Πίστωση εικόνας: ESO
Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι μερικές από τις μεγαλύτερες εκρήξεις στο Σύμπαν. μπορεί κανείς να παράγει περισσότερη ενέργεια σε λίγα δευτερόλεπτα από αυτή που δημιουργεί ο Ήλιος σε 10 δισεκατομμύρια χρόνια. Πιστεύεται ότι προκαλούνται όταν καταρρέει ένα υπερμεγάλο αστέρι, που ονομάζεται α υπερκαινοφανής . Αστρονόμοι από το Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο παρακολούθησαν τη λάμψη μιας πρόσφατης έκρηξης χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται πολωσιμετρία, η οποία τους επιτρέπει να παρακολουθούν το σχήμα της έκρηξης. Εάν ήταν μια σφαιρική έκρηξη, το φως θα είχε τυχαία πολικότητα, αλλά διαπίστωσαν ότι το αέριο ρέει έξω με πίδακες που διευρύνονται με την πάροδο του χρόνου.
Οι 'εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRBs)' είναι σίγουρα από τα πιο δραματικά γεγονότα που είναι γνωστά στην αστροφυσική. Αυτές οι σύντομες λάμψεις ενεργειακών ακτίνων γάμμα, που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 από στρατιωτικούς δορυφόρους, διαρκούν από λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο έως αρκετά λεπτά.
Τα GRBs έχουν βρεθεί ότι βρίσκονται σε εξαιρετικά μεγάλες («κοσμολογικές») αποστάσεις. Η ενέργεια που απελευθερώνεται σε λίγα δευτερόλεπτα κατά τη διάρκεια ενός τέτοιου γεγονότος είναι μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ζωής του, άνω των 10.000 εκατομμυρίων ετών. Τα GRB είναι πράγματι τα πιο ισχυρά γεγονότα από τη Μεγάλη Έκρηξη που είναι γνωστά στο Σύμπαν, βλ. ESO PR 08/99 και ESO PR 20/00.
Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, έχουν αυξηθεί περιστασιακά στοιχεία ότι τα GRBs σηματοδοτούν την κατάρρευση αστεριών εξαιρετικά ογκωδών, των λεγόμενων υπερκαινοφανών. Αυτό τελικά αποδείχθηκε πριν από μερικούς μήνες, όταν οι αστρονόμοι, χρησιμοποιώντας το όργανο FORS στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) της ESO, τεκμηρίωσαν με άνευ προηγουμένου λεπτομέρειες τις αλλαγές στο φάσμα της πηγής φωτός («οπτική μεταλάμψη») της έκρηξης ακτίνων γάμμα GRB 030329 (πρβλ. ESO PR 16/03). Μια οριστική και άμεση σύνδεση μεταξύ κοσμολογικών εκρήξεων ακτίνων γάμμα και εκρήξεων αστεριών πολύ μεγάλης μάζας δόθηκε σε αυτήν την περίπτωση.
Το Gamma-Ray Burst GRB 030329 ανακαλύφθηκε στις 29 Μαρτίου 2003 από το διαστημόπλοιο High Energy Transient Explorer της NASA. Οι επακόλουθες παρατηρήσεις με τον φασματογράφο UVES στο τηλεσκόπιο VLT KUEYEN των 8,2 μέτρων στο Παρατηρητήριο Paranal (Χιλή) έδειξαν ότι η έκρηξη είχε μετατόπιση προς το κόκκινο 0,1685 [1]. Αυτό αντιστοιχεί σε απόσταση περίπου 2.650 εκατομμυρίων ετών φωτός, καθιστώντας το GRB 030329 το δεύτερο πλησιέστερο GRB μακράς διάρκειας που έχει εντοπιστεί ποτέ. Η εγγύτητα του GRB 030329 οδήγησε σε πολύ φωτεινή εκπομπή μεταλάμψης, επιτρέποντας τις πιο εκτενείς επακόλουθες παρατηρήσεις από οποιαδήποτε μεταλάμψη μέχρι σήμερα.
Μια ομάδα αστρονόμων [2] με επικεφαλής τον Jochen Greiner του Max-Planck-Institut f?r extraterrestrische Physik (Γερμανία) αποφάσισε να κάνει χρήση αυτής της μοναδικής ευκαιρίας για να μελετήσει τις ιδιότητες πόλωσης της μεταλάμψης του GRB 030329 όπως αναπτύχθηκε μετά την έκρηξη.
Οι υπερκαινοφανείς, η πηγή των GRBs, είναι πράγματι τόσο μακριά που μπορούν να θεωρηθούν μόνο ως άλυτα σημεία φωτός. Για να διερευνήσουν τη χωρική τους δομή, οι αστρονόμοι πρέπει επομένως να βασιστούν σε ένα τέχνασμα: την πολωμετρία (βλ. ESO PR 23/03).
Η πολικομετρία λειτουργεί ως εξής: το φως αποτελείται από ηλεκτρομαγνητικά κύματα τα οποία ταλαντώνονται προς ορισμένες κατευθύνσεις (επίπεδα). Η ανάκλαση ή η σκέδαση του φωτός ευνοεί ορισμένους προσανατολισμούς των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων έναντι άλλων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα πολωτικά γυαλιά ηλίου μπορούν να φιλτράρουν τη λάμψη του ηλιακού φωτός που αντανακλάται από μια λίμνη.
Η ακτινοβολία σε μια έκρηξη ακτίνων γάμμα παράγεται σε ένα διατεταγμένο μαγνητικό πεδίο, ως η λεγόμενη ακτινοβολία σύγχροτρον [3]. Εάν ο υπερκαινοφανής είναι σφαιρικά συμμετρικός, όλοι οι προσανατολισμοί των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων θα υπάρχουν εξίσου και θα είναι ο μέσος όρος, οπότε δεν θα υπάρχει καθαρή πόλωση. Εάν, ωστόσο, το αέριο δεν εκτιναχθεί συμμετρικά, αλλά σε πίδακα, μια ελαφρά καθαρή πόλωση θα αποτυπωθεί στο φως. Αυτή η καθαρή πόλωση θα αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, καθώς η γωνία ανοίγματος του πίδακα διευρύνεται με το χρόνο και βλέπουμε ένα διαφορετικό κλάσμα του κώνου εκπομπής.
Η μελέτη των ιδιοτήτων πόλωσης της μεταλάμψης μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα επιτρέπει έτσι την απόκτηση γνώσεων σχετικά με τις υποκείμενες χωρικές δομές και την ισχύ και τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου στην περιοχή όπου παράγεται η ακτινοβολία. «Και το να το κάνουμε αυτό για μεγάλο χρονικό διάστημα, καθώς η υστερία λάμψη εξασθενεί και εξελίσσεται, μας παρέχει ένα μοναδικό διαγνωστικό εργαλείο για μελέτες έκρηξης ακτίνων γάμμα», λέει ο Jochen Greiner.
Αν και υπάρχουν προηγούμενες μεμονωμένες μετρήσεις της πόλωσης της οπτικής μεταλάμψης του GRB, δεν έχει γίνει ποτέ λεπτομερής μελέτη για την εξέλιξη της πόλωσης με το χρόνο. Αυτό είναι πράγματι μια πολύ απαιτητική εργασία, δυνατή μόνο με ένα εξαιρετικά σταθερό όργανο στο μεγαλύτερο τηλεσκόπιο… και μια επαρκή φωτεινή οπτική λάμψη.
Μόλις εντοπίστηκε το GRB 030329, η ομάδα των αστρονόμων στράφηκε λοιπόν στο ισχυρό όργανο πολλαπλών λειτουργιών FORS1 στο τηλεσκόπιο VLT ANTU. Πήραν 31 πολωσιμετρικές παρατηρήσεις σε μια περίοδο 38 ημερών, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να μετρήσουν, για πρώτη φορά, τις αλλαγές της πόλωσης μιας μεταλάμψης έκρηξης οπτικών ακτίνων γάμμα με το χρόνο. Αυτό το μοναδικό σύνολο δεδομένων παρατήρησης καταγράφει τις φυσικές αλλαγές στο απομακρυσμένο αντικείμενο με αξεπέραστη λεπτομέρεια.
Τα δεδομένα τους δείχνουν την παρουσία πόλωσης στο επίπεδο από 0,3 έως 2,5% καθ' όλη τη διάρκεια της περιόδου των 38 ημερών με σημαντική διακύμανση στη δύναμη και τον προσανατολισμό σε χρονικές κλίμακες έως και ώρες. Αυτή η συγκεκριμένη συμπεριφορά δεν έχει προβλεφθεί από καμία από τις κύριες θεωρίες.
Δυστυχώς, η πολύ περίπλοκη καμπύλη φωτός αυτής της μεταλάμψης GRB, από μόνη της που δεν είναι κατανοητή, εμποδίζει την απλή εφαρμογή των υπαρχόντων μοντέλων πόλωσης. «Αποδεικνύεται ότι η εξαγωγή της κατεύθυνσης του πίδακα και της δομής του μαγνητικού πεδίου δεν είναι τόσο απλή όσο νομίζαμε αρχικά», σημειώνει ο Όλαφ Ράιμερ, άλλο μέλος της ομάδας. «Αλλά οι γρήγορες αλλαγές των ιδιοτήτων πόλωσης, ακόμη και κατά τη διάρκεια ομαλών φάσεων της καμπύλης φωτός μεταλάμψης, αποτελούν πρόκληση στη θεωρία της μεταλάμψης».
«Ενδεχομένως», προσθέτει ο Jochen Greiner, «το συνολικό χαμηλό επίπεδο πόλωσης δείχνει ότι η ισχύς του μαγνητικού πεδίου στις παράλληλες και στις κάθετες κατευθύνσεις δεν διαφέρει περισσότερο από 10%, υποδηλώνοντας έτσι ένα πεδίο ισχυρά συζευγμένο με το κινούμενο υλικό. Αυτό είναι διαφορετικό από το πεδίο μεγάλης κλίμακας που έχει απομείνει από το αστέρι που εκρήγνυται και το οποίο πιστεύεται ότι παράγει το υψηλό επίπεδο πόλωσης στις ακτίνες γάμμα».
Αρχική πηγή: Δελτίο Ειδήσεων ESO