A rövid gammakitörések titkai

Az Univerzum legnagyobb energiájú csillagrobbanásai a
gammavillanások (GRB-k, Gamma Ray Bursts), melyek két, jól elkülönülő
csoportra oszthatók: a rövid és hosszú gammavillanásokra. A rövid GRB-k
rendkívül intenzív, legfeljebb két másodpercig tartó impulzusok,
melyekben a kitörés ideje alatt több
milliárd Nap teljesítményének megfelelő energia sugárzódik ki. A Föld
körül keringő Swift és HETE-2 műholdak segítségével a  tavalyi év
során jelentős előrehaladást sikerült elérni a folyamat megértésében,
és a sikerek alapján néhány hónappal ezelőtt úgy tűnt, megoldódott a
rövid gammavillanások
problémája. Az említett két műholddal sikerült több rövid
GRB pontos helyét meghatározni az égen, majd a pozíciók ismeretében más
űrbéli
és földi távcsövekkel tovább megfigyelni a jelenségeket. Az észlelések
alapján felállított modell szerint a rövid gammavillanások akkor
keletkeznek, amikor két
neutroncsillag, vagy egy neutroncsillag-fekete lyuk páros összeolvad
egy hatalmas
ütközésben. A jelenség alapjaiban különbözik a hosszú
gammavillanásoktól, amelyek nagy tömegű csillagok
felrobbanását kísérik.

Az összeolvadásos modellek szerint amikor két
neutroncsillag spirális pályán egyre inkább megközelíti, majd eléri
egymást, a keletkező objektum általában azonnal fekete lyukká omlik
össze. A fennmaradó kis mennyiségű gázanyag kis korongot alkot a
fekete lyuk körül, majd ahogyan a korong anyaga is bespirálozik a
fekete lyukba, a mágneses erővonalak hatására két, egymással ellentétes
irányba mutató anyagsugár, azaz jet dobódik ki, amelyben az anyag közel fénysebességgel mozog. A jetben fellépő
különféle áramlások keltette lökéshullámok bocsátják ki azután a
gammavillanásokat. Ez az elképzelés jól megmagyarázta
a rövid GRB-k keletkezését és egyéb tulajdonságaikat.

A legfrissebb megfigyelések azonban arra
utalnak, hogy a rövid gammavillanások jóval összetettebb és sokoldalúbb
jelenségek, és valószínűleg többféle folyamat is
okozhatja ezeket.

2005.
július 9-én a Swift műhold észlelt egy
rövid gammavillanást, majd július 24-én még egyet, amelyek mindegyikét
erőteljes röntgenkitörés követett percekkel a
gammavillanás után. Az igazán meglepő az volt, hogy a
röntgenutófénylésekben kibocsátott energia nagyjából ugyanannyi volt,
mint a gammavillanás energiája. A
jelenséget az összeolvadásos modellek nem tudják megmagyarázni, mivel
ezekben a visszamaradt anyag másodperceken belül a fekete lyukba
hullik, azaz nincs utánpótlás percekkel későbbi újabb robbanásokra.
Hasonlóan problematikus volt a 2005. december
21-én  észlelt GRB, mivel a
kibocsátott energia megközelítőleg egy hosszú gammakitörés energiájával
egyezett meg. A rádiótartományban végzett
megfigyelések szintén arra mutattak, hogy a december 21-i esemény
központi tartománya még sok órával a gammavillanás után is energiával
látta el a környező gázanyagot.

Az új eredmények fényében
néhány kutató elveti az összeolvadási modellt, míg mások megpróbálják
olyan értelemben módosítani, hogy számot adhasson a
röntgenflerekről is. Az Astrophysical
Journalhoz beküldött cikkben Andrew MacFadyen (Institute for Advanced
Study) és két kollégája például azt állítja, hogy néhány rövid gammavillanás progenitora (szülőcsillaga) olyan kettős rendszer
lehet, amelynek egyik tagja neutron-, másik tagja pedig közönséges
csillag. A közönséges csillagról áramló anyag felgyülemlik a
neutroncsillagon egészen addig, míg végül az nem bírja el a rárakódott
tömeget, és gravitációs összeomlást szenved. Ennek eredményeként fekete
lyukká alakul, közben pedig rövid gammafelvillanást bocsát ki. A heves
robbanás ugyanakkor anyagot dob kifelé szinte fénysebességgel. Ennek az
anyagnak egy része pedig a társcsillagba csapódik, ahol
röntgentartományban észlelhető felvillanást okoz.

Egy
másik érdekes elméletről a
Science című folyóirat február 24-i számában Zigao Dai (Nanjingi
Egyetem, Kína) és három kollégája számolt be. Ez az elképzelés
"megmenti" az összeolvadási modellt, és képes magyarázatot adni a
röntgenflerekre is. A modellben két, viszonylag kis tömegű
neutroncsillag ütközik és bocsátja ki a röntgensugárzást, de a két
objektum együttes tömege még mindig alatta marad a neutroncsillagok
elméleti felső tömeghatárának (kb. 3 naptömeg). Az újonnan született
masszív neutroncsillag másodpercenként akár
százszor is megfordulhat tengelye körül, ugyanakkor forgása
valószínűleg nem egyenletes, hanem mint a Nap esetében, a neutroncsillag egyenlítője mentén
gyorsabb, mint a pólusoknál. Ez az ún.
differenciális rotáció feltekeri a mágneses erővonalakat
a csillag belsejében, és másodpercek alatt olyan mennyiségű
mágneses feszültség halmozódik fel, aminek energiája egy határ elérése
után hatalmas robbanásban szabadul fel. A robbanás
anyagtömegeket vet ki egy izzó, robbanó tűzgömbhöz hasonlóan, melyek
becsapódva a neutroncsillagot övező gázfelhőbe, röntgensugárzást
keltenek. Ez többször is előfordulhat,
így a kínai kutatók modellje képes megmagyarázni a július 24-én megfigyelt
jelenséget követő 5 röntgenfelvillanást.

A
kutatási terület látványos fejlődése mellett elképzelhető, hogy a Swift
és a HETE-2 űreszközök, illetve más
obszervatóriumok további vizsgálatai a rövid gammavillanások további
típusait is felfedezhetik. Különösen izgalmas lehetőség lenne, ha egy
rövid GRB tűnne fel egy
közeli galaxisban, mivel lehetséges, hogy a közeljövőben beinduló
gravitációshullám-detektorok észlelhetnék az összeolvadó
neutroncsillagok által a téridőben kiváltott zavarokat. Ezzel pedig
teljesen új nézőpontból kaphatnánk képet az összeolvadó
neutroncsillagok és fekete lyukak fortyogó pokláról.

Forrás: Sky and Telescope, 2006. március 21.

Korábban:

• Neutroncsillagok rádiókitörései
• A hosszú és rövid gammavillanások különbsége
• Magnetár-kitörés egy másik galaxisban

Hozzászólás

hozzászólás