Czym są rozbłyski gamma?
Rozbłyski gamma (GRB) to intensywne wybuchy promieniowania gamma, które w kilka sekund generują więcej energii niż Słońce w ciągu swojego dziesięciomiliardowego życia. Te bardzo krótkie, ale intensywne zjawiska stanowią jedną z najtrudniejszych do rozwiązania zagadek w astrofizyce.
Dr Jon Hakkila z University of Alabama w Huntsville (UAH), głównyautor badania opublikowanego w The Astrophysical Journal, próbowała lepiej poznać właściwości tych niezwykle silnych wydarzeń, koncentrując się na ruchu dżetów, z których pochodzą.
„Pomimo ponad pięćdziesięciu lat badań, mechanizmy, dzięki którym rozbłyski gamma wytwarzają światło, są nadal nieznane, co stanowi wielką tajemnicę współczesnej astrofizyki. Zrozumienie GRB pomoże nam zrozumieć niektóre z najszybszych i najpotężniejszych mechanizmów wytwarzających światło, jakie są obecne w naturze. Rozbłyski gamma są tak jasne, że można je zaobserwować w całym Wszechświecie, a ponieważ światło porusza się ze skończoną prędkością, pozwalają nam cofnąć się do najwcześniejszych czasów istnienia gwiazd” – wyjaśnia Hakkila.
Jak tłumaczą naukowcy, jedną z przyczyn trudności w rozwiązaniu tej tajemnicy jest niezdolność modeli teoretycznych do zapewnienia spójnych wyjaśnień charakterystyk GRB dla ich zachowania na krzywej blasku. W astronomii krzywa blasku to wykres natężenia światła obiektu niebieskiego w funkcji czasu. Badanie tych zmiennych może dostarczyć astronomom istotnych informacji na temat procesów fizycznych, które je wytwarzają, a także pomóc w zdefiniowaniu teorii na ich temat. Żadne dwie krzywe blasku RGB nie są identyczne, a czas trwania ich emisji może wahać się od milisekund do dziesiątek minut jako seria energetycznych impulsów.
„Impulsy są podstawowymi jednostkami emisji rozbłysków gamma. Wskazują one czas, w którym GRB rozjaśnia się, a następnie zanika. W czasie emisji impuls GRB podlega zmianom jasności, które czasami mogą występować w bardzo krótkich odstępach czasu. Dziwną rzeczą w tych zmianach jest to, że są one odwracalne w taki sam sposób, jak palindromy” –zaznacza Hakkila.
„Bardzo trudno jest zrozumieć, jak to się dzieje, skoro czas płynie tylko w jednym kierunku. Mechanizm, który wytwarza światło w impulsie GRB, w jakiś sposób wytwarza wzór jasności, a następnie generuje ten sam wzór w odwrotnej kolejności. To dość dziwne i czyni rozbłyski gamma wyjątkowymi” – dodaje.
Jak zaznaczają astrofizycy, ogólnie przyjmuje się, że emisja GRB zachodzi w relatywistycznych dżetach – potężnych strumieniach promieniowania i cząstek, wystrzeliwanych z nowo powstałych czarnych dziur.
„W modelach jądro umierającej masywnej gwiazdy zapada się, tworząc czarną dziurę, a materiał wpadający do czarnej dziury jest rozrywany i przekierowywany na zewnątrz wzdłuż dwóch przeciwnych wiązek lub dżetów. Dżet skierowany w naszym kierunku jest wyrzucany na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła. Ponieważ GRB jest stosunkowo krótkotrwały, zawsze zakładano, że strumień pozostaje skierowany w naszą stronę przez cały czas trwania zdarzenia. Jednak charakterystyka impulsów odwróconych w czasie była bardzo trudna do wyjaśnienia, jeśli pochodzą one z nieporuszającego się strumienia” – tłumaczy badacz.
„Idea bocznie poruszającego się strumienia zapewnia proste rozwiązanie, dzięki któremu można wyjaśnić strukturę odwróconego w czasie impulsu GRB. Gdy dżet przecina linię widzenia, obserwator zobaczy światło wytwarzane najpierw przez jedną stronę dżetów, następnie przez ich środek, a na końcu przez drugą stronę wiązek. Dżet rozjaśnia się, a następnie blednie, gdy jego środek przekroczy linię widzenia, a promieniowo-symetryczna struktura wokół ich rdzenia będzie widoczna w odwrotnej kolejności, gdy dżet zmaleje” – zaznacza Hakkila.
Szybka ekspansja dżetów rozbłysków gamma, w połączeniu z ruchem „dyszy” dżetów względem obserwatora, pomaga oświetlić strukturę dżetów GRB.
„Strumienie muszą rozpylać materiał w sposób podobny do tego, w jaki wąż strażacki rozpyla wodę. Strumień zachowuje się bardziej jak płyn niż coś stałęgo, a obserwator, który mógłby zobaczyć cały strumień, widziałby go jako zakrzywiony, a nie prosty. Ruch dyszy powoduje, że światło z różnych części strumienia dociera do nas w różnym czasie, co może być wykorzystane do lepszego zrozumienia mechanizmu, za pomocą którego strumień wytwarza światło, a także jako laboratorium do badania efektów szczególnej teorii względności” – podsumowuje Hakkila.
Emil Gołoś
