Die kosmische Explosion ist ein neuer Kandidat für das am weitesten entfernte Objekt im Universum.
Original: http://science.psu.edu/news-and-events/2011-news/Fox5-2011 von Derek B. Fox
25. Mai 2011
In diesem Video diskutiert der ehemalige Doktorand der Penn State University, Antonino Cucchiara, diese Forschung auf einer Pressekonferenz beim 218. Treffen der American Astronomical Society in Boston, Massachusetts, am 25. Mai 2011.
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Sehen Sie sich die ausführliche Pressekonferenz an. (Verfügbar als 532 MB Download von der AAS-Website.)
Ein Gammastrahlenausbruch, der im April 2009 vom NASA-Satelliten Swift entdeckt wurde, wurde neu als Kandidat für das entfernteste Objekt des Universums enthüllt. Mit einer geschätzten Entfernung von 13,14 Milliarden Lichtjahren liegt der Ausbruch weit über jedem bekannten Quasar und könnte weiter entfernt sein als jede bisher bekannte Galaxie oder Gammastrahlenausbruch. Mehrere Beweislinien für eine rekordverdächtige Distanz für diesen Burst, bekannt als GRB 090429B für den 29. April 2009, als er entdeckt wurde, werden in einem Papier von einem internationalen Team von Astronomen unter der Leitung des ehemaligen Penn State University Absolventen Antonino Cucchiara, der sich derzeit an der University of California, Berkeley, befindet, vorgestellt. Das Papier wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen. (Ein PDF des Papiers ist hier verfügbar.)
Danksagung: Gemini Observatory / AURA / Levan, Tanvir, Cucchiara
Der gigantische Ausbruch von Gammastrahlen brach aus einem explodierenden Stern aus, als das Universum weniger als 4% seines jetzigen Alters, gerade mal 520 Millionen Jahre alt und weniger als 10% seiner jetzigen Größe betrug. „Die Galaxie, in der sich der Vorläuferstern des GRB 090429B befindet, war wirklich eine der ersten Galaxien im Universum“, sagte Derek Fox, außerordentlicher Professor für Astronomie und Astrophysik am Penn State und Mitautor der Arbeit. „Über die mögliche kosmische Entfernungsaufzeichnung hinaus veranschaulicht GRB 090429B, wie Gammastrahlenausbrüche genutzt werden können, um die Standorte massiver Sterne im frühen Universum aufzudecken und die Prozesse der frühen Galaxie und Sternentstehung zu verfolgen, die schließlich zu dem galaxiereichen Kosmos führten, den wir heute um uns herum sehen.“
Gammastrahlenausbrüche, die hellsten bekannten Explosionen, treten irgendwo im beobachtbaren Universum mit einer Rate von etwa zwei pro Tag auf. Dank ihrer extremen Helligkeit können Gammastrahlenausbrüche von Swift und anderen Satellitenobservatorien auch dann erkannt werden, wenn sie in Milliarden von Lichtjahren auftreten. Während die Bursts selbst höchstens für Minuten dauern, bleibt ihr verblassendes „Nachleuchten“ von erstklassigen astronomischen Einrichtungen für Tage bis Wochen beobachtbar. Detaillierte Studien des Nachleuchtens während dieser Zeit ermöglichen es Astronomen, wenn möglich, den Abstand zum Burst zu messen.
Danksagung: Gemini Observatory /AURA / Levan, Tanvir, Cucchiara
Diese Nachleuchtmessungen wurden verwendet, um 2009 eine kosmische Entfernungsaufzeichnung für einen früheren Gammastrahlenausbruch, GRB 090423, in einer Entfernung von 13,04 Milliarden Lichtjahren von der Erde zu bestimmen, was ihn vorübergehend zum „entferntesten Objekt im Universum“ macht. Dieser Rekord wurde durch Galaxienentdeckungen in den Jahren 2010 und 2011 übertroffen, die die kosmische Grenze auf 13,07 Milliarden Lichtjahre und möglicherweise noch weiter hinaustrieben. „Unsere extreme Schätzung der Entfernung zum GRB 090429B macht dies zu einer Art’Rache der Explosionen'“, sagte Cucchiara. „Ein Gammastrahlenausbruch kämpft einmal mehr um den Titel des entferntesten Objekts im Kosmos – jenseits der bisher bekannten entferntesten Quasare und Galaxien.“
Weniger als eine Woche nach dem Rekord GRB 090423
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Danksagung: NASA /Swift /Cruz deWilde
Schlagzeilen auf der ganzen Welt, dieser neue Ausbruch, GRB 090429B, erschien am Himmel mit verdächtig ähnlichen Eigenschaften. Wie beim vorherigen Burst war GRB 090429B ein kurzlebiges Ereignis, das weniger als 10 Sekunden dauerte, und automatisierte Swift-Beobachtungen zeigten, dass es ein relativ schwaches Röntgennachleuchten hatte. Cucchiara, damals Doktorand am Penn State, wachte in den frühen Morgenstunden auf, um Beobachtungen am Gemini North Teleskop auf Mauna Kea, Hawaii, zu leiten, von denen er hoffte, dass sie die Art dieses Ausbruchs festhalten würden. In Zusammenarbeit mit den Co-Autoren Andrew Levan von der University of Warwick, Nial Tanvir von der University of Leicester und dem Doktorvater Derek Fox vom Penn State fand Cucchiara heraus, dass, während das Nachleuchten in Infrarotbeobachtungen sichtbar war, kein optisches Licht erkannt werden konnte. Dieses „Drop-Out“-Verhalten ist eine unverwechselbare Signatur der entferntesten Objekte und wurde für die anfängliche Identifizierung aller am weitesten entfernten Quasare, Galaxien und Gamma-Strahlenausbrüche verwendet.
Cucchiara verlangte von den Gemini-Operatoren ein sofortiges Spektrum des GRB 090429B Nachleuchtens, das eine endgültige Messung der Entfernung zum Burst ermöglicht hätte. Leider, gerade als das Spektrum im Begriff war, eingenommen zu werden, blies eine Wolke über dem Gipfel des Mauna Kea ein und verbarg das Nachleuchten vor den Augen. In der nächsten Nacht war das Nachleuchten zu schwach, um ein nützliches Spektrum zu ergeben, und in den folgenden Nächten verblasste es vollständig aus dem Blickfeld. „Es war frustrierend, diesen Ausbruch aus den Augen zu verlieren, aber die Hinweise, die wir hatten, waren so aufregend, dass wir keine Chance hatten, ihn loszulassen“, sagte Cucchiara, der eine erste Studie über den Ausbruch als Teil seiner Doktorarbeit am Penn State vorstellte.
Danksagung: Levan / Tanvir / Cucchiara for NASA/Hubble
Das Team war entschlossen, GRB 090429B nicht zu „dem Ausbruch, der entkommen ist“ werden zu lassen und verbrachte zwei Jahre damit, ihre Daten sorgfältig zu untersuchen, um zu sehen, ob der Ausbruch wirklich ein Rekordbrecher für Kandidaten ist oder ob es sich um einen teilweise verdeckten Ausbruch in einer Galaxie in weniger dramatischer Entfernung handelt. Wichtig ist, dass diese Arbeit das Sammeln neuer Daten bedeutete – tiefe Beobachtungen mit Gemini und dem Hubble-Weltraumteleskop, die in jedem der weniger dramatischen Szenarien eine Galaxie an der Explosionsposition enthüllt hätten. Dieser Beweis, einschließlich der fehlenden Galaxie, deutet darauf hin, dass der Ausbruch äußerst wahrscheinlich ist – eine 99,3-prozentige Chance -, die entfernteste kosmische Explosion zu sein, jenseits des von GRB 090423 festgelegten Rekords. „Wie die besten Politiker oder Talentwettbewerber, je mehr wir diesen Ausbruch untersuchten, desto besser sah er aus“, sagt Levan, der zweite Autor der Zeitung.
Ob GRB 090429B nun das entfernteste Objekt im Universum ist, hängt von mehreren Faktoren ab, die nicht genau bekannt sind. Erstens muss sie jenseits der 13,07 Milliarden Lichtjahre langen Entfernung zu einer Galaxie liegen, die 2010 von einem Astronomenteam unter der Leitung von Matthew Lehnert am Observatoire de Paris berichtet wurde. Dies ist mit 98,9% Wahrscheinlichkeit sehr wahrscheinlich, aber nicht sicher. Es muss auch jenseits der Entfernung einer Galaxie liegen, die 2011 von einem Team von Astronomen unter der Leitung von Rychard Bouwens von U.C. Santa Cruz berichtet wurde. Das könnte entweder einfach oder schwer sein: Das Bouwens-Team schätzt, dass es eine Chance von 20% gibt, dass ihre Galaxie überhaupt kein Rekordbrecher ist, sondern nur eine schwache Galaxie in relativ bescheidener Entfernung; andererseits ist die Bouwens-Galaxie, wenn sie ein Rekordbrecher ist, sehr weit entfernt, von 13,11 bis 13,28 Milliarden Lichtjahren entfernt, und es besteht nur eine Chance von 4,8%, dass GRB 090429B weiter entfernt ist als das. Insgesamt, und die Behandlung dieser Unsicherheiten als perfekt verstanden, gibt es eine 23% Chance, dass GRB 090429B ist jetzt die entfernteste bekannte Objekt im Universum, sagten die Astronomen.
NASA / Swift / Stefan Immler
Mit mehr Glück oder fortgeschritteneren Einrichtungen sollte es in Zukunft möglich sein, die hellen Nachleuchten von Bursts wie GRB 090423 und GRB 090429B zu nutzen, um die Bedingungen der Stern- und Galaxienentstehung in diesen frühen kosmischen Epochen im Detail zu erforschen. „Es macht ziemlich viel Spaß, extrem entfernte Ausbrüche zu entdecken“, sagt Fox, „aber wir vermuten, dass es in den Ausbrüchen noch viel mehr Informationen gibt, die auf uns warten, auf die wir noch keinen Zugriff haben.“
[ Derek. B. Fox / Barbara K. Kennedy ]
WISSENSCHAFTSKONTAKTE
Antonino Cucchiara: acucchiara@lbl.gov, Zelle auf der AAS-Konferenz (+1) 814 777 3935
Derek Fox: dbf11@psu.edu, Zelle bei AAS-Konferenz (+1) 814 404 2630, Büro (+1) 814 863 4989
Edo Berger cell auf der AAS-Konferenz (+1) 617 335 335 7963
Neil Gehrels (Leiter des Astroparticle Physics Laboratory und schneller Hauptforscher am Goddard Space Flight Center der NASA): (+1) 301 286 6546, gehrels@gsfc.nasa.gov
P.I.O. KONTAKTE
Barbara K. Kennedy (Penn State PIO): Zelle bei der AAS-Konferenz (+1) 814 883-6930, (+1) 814 863 4682, science@psu.edu
Lynn Cominsky (Swift PIO): (+1) 707 664 2655, lynnc@universe.sonoma.edu
WEB-ZUGANG ZUR PRESSEKONFERENZ
Der Webcast der Pressekonferenz zu dieser Forschung wird unter http://aas.org/press/archived_press_conferences archiviert. Der Titel dieser Pressekonferenz lautet „Galaxien nahe & sehr, sehr weit“ (25. Mai 2011).
MEHR INFORMATIONEN ZU GAMMASTRAHLENAUSBRÜCHEN
Danksagung: Fox / Cucchiara / Levan / Tanvir
Geschrieben von Derek Fox, dem Missionswissenschaftler für das geplante JANUS-Observatorium.
Gammastrahlenausbrüche wie GRB 090429B werden überzeugend erklärt, da sie mit dem Tod eines massiven, kurzlebigen Sterns, der 30 oder mehr mal so groß ist wie die Masse unserer Sonne, ihren Ursprung haben, wenn die Erschöpfung des Kernbrennstoffs in seinen Kernregionen den Kern in ein Schwarzes Loch zusammenbrechen lässt. Während das neu gebildete Schwarze Loch Gas aus den äußeren Schichten des Sterns verbraucht, sendet es zwei mächtige Strahlen aus, die von der Oberfläche des Sterns ausbrechen, auf Geschwindigkeiten sehr nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden und einen gestrahlten und hochenergetischen Ausbruch von Hochenergieemissionen erzeugen – den Gammastrahlenausbruch.
In einer geschätzten Entfernung von 13,14 Milliarden Lichtjahren explodierte GRB 090429B, als das Universum weniger als 4% seines jetzigen Alters, nur 520 Millionen Jahre alt und weniger als 10% seiner jetzigen Größe betrug. Astronomen argumentieren, dass die allerersten Sterne und Galaxien nicht mehr als 400 Millionen Jahre zuvor hätten entstehen können, und so war die Galaxie, in der der Vorläuferstern des GRB 090429B untergebracht war, wirklich eine der ersten Galaxien im Universum. Jenseits der möglichen kosmischen Entfernungsaufzeichnung zeigt die Demonstration dieses Ausbruchs als möglicher Rekordbrecher, wie Gammastrahlenausbrüche genutzt werden können, um die Standorte massiver Sterne im frühen Universum aufzudecken und die Prozesse der Entstehung von Galaxien und Sternen zu verfolgen, die schließlich zu dem galaxienreichen Kosmos führten, den wir heute um uns herum sehen.
Mit mehr Glück oder fortgeschritteneren Einrichtungen sollte es in Zukunft möglich sein, die hellen Nachleuchten von Bursts wie GRB 090423 und GRB 090429B zu nutzen, um die Bedingungen der Stern- und Galaxienentstehung in diesen frühen kosmischen Epochen im Detail zu erforschen. Das bevorstehende James Webb Weltraumteleskop der NASA, das 2017 gestartet werden soll, wurde sorgfältig für Studien des frühen Universums entwickelt, und ein Nachleuchtspektrum aus dieser Einrichtung wäre eine einzigartige und wertvolle Datenquelle für das Verständnis der ersten Galaxien und der verschiedenen Prozesse, die ihre Entstehung steuern.
Die Entdeckung und Nutzung der entferntesten Bursts deutlich effizienter zu gestalten, erfordert wahrscheinlich eine Mission der nächsten Generation. Zu diesem Zweck hat Penn State eine Partnerschaft mit dem Southwest Research Institute, der Cornell University und anderen Institutionen geschlossen, um der NASA den JANUS-Explorer vorzuschlagen, der Anfang 2017 gestartet werden soll. Durch die Entdeckung und Beobachtung der entferntesten Gammastrahlenausbrüche und Quasare und durch die autonome Messung ihrer Entfernungen ohne die Notwendigkeit von Nachbeobachtungen würde JANUS einen stetigen Strom von lohnenden Zielen für James Webb und bodengebundene Teleskope liefern. Die aufregendste Perspektive, so Fox, ist es, sich vorzustellen, wie JANUS und James Webb im Weltraum zusammenarbeiten. Nichts sonst beleuchtet die Bedingungen im frühen Universum so sehr wie seine „hellsten Lichter“, die Gammastrahlenausbrüche und Quasare.
ZITAT UND VORABDRUCK
„Eine photometrische Rotverschiebung von z~9,4 für GRB 090429B“, Cucchiara et al. 2011, Astrophysical Journal, in der Presse. Klicken Sie hier, um ein PDF dieses Papiers zu erhalten. Das Papier wird am 25. Mai 2011 auch online auf dem Preprint-Server Arxiv.org veröffentlicht. Suchen Sie <http://arxiv.org> nach dem Titel der Arbeit, “ A Photometric Redshift of z~9.4 for GRB 090429B.“
AUTOREN
Antonino Cucchiara (Penn State, UC Berkeley und LBNL), Andrew Levan (U. Warwick, UK), Derek Fox (Penn State), Nial Tanvir (U. Leicester, UK), T. N. Ukwatta (GWU und NASA Goddard), Edo Berger (Harvard), T. Krühler (MPE, Deutschland und U. München, Deutschland), A. Küpcü Yoldas (ESO, Deutschland und U. Cambridge, Großbritannien), X. F. Wu (Penn State und Purple Mountain Obs…, China), K. Toma (Penn State), Jochen Greiner (MPE, Deutschland), F. Olivares E. (MPE, Deutschland), A. Rowlinson (U. Leicester, UK), L. Amati (INAF Bologna, Italien), Taka Sakamoto (NASA Goddard), Kathy Roth (Gemini), Andrew Stephens (Gemini), Johan Fynbo (Dark Centre, Dänemark), Jens Hjorth (Dark Centre, Dänemark), D. Malesani (Dark Centre, Dänemark), Pall Jakobsson (U. Island, Island), K. Wiersema (U. Leicester, UK), Paul O’Brien (U. Leicester, UK), Alicia Soderberg (Harvard), Ryan Foley (Harvard), Andrew Fruchter (STScI), James Rhoads (STScI), Robert Rutledge (McGill U…, Kanada), Brian Schmidt (ANU, Australien), Mark Dopita (ANU, Australien), Philipp Podsiadlowski (Oxford U., Großbritannien), Richard Willingale (U. Leicester, Großbritannien), Cristian Wolf (Oxford U., Großbritannien), Shri Kulkarni (Caltech) und Paula D’Avanzo (INAF Brera, Italien).
REFERENZIERTE PAPIERE
„Eine Gammastrahlung brach bei einer Rotverschiebung von z~8,2 aus“, N. R. Tanvir et al., 2009, Nature, 461, 1254-1257.
„Spektroskopische Bestätigung einer Galaxie bei Rotverschiebung z = 8,6“, M. D. Lehnert et al., 2010, Nature, 467, 940-942.
„Ein Kandidat Rotverschiebung z≈10 Galaxie und schnelle Veränderungen in dieser Bevölkerung im Alter von 500 Jahren“, R. J. Bouwens et al., 2011, Nature, 469, 504-507.
„GRB090423 bei einer Rotverschiebung von z~8,1“, R. Salvaterra et al., 2009, Nature, 461 1258-1260.
ANDERE INFORMATIONEN
Konstellation: Rohrstöcke Venatici
Wikipedia-Eintrag zu „Entfernte astronomische Objekte“.
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