Gamma-kitörések a világegyetemben a felfedezéstől napjainkig (3. rész)
(Rovat: Távoli világok kutatói - 2008.01.09 08:24.)

A gamma-kitörések során óriási mennyiségű energia szabadul fel. Adódik a kérdés, hogy milyen jelenség van a folyamat hátterében, mi az a „motor”, ami hajtja a robbanást.

Az egyik jelölt a fekete lyukak keletkezése, ami tudottan energetikus folyamat, ezért a nyomozás az eredet után ebbe az irányba indult el. Azt kezdték vizsgálni, lehet-e, és ha igen mi a kapcsolat a gamma-kitörések és a fekete lyukak között.

Annak ellenére, hogy a részletek még nem teljesen világosak, létezik egy modell, amely a legjobbnak bizonyult a kitörések tulajdonságainak magyarázatában. Ez az úgynevezett tűzgolyó modell, mely szerint a fekete lyuk keletkezésekor a robbanás energiája fénysebességgel mozgó héjak mozgási energiájába tömörül. Kezdetben a kijövő anyag sűrűsége olyan nagy, hogy a fotonok nem tudnak kitörni belőlük, de valószínűleg még a neutrínók sem (a neutrínók jóval gyengébben hatnak kölcsön az anyaggal). Ahogy a kidobott anyag tágul és eléri a 10-100 milliárd kilométert, a sűrűsége annyira csökken, hogy a gamma-tartománybéli fotonok kitörhetnek. Ekkor a kinetikus energia egy része átalakul a fotonok energiájává és ezt észleljük gamma-kitörésnek.

Hosszúak és rövidek

A megfigyelések nyomán fény derült arra, hogy alapvetően két csoportba sorolhatóak a kitörések: léteznek rövidek (pár miliszekundumtól két másodpercig tartanak) és hosszúak (melyek több mint két másodpercig tartanak). Nem csupán az időtartamukban különbözik a két csoport: a rövidekből érkező fotonoknak nagyobb az energiájuk, mint a hosszú kitörésekből jövőknek. Annak ellenére, hogy mindkettőnek köze van a fekete lyukakhoz, fizikailag más jelenséget látunk.

Nemrég egy nemzetközi csoport kutatása nyomán bebizonyosodott, hogy a hosszú gamma-kitörések a nagyon nagy tömegű csillagok végső felrobbanásával vannak kapcsolatban. Ezek kezdeti tömege mintegy 30-40 naptömeg és a gamma-kitörés akkor keletkezik, mikor ezek a csillagok fekete lyukká roskadnak. Kulcsfontosságú bizonyítékkal az Európai Déli Obszervatórium, az ESO VLT nevű távcsöve szolgált. Egy hónapon át követték egy gamma-kitörés halványodó optikai utófényét és ez alatt az egy hónap alatt a spektrumból fokozatosan egy szupernóva spektrum bújt elő, ami bizonyíték a csillag robbanása mellett.

Egy rövid gamma-kitörés (GRB 050724) az ESO VLT távcsövével. A bal oldali képet 12 órával a kitörés után készítették. Látható rajta a röntgen- (Swift XRT és Chandra; körök) és az optikai kép alapján becsült pozíció (kék kereszt). Készítettek egy további képet is 5 nappal később, és ezt kivonták a bal oldali képből. Ez látható a jobb oldalon. Ezen lehet legjobban követni az utófényt. (Kép: ESO)

Számos más alkalom is adódott, hogy a hosszú gamma-kitöréseket az erős szupernóvákhoz, az úgynevezett hipernóvákhoz kössék. Egy ilyen eseményt észlelt 2001. december 11-én az európai XMM-Newton műhold pár órával azután, hogy a kitörést észrevették. Ekkor az objektum 7 milliószor annyi röntgensugárzást bocsátott ki, mint egy közönséges galaxis. Ez alkalmat adott arra, hogy pontos és részletes spektrumot vegyenek fel az eseményről. Ebben a spektrumban sikerült azonosítani számos elem nyomát, mint például a szilíciumot, a magnéziumot vagy a nikkelt. Tipikusan ezek az elemek dobódnak ki egy csillag robbanása során, tehát a csillagászok egy nemrég bekövetkezett szupernóva nyomait látták.

Összeolvadó csillagok

A rövid kitörések eredete sokkal homályosabb. Sokat kellett várni, míg az első rövid kitöréshez tartozó utófényt megfigyelték. Mindaddig lehetetlen volt meghatározni a pontos helyzetet és szintén lehetetlen volt bármit is mondani a környezetről, amelyben a robbanás lezajlott.

2005. május 9-én a NASA Swift műholdja észlelt egy 40 miliszekundum időtartamú kitörést és elég pontosan lokalizálta ahhoz, hogy a földi tácsövekkel is észlelni lehessen. A felfedezés dátuma után GRB 050509B-nek keresztelt kitörés egy fényes elliptikus galaxisban történt, 2700 millió fényév távolságban. Az elliptikus galaxisokban csekély mértékű a csillagkeletkezés és ez egy fontos nyom a rövid kitörések eredete utáni nyomozásban.

(Folytatjuk!)