nøytronstjerner har ekstrem tyngdekraft, kom de til slutt så nær hverandre at de rev hverandre i filler og smeltet sammen. I selve sammensmeltningen oppsto gammaglimtet og en sjelden type stjerneeksplosjon som kalles en kilonova siden de typisk er 1000 ganger sterkere enn en nova-eksplosjon.

Kilonovaen observert av Swift i UV og synlig lys omtrent 15 timer etter at gravitasjonsbølgene og gammaglimtet var observert.
Foto: NASA/Swift


I det nøytronstjerner smelter sammen oppstår en virvlende malstrøm av svært hete gasser som sender ut lys med mange ulike bølgelengder. I tilfellet med sammensmeltende sorte hull som LIGO tidligere har observert, finnes det ikke noe virvlende materiale som sender ut lys, og sammensmeltende nøytronstjerner er derfor et eksklusivt, observerbart og svært interessant fenomen.

For gammaglimt-observatoriet Fermi fremsto GRB 170817a (som gammaglimtet ble kalt), som et ganske alminnelig kortvarig gammaglimt, men avstanden (130 millioner lysår) var en tidel av det som er vanlig for denne typen fenomener og muliggjorde detaljerte observasjoner med en lang rekke instrumenter.

Ultrafiolett utstråling som ble observert med Swift-observatoriet kom trolig fra den svært kortlivede virvelskiven som ga kraft til selve gammaglimtet. Gasstråler som ble skutt ut i to retninger med nær lysets hastighet, sveipet etter hvert opp gass som befant seg et stykke unna nøytronstjerneparet og ble bremset opp samtidig som det oppsto en etterglød av blant annet synlig lys.

22. august, fem dager etter eksplosjonen, ble romteleskopet Hubble brukt til å observere ettergløden og avslørte bevegelsen og den kjemiske sammensetningen til de hurtige ekspanderende restene fra eksplosjonen. Disse observasjonene bekreftet svært nøyaktig de teoretiske beregningene for denne typen fenomen.

Kilonovaen ble observert med romteleskopet Hubble og i røntgen av NASAs Chandra-observatorium.
Foto: NASA/CXC/E. Troja


Kilden til platina og gull

Det synlige lyset og infrarød stråling fra kilonovaer oppstår på grunn av varmen fra radioaktive stoffer som er dannet i de helt spesielle forholdene under nøytronstjerne-sammensmeltningen. Platina og gull er blant stoffene det dannes mye av, og denne typen fenomener er trolig hovedkilden til disse edle stoffene.

Helt frem til 30. september kunne Spitzer og andre instrumenter brukes til å undersøke i detalj hva slags stoffer som er dannet og i hvilke mengder, men deretter kom galaksen NGC 4993 for nær Solen på himmelen til at den var observerbar. Først i løpet av november blir det mulig å gjenoppta observasjonene.

Vi kommer garantert til å høre med om dette oppsiktsvekkende forskningsgjennombruddet og hvilke langtidsresultater vi får fra videre undersøkelser av gammaglimtet!

Forskerne som observerte de første gravitasjonsbølgene med LIGO ble i 2016 tildelt Kavli-prisen i astrofysikk, og i høst nobelprisen i fysikk – verdens mest prestisjefylte priser innen fysikk.

Klikk på “Liker” og få melding når nye saker legges ut!


MER INFORMASJON

Nyhetssak fra ESO

ESA: INTEGRAL SEES BLAST TRAVELLING WITH GRAVITATIONAL WAVES

NASA: NASA Missions Catch First Light from a Gravitational-Wave Event

Flere artikler om gammaglimt

Stjernehimmelen


Hva kan du se i kveld?

Følg med på planeter, stjerner og månefaser samt spennende fenomener som f.eks. nordlys, perlemorskyer, lysende nattskyer m.m.
Les mer

Nytt astroshow og nye foredrag!

Vårt tidligere show «Ad Astra 2222» sett av nærmere 20 000!

I høst startet vi ny turne med vårt helt ferske astroshow Out of Space!

Nye spennende foredrag om verdensrommet!

Astroshow for skoleelever

Science fiction-trilogien Ad Astra

Opplev den første reisen til et annet solsystem, leting etter livsformer på exoplaneter og Solsystemets og menneskehetens fremtid!

Bøkene er rikt illustrert med flotte fargebilder.

Pluto – menneskehetens siste tilfluktssted!

- stjernereiser - exoplaneter - romheiser
- ormehull - multivers - liv i rommet
- fremtidsteknologi - intergalaktiske opplevelser
- astronomiske fenomener - galaksens fremtid
- krim


Forfattere Anne Mette Sannes & Knut Jørgen Røed Ødegaard
Mer info og bestilling

Filmen Vårt magiske univers

Nyt det vakreste billedmaterialet som noen gang er tatt av vårt fantastiske univers! Fikk terningkast 6 i bladet Astronomi.

Produsert og kommentert av Anne Mette Sannes & Knut Jørgen Røed Ødegaard Mer info

Våre nettsteder
astroevents.no Hovednettsted om Universet
starship.no Stjernereiser
svalbard2015.no Solformørkelsen 20. mars 2015
astrobutikken.no Bøker og filmer m.m.

Følg oss på facebook

Følg oss på facebook

 

 

Kontakt: Knut Jørgen Røed Ødegaard Tlf: 99 27 71 72 E-post: knutjo@astroevents.no. Anne Mette Sannes Tlf. 97 03 80 50 E-post: amsannes@astroevents.no