Εκλάμψεις Ακτίνων γ: Οι Λαμπρότερες Εκρήξεις στο Σύμπαν

Γενικά Χαρακτηριστικά

Η ιστορία της ανακάλυψης των εκλάμψεων ακτίνων γάμμα (Gamma-Ray Bursts, GRBs) είναι εξαιρετικά ενδιαφέρουσα και ο μηχανισμός παραγωγής τους προκαλεί ακόμη και σήμερα πονοκέφαλο στους ερευνητές! Καθώς είναι από τις λαμπρότερες εκρήξεις που έχουμε εντοπίσει ποτέ στο Σύμπαν*, αποτελούν αντικείμενα με τεράστιο ερευνητικό ενδιαφέρον. Ένα εξαιρετικά χρήσιμο εργαλείο στη μελέτη των εκλάμψεων είναι το ηλεκτρομαγνητικό τους φάσμα, διότι έχει οδηγήσει στην κατηγοριοποίησή τους με βάση τη χρονική διάρκεια τους και “έχει ρίξει φως” στην προέλευσή τους. Πλέον, υπάρχει ένα πλήθος κοινά αποδεκτών χαρακτηριστικών που μας δίνουν μια ιδέα για τις συνθήκες που επικρατούν κατά τη γέννηση τους, δείχνοντάς μας πού να ψάχνουμε. Για πολλά χρόνια, η μοναδική πληροφορία που μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε ήταν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, αλλά πρόσφατα, με την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων από το LIGO και το VIRGO που συνδέονται με ένα GRB, έχουμε πλέον περαιτέρω πληροφορίες για την προέλευσή τους.

Οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα εντοπίζονται αρκετά συχνά, με ρυθμό περίπου μιας την ημέρα, και η κατανομή τους στον ουρανό είναι ισοτροπική, δηλαδή είναι το ίδιο πιθανό να παρατηρηθούν σε οποιαδήποτε διεύθυνση κι αν κοιτάμε, γεγονός που αποδεικνύει την εξωγαλαξιακή τους προέλευση. Ένα κοινό χαρακτηριστικό όλων των GRBs είναι πως το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα τους χωρίζεται χρονικά σε δύο φάσεις: στο prompt emission (άμεση εκπομπή), όπου παρατηρούμε κατά κύριο λόγο ακτίνες γάμμα, και στο afterglow (μετάλαμψη), όπου ανιχνεύουμε ακτίνες Χ, ακτινοβολία στο οπτικό και ραδιοκύματα. Η τελευταία επιτρέπει τον υπολογισμό της απόστασης των GRBs και παρατηρήσεις δείχνουν ότι προέρχονται από γαλαξίες σε κοσμολογικές αποστάσεις, καθώς το φάσμα τους είναι σε μεγάλο βαθμό μετατοπισμένα προς το ερυθρό λόγω του φαινομένου Doppler. 

Τα φάσματα των GRBs διαφέρουν από έκλαμψη σε έκλαμψη, με μερικά να είναι μοναδικά, και για τον λόγο αυτό η κατανόηση των φυσικών νόμων που τα δημιουργούν καθίσταται εξαιρετικά δύσκολη. Παρόλα αυτά, υπάρχει ένα πλήθος χαρακτηριστικών που φαίνεται να είναι κοινά σε πολλά GRB, όπως ότι:

• Η παραγωγή των εκλάμψεων φαίνεται να γίνεται σε πίδακες.
• Ο μηχανισμός που τα παράγει σχετίζεται με τη γέννηση ενός συμπαγούς αντικειμένου, είτε ενός αστέρα νετρονίων είτε μιας μαύρης τρύπας, γεγονός που φαίνεται να επαληθεύτηκε χάρη στα LIGO και VIRGO.

Η χρονική μεταβολή του prompt emission των GRBs αποτελεί ένα από τα δύο εργαλεία που είχαν στη διάθεσή τους οι ερευνητές για πολλές δεκαετίες (πέραν του ηλεκτρομαγνητικού φάσματός τους), και η μελέτη της έχει οδηγήσει σε πολλά σημαντικά συμπεράσματα, με σπουδαιότερο ίσως την κατηγοριοποίησή τους με βάση τη χρονική τους διάρκεια. Η διάρκεια των GRBs ποικίλλει αρκετά, με μερικά να εκπέμπουν μόνο για 0.01 δευτερόλεπτα και άλλα για περισσότερο από 100 δευτερόλεπτα, με περίπου το 80% των GRBs να παρουσιάζουν έντονη μεταβλητότητα. Η χρονική διάρκειά τους τα διαχωρίζει σε δύο κατηγορίες:

• Short GRBs (βραχέα): το 90% της ακτινοβολίας εκπέμπεται σε λιγότερο από δύο δευτερόλεπτα
• Long GRBs (μακρά): το 90% της ακτινοβολίας εκπέμπεται σε περισσότερο από δύο δευτερόλεπτα

Χρησιμοποιούμε το 90% της ακτινοβολιας ως μέτρο για τον διαχωρισμό των δύο κατηγοριών επειδή το υπόλοιπο 10% μπορεί να χρειαστεί μέρες ή ακόμη και μήνες για να εκπεμφθεί.

Προτού προχωρήσουμε σε μια λεπτομερέστερη περιγραφή των δύο πληθυσμών, πρέπει να θέσουμε το εξής ερώτημα: μήπως ανήκουν όλες οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα στην κατηγορία των long; Η απάντηση θα δοθεί στο δεύτερο μέρος του άρθρου!

* Οι σχετικιστικές ταχύτητες που προκαλούν αυτά τα φαινόμενα ενισχύουν σημαντικά τη ροή φωτονίων που βλέπουμε εμείς ως παρατηρητές στη Γη.