Οι ερευνητές βρίσκονται ένα βήμα πιο κοντά στην εξήγηση των πιο φωτεινών εκρήξεων στο Σύμπαν

Οι ερευνητές ενδέχεται να βρίσκονται ένα βήμα πιο κοντά στην ανακάλυψη του τρόπου με τον οποίο οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα αποτελούν μερικές από τις ισχυρότερες εκρήξεις στο γνωστό Σύμπαν.

Ενδεικτικά, μια μόνο έκρηξη ακτίνων γάμμα, ή GRB, μπορεί να παράγει περισσότερη ενέργεια σε δευτερόλεπτα από όση θα εκπέμψει ο Ήλιος σε δισεκατομμύρια χρόνια. Λόγω αυτής της ισχύος, οι επιστήμονες θεωρούν ότι οι GRBs δημιουργούνται από μερικά από τα πιο βίαια γεγονότα του Σύμπαντος. Σε αυτά περιλαμβάνονται πράγματα όπως οι εκρήξεις σουπερνόβα που σηματοδοτούν το θάνατο τεράστιων άστρων και η σύγκρουση και συγχώνευση δύο άστρων νετρονίων, τα οποία είναι "νεκρά" αστέρια που αποτελούνται από την πιο πυκνή ύλη που γνωρίζουμε, καθώς και εκρήξεις από μικρές μαύρες τρύπες.

Ωστόσο, πτυχές αυτών των εκρήξεων παραμένουν καλυμμένες από μυστήριο, όπως ο ακριβής μηχανισμός που εκτοξεύει μια GRB και τι ακριβώς προκαλεί μια "μεγάλη" GRB που διαρκεί περισσότερο από 2 δευτερόλεπτα σε σχέση με μια "μικρή" GRB που διαρκεί λιγότερο χρόνο.

Μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Χάντσβιλ, για παράδειγμα, μελετά τις εκλείψεις φωτός των GRBs και πώς αυτές αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου για να μοντελοποιήσει καλύτερα αυτές τις εκρήξεις και να διαλευκάνει τελικά τα μυστικά τους.

"Παρά το γεγονός ότι μελετώνται εδώ και πάνω από πενήντα χρόνια, οι μηχανισμοί με τους οποίους οι GRBs παράγουν φως είναι ακόμη άγνωστοι, ένα μεγάλο μυστήριο της σύγχρονης αστροφυσικής", ανέφερε σε ανακοίνωσή του ο επικεφαλής της ομάδας Jon Hakkila, επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Huntsville. "Η κατανόηση των GRB μας βοηθά να κατανοήσουμε μερικούς από τους πιο γρήγορους και ισχυρούς μηχανισμούς παραγωγής φωτός που συμβαίνουν στη Φύση. Οι GRBs είναι τόσο φωτεινές, που μπορούν να παρατηρηθούν σε όλο το εύρος του Σύμπαντος, και επειδή το φως ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα μας επιτρέπουν να δούμε πίσω στις πρώτες εποχές που υπήρχαν αστέρια".

Ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους οι GRB παραμένουν τόσο δύσκολο να κατανοηθούν είναι ότι τα θεωρητικά μοντέλα για την περιγραφή τους δεν ήταν σε θέση να εξηγήσουν τη συμπεριφορά των καμπυλών φωτός τους, οι οποίες είναι γραφήματα που δείχνουν πώς μεταβάλλεται η ένταση του φωτός ενός αντικειμένου με την πάροδο του χρόνου.

Η κατάσταση περιπλέκεται ακόμη περισσότερο από το γεγονός ότι καμία από τις δύο καμπύλες φωτός των GRB δεν είναι ακριβώς η ίδια και η διάρκεια των εκρήξεων μπορεί να διαρκεί από μόλις χιλιοστά του δευτερολέπτου έως δεκάδες λεπτά.

Ο Hakkila και οι συνεργάτες του μοντελοποίησαν τις GRBs ως μια σειρά ενεργειακών παλμών, θεωρώντας ότι αυτοί οι παλμοί χρησιμεύουν ως οι βασικές μονάδες της εκπομπής GRB. "Υποδεικνύουν χρόνους κατά τους οποίους μια GRB λαμπρύνει και στη συνέχεια σβήνει. Κατά τη διάρκεια του χρόνου που εκπέμπει ένας παλμός GRB, υφίσταται μεταβολές της φωτεινότητας που μερικές φορές μπορεί να εμφανιστούν σε πολύ μικρές χρονικές κλίμακες. Το περίεργο με αυτές τις μεταβολές είναι ότι είναι αντιστρέψιμες".

Ο ερευνητής πρόσθεσε ότι είναι πολύ δύσκολο να καταλάβει κανείς πώς μπορεί να συμβαίνει αυτή η αντιστρεψιμότητα, επειδή, σε αντίθεση με τα γράμματα σε μια λέξη, ο χρόνος μπορεί να διαβαστεί μόνο προς μία κατεύθυνση.

"Ο μηχανισμός που παράγει φως σε έναν παλμό GRB παράγει με κάποιο τρόπο ένα μοτίβο φωτεινότητας, και στη συνέχεια παράγει το ίδιο μοτίβο με αντίστροφη σειρά. Αυτό είναι αρκετά περίεργο και κάνει τις GRBs μοναδικές".

Η ομάδα επικεντρώθηκε στα μοντέλα των GRBs που παράγονται όταν οι μαύρες τρύπες (που σχηματίστηκαν πρόσφατα από το θάνατο ενός μεγάλου άστρου) εκτοξεύουν πίδακες σωματιδίων που ταξιδεύουν με ταχύτητες κοντά στο φως ή "σχετικιστικές" ταχύτητες.

"Σε αυτά τα μοντέλα, ο πυρήνας ενός ετοιμοθάνατου τεράστιου άστρου καταρρέει για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα και το υλικό που πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα σχίζεται και ανακατευθύνεται προς τα έξω κατά μήκος δύο αντίθετων ακτίνων ή πιδάκων", εξηγεί ο Hakkila. "Το υλικό του πίδακα που κατευθύνεται προς τη δική μας κατεύθυνση εκτινάσσεται προς τα έξω με ταχύτητα σχεδόν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Δεδομένου ότι η GRB είναι σχετικά βραχύβια, πάντα υποτίθεται ότι ο πίδακας παραμένει στραμμένος προς εμάς καθ' όλη τη διάρκεια του συμβάντος. Αλλά τα χαρακτηριστικά των παλμών που αντιστρέφονται χρονικά ήταν πολύ δύσκολο να εξηγηθούν αν προέρχονται από το εσωτερικό ενός μη κινούμενου πίδακα".

Για να εξηγήσει την παλίνδρομη φύση των καμπυλών φωτός των GRB, η ομάδα πρόσθεσε πλευρική κίνηση στους σχετικιστικούς πίδακες που εκτοξεύονται μακριά από τις βρεφικές μαύρες τρύπες.

"Η ιδέα ενός πλάγια κινούμενου πίδακα παρέχει μια απλή λύση με την οποία μπορεί να εξηγηθεί η χρονικά αντίστροφη δομή των παλμών GRB", συνέχισε ο Hakkila. "Καθώς ο πίδακας διασχίζει τη γραμμή όρασης, ένας παρατηρητής θα δει το φως που παράγεται πρώτα από τη μία πλευρά του πίδακα, μετά από το κέντρο του πίδακα και τέλος από την άλλη πλευρά του πίδακα. Ο πίδακας θα φωτίζεται και στη συνέχεια θα εξασθενεί καθώς το κέντρο του πίδακα διασχίζει τη γραμμή όρασης και η ακτινικά συμμετρική δομή γύρω από τον πυρήνα του πίδακα θα φαίνεται με αντίστροφη σειρά καθώς ο πίδακας εξασθενεί".

Ο Hakkila πρόσθεσε ότι, σε αυτό το "βαλλιστικό μοντέλο των GRBs", οι σχετικιστικοί πίδακες από τις μαύρες τρύπες ψεκάζουν υλικό με τρόπο που μοιάζει με πυροσβεστικό σωλήνα που ψεκάζει νερό. Καθώς οι πίδακες ενεργούν σαν ρευστό και όχι σαν στερεό, είπε ότι ένας παρατηρητής θα έβλεπε ολόκληρο τον πίδακα να είναι καμπυλωτός και όχι ευθεία.

"Η κίνηση του ακροφυσίου προκαλεί το φως από διαφορετικά μέρη του πίδακα να μας φτάνει σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, και αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού με τον οποίο ο πίδακας παράγει φως, καθώς και ως εργαστήριο για τη μελέτη των επιπτώσεων της ειδικής σχετικότητας", κατέληξε.

[via]