„Izgő-mozgó” sugárzás okozza a gammakitöréseket?

477

A kozmikus gammakitörések 30 naptömegnél nagyobb csillagok összeomlásakor vagy két kompakt objektum (neutroncsillag, fekete lyuk, fehér törpe) összeolvadásakor keletkező extragalaktikus villanások, melyeket a ’70-es évek óta detektálnak, főleg az űrben keringő műholdak segítségével. Egy ilyen kollapszus során a pillanatok alatt kibocsátott energia (1051 erg) nagyságrendileg akkora, mint amekkorát a Napunk egész élete során kisugároz.

Ilyen nagy energia létrejöttét nagyon nehéz megmagyarázni. A legelfogadottabb elmélet szerint a robbanás során ellentétes irányba kilökődik két plazmanyaláb (jet), és ha egy ilyen a Föld irányába mutat, akkor észleljük a gammavillanást. A jetben a plazma anyaga relativisztikus sebességgel áramlik kifelé, azonban vannak az anyagnak lassúbb és gyorsabb részei (burkai), melyek ha összeütköznek, a gammasugarak hullámhossztartományába eső sugárzás keletkezik.

A sugárzás létrejöttét mind a mai napig a szinkrotronmodell alapján próbálják magyarázni a kutatók: a relativisztikus sebességű elektronok mágneses térben haladva ún. szinkrotronsugárzást bocsátanak ki, mely az extrém körülményeknek köszönhetően gammasugárzásként jelenik meg.

Azonban akadnak tudósok, akik időről időre újabb elméleteket vetnek fel. M. V. Medvedev (University of Kansas) és csoportja a legutóbbi kutatásuk során egy új sugárzásfajtát írt le és modellezett számítógéppel. Ennek jellegzetessége, hogy ha a relativisztikus elektron nem homogén, hanem kis skálán fluktuáló mágneses térben halad, akkor nem szinkrotron, hanem valamilyen „izgő-mozgó”, angolul „jitter” sugárzást bocsát ki. A modelljük igazolására a kutatók numerikus szimulációt használtak. Ennek eredményeképp a gammakitörések olyan spektrális tulajdonságait tudták előre jelezni, melyek korábban a széles körben elfogadott szinkrotronelméletből nem következtek, viszont amelyeket a megfigyelések alátámasztottak.

Az egyik előrejelzett tulajdonság az alfa alacsony energiájú spektrális indexek eloszlására vonatkozik. Az alfa index a kitörés spektrumának alacsony energiájú szakaszát jellemző mennyiség, a spektrum meredekségét mutatja meg: ha értéke nagy, a spektrum meredekebb (keményebb), ha kicsi, akkor lankásabb lefutású (lágyabb). A szinkrotronmodell előrejelzése alapján alfa nem haladhatja meg az alfa ≤ 2/3 értéket. Azonban a mérések azt mutatják, hogy az alfák egy jó része átlépi ezt a „szinkrotron halálvonalat”, ami sehogy sem következik az elméletből. Azonban a jitter-sugárzás elméletével meg lehet magyarázni ezt a jelenséget, mi több, a numerikus szimulációk is alátámasztották ezt.

A jitter-sugárzás egy korábbi modellje. Az ábrán látható szimulációt C. B. Hededal készítette (Christian B. Hededal. Gamma-Ray Bursts, Collisionless Shocks and  Synthetic Spectra, PhD thesis 2005 Niels Bohr Institute, Copenhagen)

A másik előre jelzett tulajdonság az ún. „követő viselkedés”, vagyis hogy a már említett alfák értékének időbeli alakulása azonos módon megy végbe, mint a megfigyelt fluxus (a teljes sugárzási teljesítmény) időbeli alakulása, tehát alfa követi a fluxus értékét. Ez a viselkedés sem következik a szinkrotron-modellből, azonban a jitter-modell szimulációjakor megjelent, vagyis a modell megjósolta ezt a különleges effektust.

Ennek jelentősége azért nagy, mert rámutat, hogy az általánosan jónak gondolt és használt elméletnek is hiányosságai vannak, melyeket az elmélet továbbfejlesztésével ki kell javítani, vagy egy gyökeresen új elméletet kell kifejleszteni. Ezt kísérelte meg Medvedev és csapata a jitter-modell kidolgozásával.

A jitter-modell alapján már korábban is készítettek szimulációkat gammakitörésekre, hasonlóan pozitív eredménnyel, azonban az elmélet még nem eléggé kidolgozott ahhoz, hogy a jelenség valamennyi tulajdonságát előrejelezze és ezzel a tudományos közvéleményben a szinkrotron-elméletet fölváltsa. Ezek az előzetes eredmények azonban biztatóak, így a közeljövőben várhatjuk, hogy a jitter-sugárzás kiterjesztett (és esetleg a szinkrotron-modellel összhangban lévő) elmélete kielégítően leírja majd a gamma-kitörések megfigyelt tulajdonságait.

Forrás: Astrophysical Journal, 702:L91-L95, 2009

Hozzászólás

hozzászólás