Strumienie z GRB mogą tłumaczyć sposób powstawania światła z rozbłysków gamma.
Rozbłyski gamma (GRB) to potężne eksplozje promieniowania gamma, które w ciągu kilku sekund uwalniają więcej energii niż Słońce przez całe swoje dziesięciomiliardowe życie. Te zjawiska przejściowe pozostają jedną z największych zagadek astrofizyki od czasu ich przypadkowego odkrycia w 1967 roku przez satelitę monitorującego broń jądrową.
Dr Jon Hakkila, naukowiec z University of Alabama w Huntsville (UAH), części University of Alabama System, jest głównym autorem artykułu opublikowanego w The Astrophysical Journal, który obiecuje rzucić światło na zachowanie tych tajemniczych kosmicznych potęg. Artykuł skupia się na ruchu strumieni, z których pochodzą te potężne eksplozje.
Pomimo ponad pięćdziesięciu lat badań, mechanizm, dzięki któremu GRB wytwarzają światło, jest nadal nieznany, co stanowi wielką tajemnicę współczesnej astrofizyki – wyjaśnił Hakkila. Zrozumienie GRB pomaga nam zrozumieć niektóre z najszybszych i najpotężniejszych mechanizmów wytwarzania światła, jakie stosuje natura. Błyski 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.
Jedną z przyczyn tej tajemnicy jest niezdolność modeli teoretycznych do spójnego wyjaśnienia charakterystyk krzywych blasku GRB. W astronomii krzywa blasku to wykres natężenia światła obiektu niebieskiego w funkcji czasu. Badanie krzywych blasku może dostarczyć istotnych informacji na temat procesów fizycznych, które je wytwarzają, a także pomóc w zdefiniowaniu teorii na ich temat. Żadne dwie krzywe blasku GRB nie są identyczne, a czas trwania emisji może wahać się od milisekund do dziesiątek minut jako seria energetycznych impulsów.
Impulsy są podstawowymi jednostkami emisji GRB – powiedział Hakkila. 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, w jaki odwracalne są słowa takie jak „rotator” lub „kajak” (palindromy). Bardzo trudno jest zrozumieć, jak to się dzieje, skoro czas płynie w jednym kierunku. Mechanizm, który wytwarza światło w impulsie GRB, w jakiś sposób wytwarza wzór w odwrotnej kolejności. To dość dziwne i sprawia, że GRB są wyjątkowe.
Ogólnie przyjmuje się, że emisja GRB zachodzi w relatywistycznych dżetach – potężnych strumieniach promieniowania i cząstek – wystrzeliwanych z nowo powstałych czarnych dziur.
W tych modelach jądro umierającej gwiazdy zapada się, tworząc czarną dziurę, a materiał wpadający do czarnej dziury jest rozrywany i przekierowany na zewnątrz wzdłuż dwóch przeciwstawnych strumieni – powiedział Hakkila. Strumień zwrócony 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 jest bardzo trudna do wyjaśnienia, jeżeli pochodzą one z nieporuszającego się strumienia.
Aby pomóc wyjaśnić tę właściwość, w artykule zaproponowano dodanie ruchu do strumienia. Idea poruszającego się poprzecznie strumienia zapewnia proste rozwiązanie, dzięki któremu można wyjaśnić odwróconą w czasie strukturę impulsu GRB – powiedział naukowiec. Gdy strumień przecina linię widzenia, obserwator zobaczy światło wytwarzane najpierw przez jedną stronę strumienia, następnie przez jego środek, a na końcu przez drugą stronę dżetu. Strumień rozjaśni się, a następnie zblednie, gdy środek dżetu przekroczy linię widzenia, a promieniowo symetryczna struktura wokół rdzenia strumienia będzie widoczna w odwrotnej kolejności, gdy strumień zblednie.
Gwałtowna ekspansja strumieni rozbłysków gamma, w połączeniu z ruchem „dyszy” dżetów względem obserwatora, pomaga w oświetleniu struktury strumieni GRB.
Strumienie muszą rozpylać materię w sposób podobny do tego, w jaki wąż strażacki rozpyla wodę – powiedział Hakkila. Strumień zachowuje się bardziej jak płyn, niż ciało stałe, 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.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- UAH astrophysics research advances understanding of how the light of gamma-ray bursts is produced
- Gamma-Ray Burst Pulses and Lateral Jet Motion
Źródło: UAH
Na ilustracji: Wizja artystyczna strumienia cząstek przebijającego gwiazdę zapadającą się w czarną dziurę podczas typowego rozbłysku gamma (GRB). Źródło: NASA
