Sinds ze in 2018 werden ontdekt, hebben snelle blauwe optische transiënten (FBOT’s) zowel observationele als theoretische astrofysici volkomen verrast en volledig in de war gebracht.
Zo heet dat ze blauw gloeien, zijn deze mysterieuze objecten het helderste bekende optische fenomeen in het universum. Maar met slechts een paar die tot nu toe zijn ontdekt, is de oorsprong van FBOT’s ongrijpbaar gebleven.
Nu presenteert een astrofysica-team van de Northwestern University een gedurfde nieuwe verklaring voor de oorsprong van deze merkwaardige anomalieën. Met behulp van een nieuw model geloven de astrofysici dat FBOT’s het gevolg kunnen zijn van de actief afkoelende cocons die jets omringen die worden gelanceerd door stervende sterren. Het markeert het eerste astrofysische model dat volledig consistent is met alle waarnemingen met betrekking tot FBOT’s.
Het onderzoek is op 11 april gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Als een massieve ster instort, kan hij uitstromen van puin lanceren met snelheden die dicht bij de lichtsnelheid liggen. Deze uitstromen, of jets, botsen in instortende lagen van de stervende ster om een ”cocon” rond de jet te vormen. Het nieuwe model laat zien dat wanneer de jet de cocon naar buiten duwt — weg van de kern van de instortende ster — hij afkoelt en warmte vrijgeeft als een waargenomen FBOT-emissie.
“Een straaljager begint diep in een ster en boort zich vervolgens een weg naar buiten om te ontsnappen”, zei Northwestern’s Ore Gottlieb, die het onderzoek leidde. “Terwijl de jet door de ster beweegt, vormt hij een uitgestrekte structuur, de cocon genoemd. De cocon omhult de jet en blijft dat doen, zelfs nadat de jet aan de ster ontsnapt, ontsnapt deze cocon met de jet. Toen we berekenden hoeveel energie de cocon heeft, hij bleek net zo krachtig als een FBOT.”
Gottlieb is een Rothschild Fellow in het Northwestern’s Centre for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA). Hij was co-auteur van het artikel met CIERA-lid Sasha Tchekovskoy, een assistent-professor natuurkunde en astronomie aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern.
advertentie
Het waterstofprobleem
FBOT’s (uitgesproken als F-bot) zijn een soort kosmische explosie die aanvankelijk werd gedetecteerd in de optische golflengte. Zoals hun naam al aangeeft, vervagen transiënten bijna net zo snel als ze verschijnen. FBOT’s bereiken binnen enkele dagen de maximale helderheid en vervagen dan snel – veel sneller dan de opkomst en het verval van standaard supernova’s.
Na slechts acht jaar geleden FBOT’s te hebben ontdekt, vroegen astrofysici zich af of de mysterieuze gebeurtenissen verband hielden met een andere voorbijgaande klasse: gammastraaluitbarstingen (GRB’s). De sterkste en helderste explosies over alle golflengten, GRB’s worden ook geassocieerd met stervende sterren. Wanneer een massieve ster zijn brandstof opgebruikt en instort in een zwart gat, lanceert hij jets om een krachtige gammastraling te produceren.
“De reden waarom we denken dat GRB’s en FBOT’s gerelateerd kunnen zijn, is omdat beide erg snel zijn – met bijna de snelheid van het licht bewegend – en beide zijn asymmetrisch gevormd, waardoor de bolvorm van de ster wordt verbroken,” zei Gottlieb. “Maar er was een probleem. Sterren die GRB’s produceren, hebben geen waterstof. We zien geen tekenen van waterstof in GRB’s, terwijl we in FBOT’s overal waterstof zien. Het kan dus niet hetzelfde fenomeen zijn.”
Met behulp van hun nieuwe model denken Gottlieb en zijn co-auteurs dat ze misschien een antwoord op dit probleem hebben gevonden. Waterstofrijke sterren hebben de neiging om waterstof in hun buitenste laag te huisvesten – een laag die te dik is voor een straal om door te dringen.
advertentie
“Kortom, de ster zou te massief zijn voor de jet om er doorheen te prikken”, zei Gottlieb. “Dus de jet zal nooit uit de ster komen en daarom kan hij geen GRB produceren. In deze sterren brengt de stervende jet al zijn energie over naar de cocon, het enige onderdeel dat aan de ster ontsnapt. De cocon zal FBOT-emissies uitstoten, waaronder waterstof. Dit is een ander gebied waar ons model volledig consistent is met alle FBOT-waarnemingen.”
De foto in elkaar zetten
Hoewel FBOT’s helder gloeien in optische golflengten, zenden ze ook radiogolven en röntgenstralen uit. Het model van Gottlieb verklaart deze ook.
Wanneer de cocon interageert met het dichte gas rond de ster, verwarmt deze interactie stellair materiaal om een radio-emissie vrij te geven. En wanneer de cocon ver genoeg uitzet van het zwarte gat (gevormd uit de ingestorte ster), kunnen er röntgenstralen uit het zwarte gat lekken. De röntgenstralen combineren radio- en optisch licht om een volledig beeld te vormen van het FBOT-evenement.
Hoewel Gottlieb wordt aangemoedigd door de bevindingen van zijn team, zegt hij dat er meer observaties en modellen nodig zijn voordat we de mysterieuze oorsprong van FBOT’s definitief kunnen begrijpen.
“Dit is een nieuwe klasse van transiënten, en we weten zo weinig over hen,” zei Gottlieb. “We moeten meer van hen eerder in hun evolutie detecteren voordat we deze explosies volledig kunnen begrijpen. Maar ons model kan een lijn trekken tussen supernova’s, GRB’s en FBOT’s, wat ik erg elegant vind.”
“Deze studie maakt de weg vrij voor meer geavanceerde simulaties van FBOT’s,” zei Tchekovskoy. “Dit model van de volgende generatie stelt ons in staat om de fysica van het centrale zwarte gat rechtstreeks te verbinden met de waarneembare zaken, waardoor we de anders verborgen fysica van de FBOT-centrale motor kunnen onthullen.”
De studie, “Shocked jets in CCSNe can power the zoo of fast blue optical transients”, werd ondersteund door de National Science Foundation (prijsnummers AST-1815304 en AST-2107839). De auteurs ontwikkelden de simulatie met behulp van supercomputers in het Texas Advanced Computing Center aan de Universiteit van Texas in Austin.
Video: https://youtu.be/MquOKdZEaDw
lees het gehele artikel bij de bron
————————————————– ———————————–
samenvatting:
Met behulp van een nieuw ontwikkeld model presenteren astrofysici een nieuwe theorie om snelle blauwe optische transiënten te verklaren, een nieuwe klasse van transiënten die onderzoekers sinds hun ontdekking in 2018 verbijsterd heeft. In de nieuwe studie ontdekken astrofysici dat FBOT’s het resultaat kunnen zijn van de actief afkoelende cocons die surround jets gelanceerd door stervende sterren.
Datum van publicatie: 21 april 2022
Bron: Bijzonder | Vreemd en ongebruikelijk nieuws — ScienceDaily
————————————————– ———————————–