GRB 970508

Keşfi

Bir gama-ışın patlaması (GIP), elektromanyetik radyasyonun en fazla enerji içeren şekli olan gama ışınlarını üreten bir tür patlamadır. GIP'lar ilk olarak 1967'de, uzaydaki nükleer patlamaları tespit etmek için kullanılan bir uzay aracı serisi olan Vela uyduları tarafından tespit edildi. Genelde uzun süren bir "son parıltı" (X ışını, Morötesi ışın, Görünür ışık, Kızılötesi ışın ve radyo dalgaları) tarafından izlenirler. İlk keşfedilen GIP son parılıtısı, GRB 970228'in X ışını kalıntılarıydı. Bu kalıntılar, İtalya-Hollanda ortak yapımı olan, esasen X ışınları üzerinde çalışma yapmak üzere tasarlanmış bir uydu olan BeppoSAX tarafından tespit edildi.
8 Mayıs 1997 Perşembe günü UTC ile saat 21:42'de, BeppoSAX'ın Gama Işını Patlaması Gözlemcisi, yaklaşık olarak 15 saniye süren bir gama-ışını patlaması tespit etti. Patlama aynı zamanda, Güneş üzerine çalışmak için tasarlanmış bir uydu olan Ulysses ve Compton Gama Işını Gözlemevi'nde bulunan Patlama ve Geçici Kaynak Deneyi (BATSE) tarafından da gözlemlendi. Patlama ayrıca, BeppoSAX'ın iki X ışını Geniş Alan Kamerası'ndan birinin görüş alanında meydana geldi. Birkaç saat içinde, BeppoSAX ekibi, patlamanın yaklaşık 10 açısal dakikalık bir çapı olan bir hata kutusunda (belli bir nokta etrafındaki, olası ölçüm hataları hesaplanarak belirlenen alan) gerçekleştiğini belirlediler.

Gözlemler

Patlamanın konumu kabaca belli olduktan sonra, BeppoSAX ekibinden Enrico Costa, Ulusal Radyo Astronomi Rasathanesi'nin Very Large Array'inde bulunan astronom Dale Frail ile irtibata geçti. Frail, UTC ile saat 01:30'da, patlamanın keşfinden dört saat sonra, 20 santimetrelik bir dalgaboyuyla gözlemler yapmaya başladı. Frail gözlemleri için hazırlanırken, Hale teleskobu için çalışan astronom Stanislav Djorgovski'yle irtibata geçti. Djorgovski, hemen Digitized Sky Survey'den gelen yeni resimlerle eski resimleri karşılaştırdı; fakat hata kutusunda yeni bir ışık kaynağı göremedi. Djorgovski'nin Caltech gözlemevindeki bir arkadaşı olan Mark Metzger, verinin daha derin bir analizini yaptı; fakat o da yeni bir kaynak göremedi.
Ertesi akşam, Djorgovski bölgeyi tekrar inceledi; fakat iki 8 ile 9 Mayıs gecesi çekilen resimleri karşılaştırınca parlaklığı değişen bir nesne göremedi. Metzger parlaklığı değişen bir nesne gördü; fakat bunun bir GIP'ın kalıntısı değil, bir değişen yıldız olduğunu varsaydı. Jan van Paradijs'in liderlik ettiği Amsterdam'daki bir astronomi ekibinin üyeleri olan Titus Galama ve Paul Groot, 8 Mayıs günü WIYN Teleskobu ile 9 Mayıs günü William Herschel Teleskobu tarafından çekilen resimleri karşılaştırdı; fakat değişen bir ışık kaynağı bulamadı.
Patlamanın X ışını kalıntılarının keşfinden sonra, BeppoSAX ekibi daha kesin bir konumlama sağladı. Metzger bu daha küçük olan hata kutusunda da bir değişen yıldızın var olduğunu varsaydı. Caltech ve Amsterdam ekipleri de değişken nesne konusunda bir sonuç yayımlamak konusunda duraksadı. 10 Mayıs 1997 günü, Uzay Teleskop Bilim Enstitüsü'nden Howard Bond, keşfini açıkladı. Bu keşif daha sonra patlamanın görülebilir kalıntıları tarafından doğrulandı.
10 Mayıs 1997 gününü 11 Mayıs 1997 gününe bağlayan gece, Metzger'in arkadaşı Charles Steidel, W. M. Keck Gözlemevi'nde değişken nesne için tayf ölçümleri yaptı. Daha sonra verileri Metzger'e gönderdi. Metzger, magnezyum ve demir ile tayf çizgileri sisteminin kullanarak z = 0.8349 ± 0.0002'lik bir kırmızıya kayma tespit etti. Bu, patlamanın 6 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir cisim tarafından emildiği anlamına geliyordu. Patlamanın kendisinin ne kadar uzaklıkta olduğu tespit edilemese de, emen cismin Dünya ile patlama arasında olduğu kesindi ve bu nedenle, patlamanın en az 6 milyar ışık yılı uzaklıkta olduğu sonucuna varıldı. Tayflarda Lyman-alfa ormanı (uzak galaksiler ve kuasarların tayflarındaki nötr hidrojenin Lyman-alfa bağlantısından yükselen tayf çizgilerinin zirve noktası) özelliklerinin yokluğu, kırmızıya kaymanın z ≤ 2.3 olarak daha kesin bir şekilde belirlenmesini sağladı. Chicago Üniversitesi'nden Daniel E. Reichart tarafından yapılan çalışmalar ise z ≈ 1.09'luk bir kırmızıya kayma olduğunu ortaya çıkardı. Bu, astronomların bir GIP'ın kırmızıya kaymasını ölçebildikleri ilk patlamaydı. 430-710 nm ve 350-800 nm'lik dalgaboylarında, bazı opsiyonel tayflar da Calar Alto Rasathanesi'nde ortaya çıkarıldı; fakat hiç salma çizgisi tespit edilmedi.
Patlamanın tespitinden beş gün sonra, 13 Mayıs günü, Dale Frail, Very Large Array ile yaptığı gözlemlere devam etti. Patlamanın konumuna ilişkin 3.5 santimetrelik bir dalgaboyuyla gözlemler yaptı ve güçlü bir sinyal aldı. 24 saat sonra, sinyal önemli derecede güçlendi ve Frail, 6 ile 21 cm'lik dalgaboylarında da sinyal tespit etti. Bu, bir GIP'ın kalıntılarının ilk doğrulanmış gözlemiydi.
İlerleyen bir ay boyunca, Frail, radyo kaynağının gücünün günden güne önemli ölçüde azalıp çoğaldığını; fakat ortalama olarak arttığını gözlemledi. Değişkenlikler bütün dalgaboylarında aynı zamanda olmuyordu. Princeton Üniversitesi'nden Jeremy Goodman, bunu, radyo dalgalarını Samanyolu'ndaki yıldızlararası plazmanın bükmesiyle açıkladı. Böyle radyo kırpışmaları (bir nesnenin radyo parlaklığındaki ani değişimler), sadece radyo kaynağının görünürde 3 mikroarksaniyelik bir çapı olduğunda meydana gelir.

Özellikleri

40-700 keV'de çalışan BeppoSAX'ın Gama Işın Patlaması Gözlemcisi, değişkenliği (1,85 ± 0,3) × 10⁻⁶ erg/cm² (1.85 ± 0.3 nJ/m²) olarak ölçtü. Geniş Alan Kamerası (2-26 keV) ise değişkenliği (0.7 ± 0.1) × 10⁻⁶ erg/cm² (0,7 ± 0,1 nJ/m²) olarak ölçtü. BATSE (20-1000 keV) ise değişkenliği (3,1 ± 0,2) × 10⁻⁶ erg/cm² (3,1 ± 0,2 nJ/m²) buldu.
Patlamadan beş saat sonra, patlamanın kadri U bandında (tayfın morötesi bölümü) 20,3 ± 0,3 ve R bandında (tayfın kırmızı bölümü) 21,2 ± 0,1 idi. Kalıntılar, iki banttaki parlaklıklarının da zirvesine patlamadan iki gün sonra ulaştı. 11 Mayıs günü saat 02:13'te (UTC), U bandındaki parlaklık 19,6 ± 0,3 olarak, R bandındaki parlaklık ise 10 Mayıs günü UTC ile saat 20:55'te 19,8 ± 0,2 olarak ölçüldü.
Kitt Peak Ulusal Rasathanesi'nden bir astronom olan James E. Rhoads, patlamayı inceledi ve kuvvetli bir biçimde ışın saçmadığını belirledi. Frail ve arkadaşları tarafından yapılan daha fazla inceleme, patlamada açığa çıkan toplam enerji miktarının 5×10⁵⁰ erg (5×10⁴³ J) olduğunu ortaya çıkardı. Rhoads ise açığa çıkan toplam gama ışını enerjisinin 3×10⁵⁰ erg (3×10⁴³ J) olduğunu buldu. Bu, patlamada açığa çıkan gama ışını ve hareket enerjisinin karşılaştırılabilir olduğunu ortaya çıkardı ve gama ışını üretiminde nispeten verimsiz olan GIP modellerini devre dışı bıraktı.

Uzaklık ölçeği ve ışıma modeli

Bu patlamadan önce astronomlar GIP'ların Dünya'dan ne kadar uzakta meydana geldiği konusunda bir fikir birliğine varamamışlardı. Patlamaların eşyönlü dağılımı, onların Samanyolu diskinde meydana gelmediklerini ortaya koysa da, bazı astronomlar patlamaların Samanyolu'nun etrafında meydana geldiğini ve az miktarda enerji içerdiğini öne sürüyorlardı. Bazıları ise patlamaların kozmolojik uzaklıklarda meydana geldiğini ve çok fazla enerji içerdiklerinden dolayı tespit edilebildiklerini söylüyordu. GRB 970508'in uzaklık ölçümü ve toplam enerji hesaplaması, kesin olarak ikinci teorinin doğruluğunu kanıtladı ve anlaşmazlığı bitirdi.
Mayıs ayı boyunca radyo kırpışmaları giderek güçsüzleşti ve en sonunda tamamen ortadan kayboldu. Bu, radyo kaynağının patlama tespit edildikten sonraki süre boyunca iyice dağıldığı anlamına geliyordu. Bilinen uzaklığı ve kırpışmalar sona erene kadar geçen zamanı dikkate alarak hesaplamalar yapan Frail, radyo kaynağının neredeyse ışık hızında patladığını buldu. Bazı teoriler göreli olarak genişleyen bir ateş topundan bahsederken, bu patlama, böyle bir teoriye ilişkin ilk güçlü kanıt oldu.

Ev sahipliği yapan galaksi

GRB 970508'in kalıntıları, parlaklıklarının en fazla olduğu döneme patlamanın tespitinden 19.82 gün sonra ulaştı. Daha sonra 100 gün boyunca zayıfladı. En sonunda, kalıntılar tamamen ortadan kayboldu ve patlamaya ev sahipliği yapan galaksi ortaya çıktı. Bu, halen yıldız üretmekte olan, cüce bir galaksiydi ve kadri V = 25.4 ± 0.15 idi. Galaksi, üstel bir diske ve 0.70 ± 0.07'lik bir eliptikliğe sahipti. GRB 970508'in görünür kalıntılarının kırmızıya kayması olan z = 0.835, ev sahipliği yapan galaksinin kırmızıyla kayması olan z = 0.83 ile uygundu. Bu ise, önceden gözlemlenmiş GIP'ların aksine, bu patlamanın bir etkin çekirdekli galakside oluştuğu ihtimalini ortaya koydu.