Σύμφωνα με τον αστρονόμο Andrew Levan, υπάρχει μια παλιά παροιμία στη μελέτη των εκρήξεων ακτίνων γάμμα: «Όταν έχεις δει μια έκρηξη ακτίνων γάμμα, έχεις δει… μόνο μία έκρηξη ακτίνων γάμμα. Αυτοίδεν είναιπαρόλα αυτά», είπε κατά τη διάρκεια συνέντευξης Τύπου στις 16 Απριλίου συζητώντας την ανακάλυψη ενός πολύ διαφορετικού είδους GRB – ενός τύπου που έρχεται σε μια νέα γεύση μεγάλης διάρκειας.
Τρεις από αυτές τις ασυνήθιστες μακροχρόνιες αστρικές εκρήξεις ανακαλύφθηκαν πρόσφατα χρησιμοποιώντας τον δορυφόρο Swift και άλλα διεθνή τηλεσκόπια και μία, με το όνομα GRB 111209A, είναι η μεγαλύτερη GRB που έχει παρατηρηθεί ποτέ, με διάρκεια τουλάχιστον 25.000 δευτερόλεπτα ή περίπου 7 ώρες.
«Παρατηρήσαμε τη μεγαλύτερη έκρηξη ακτίνων γάμμα στη σύγχρονη ιστορία και πιστεύουμε ότι αυτό το γεγονός προκαλείται από τον θάνατο ενός μπλε υπεργίγαντα», δήλωσε ο Bruce Gendre, ένας ερευνητής που συνδέεται τώρα με το Εθνικό Κέντρο Επιστημονικής Έρευνας της Γαλλίας που ηγήθηκε αυτής της μελέτης ενώ βρισκόταν στο Επιστημονικό Κέντρο Δεδομένων της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας στο Frascati της Ιταλίας. «Προκάλεσε την πιο ισχυρή αστρική έκρηξη στην πρόσφατη ιστορία, και πιθανότατα από τότε που συνέβη το Big Bang».
Οι αστρονόμοι είπαν ότι αυτά τα τρία GRB αντιπροσωπεύουν μια προηγουμένως μη αναγνωρισμένη κατηγορία αυτών των αστρικών εκρήξεων, που προκύπτουν από τους καταστροφικούς θανάτους υπεργιγάντων άστρων εκατοντάδες φορές μεγαλύτερα από τον Ήλιο μας. Τα GRB είναι οι πιο φωτεινές και μυστηριώδεις εκρήξεις στο Σύμπαν. Οι εκρήξεις εκπέμπουν εξάρσεις ακτίνων γάμμα - της πιο ισχυρής μορφής φωτός - καθώς και ακτίνων Χ, και παράγουν μεταλαμψές που μπορούν να παρατηρηθούν σε οπτικές και ραδιοφωνικές ενέργειες.
Το Swift, το τηλεσκόπιο Fermi και άλλα διαστημόπλοια ανιχνεύουν κατά μέσο όρο περίπου ένα GRB κάθε μέρα. Σχετικά με το γιατί αυτός ο τύπος GRB δεν έχει ανιχνευθεί στο παρελθόν, ο Levan εξήγησε ότι αυτός ο νέος τύπος φαίνεται να είναι δύσκολο να βρεθεί λόγω του πόσο καιρό διαρκούν.
'Τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα συνήθως ανιχνεύουν μια γρήγορη ακίδα και ψάχνετε για μια έκρηξη - πόσες ακτίνες γάμμα προέρχονται από τον ουρανό', είπε ο Levan στο Universe Today. «Αλλά αυτά τα νέα GRB εξάγουν ενέργεια για μεγάλο χρονικό διάστημα, πάνω από 10.000 δευτερόλεπτα αντί για τα συνηθισμένα 100 δευτερόλεπτα. Επειδή είναι απλωμένο, είναι πιο δύσκολο να εντοπιστεί και μόνο από τότε που κυκλοφόρησε το Swift, έχουμε τη δυνατότητα να δημιουργήσουμε εικόνες GBS στον ουρανό. Για να ανιχνεύσετε αυτό το νέο είδος, πρέπει να προσθέσετε όλο το φως για μεγάλο χρονικό διάστημα».
Ο Levan είναι αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο του Warwick στο Κόβεντρι της Αγγλίας.
Πρόσθεσε ότι αυτά τα μακροχρόνια GRB ήταν πιθανότατα πιο κοινά στο παρελθόν του Σύμπαντος.
Ο αριθμός, η διάρκεια και η κλάση ριπής για GRB που παρατηρούνται από το Swift εμφανίζονται σε αυτό το διάγραμμα. Τα χρώματα συνδέουν κάθε τάξη GRB με εικόνες πάνω από την πλοκή, οι οποίες δείχνουν τα εκτιμώμενα μεγέθη των αστεριών πηγής. Για σύγκριση, το πλάτος του κίτρινου κύκλου αντιπροσωπεύει ένα αστέρι περίπου 20 τοις εκατό μεγαλύτερο από τον ήλιο. Πίστωση: Andrew Levan, Παν. του Γουόργουικ.
Παραδοσιακά, οι αστρονόμοι έχουν αναγνωρίσει δύο τύπους GRB: βραχύ και μακρύ, με βάση τη διάρκεια του σήματος ακτίνων γάμμα. Οι σύντομες εκρήξεις διαρκούν δύο δευτερόλεπτα ή λιγότερο και πιστεύεται ότι αντιπροσωπεύουν μια συγχώνευση συμπαγών αντικειμένων σε ένα δυαδικό σύστημα, με τους πιο πιθανούς ύποπτους να είναι αστέρια νετρονίων και μαύρες τρύπες. Τα μεγάλα GRB μπορεί να διαρκέσουν οπουδήποτε από αρκετά δευτερόλεπτα έως αρκετά λεπτά, με τυπική διάρκεια να κυμαίνεται μεταξύ 20 και 50 δευτερολέπτων. Αυτά τα γεγονότα πιστεύεται ότι σχετίζονται με την κατάρρευση ενός αστεριού πολλαπλάσια της μάζας του Ήλιου και τη γέννηση μιας νέας μαύρης τρύπας που προκύπτει.
«Είναι μια πολύ τυχαία διαδικασία και κάθε GRB φαίνεται πολύ διαφορετικό», είπε ο Levan κατά τη διάρκεια της ενημέρωσης. «Όλα έχουν μια σειρά από διάρκειες και μια σειρά ενεργειών. Θα χρειαστεί πολύ μεγαλύτερο δείγμα για να δούμε αν αυτός ο νέος τύπος έχει μεγαλύτερη πολυπλοκότητα από τις κανονικές εκρήξεις ακτίνων γάμμα».
Όλα τα GRB δημιουργούν ισχυρούς πίδακες που προωθούν την ύλη με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός προς αντίθετες κατευθύνσεις. Καθώς αλληλεπιδρούν με την ύλη μέσα και γύρω από το αστέρι, οι πίδακες παράγουν μια ακίδα φωτός υψηλής ενέργειας.
Ο Gendre και οι συνεργάτες του έκαναν μια λεπτομερή μελέτη του GRB 111209A, το οποίο εξερράγη στις 9 Δεκεμβρίου 2011, χρησιμοποιώντας δεδομένα ακτίνων γάμμα από το όργανο Konus στο διαστημόπλοιο Wind της NASA, παρατηρήσεις ακτίνων Χ από το Swift και τον δορυφόρο XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας , και οπτικά δεδομένα από το ρομποτικό παρατηρητήριο TAROT στη Λα Σίλα της Χιλής. Η έκρηξη 7 ωρών είναι μακράν η μεγαλύτερη διάρκεια GRB που έχει καταγραφεί ποτέ.
Ένα άλλο συμβάν, το GRB 101225A, εξερράγη στις 25 Δεκεμβρίου 2010 και παρήγαγε εκπομπές υψηλής ενέργειας για τουλάχιστον δύο ώρες. Στη συνέχεια, με το παρατσούκλι «Χριστουγεννιάτικη έκρηξη», η απόσταση του γεγονότος ήταν άγνωστη, γεγονός που οδήγησε δύο ομάδες να καταλήξουν σε ριζικά διαφορετικές φυσικές ερμηνείες. Μια ομάδα συμπέρανε ότι η έκρηξη προκλήθηκε από έναν αστεροειδή ή κομήτη που έπεσε πάνω σε ένα αστέρι νετρονίων μέσα στον δικό μας γαλαξία. Μια άλλη ομάδα διαπίστωσε ότι η έκρηξη ήταν το αποτέλεσμα ενός γεγονότος συγχώνευσης σε ένα εξωτικό δυαδικό σύστημα που βρίσκεται περίπου 3,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
«Γνωρίζουμε τώρα ότι η έκρηξη των Χριστουγέννων συνέβη πολύ πιο μακριά, περισσότερο από τα μισά του δρόμου σε όλο το παρατηρήσιμο σύμπαν, και κατά συνέπεια ήταν πολύ πιο ισχυρή από ό,τι φαντάζονταν αυτοί οι ερευνητές», είπε ο Levan.
Χρησιμοποιώντας το Gemini North Telescope στη Χαβάη, ο Levan και η ομάδα του απέκτησαν ένα φάσμα του αμυδρού γαλαξία που φιλοξένησε την έκρηξη των Χριστουγέννων. Αυτό έδωσε τη δυνατότητα στους επιστήμονες να αναγνωρίσουν γραμμές εκπομπής οξυγόνου και υδρογόνου και να καθορίσουν πόσο αυτές οι γραμμές μετατοπίστηκαν σε χαμηλότερες ενέργειες σε σύγκριση με την εμφάνισή τους σε εργαστήριο. Αυτή η διαφορά, γνωστή στους αστρονόμους ως ερυθρή μετατόπιση, τοποθετεί την έκρηξη περίπου 7 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Η ομάδα του Levan εξέτασε επίσης το 111209A και την πιο πρόσφατη έκρηξη 121027A, η οποία εξερράγη στις 27 Οκτωβρίου 2012. Όλα δείχνουν παρόμοια εκπομπή ακτίνων Χ, υπεριώδη και οπτική και όλα προήλθαν από τις κεντρικές περιοχές συμπαγών γαλαξιών που σχημάτιζαν ενεργά αστέρια. Οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι και οι τρεις GRB αποτελούν ένα νέο είδος GRB, το οποίο ονομάζουν «υπερμακριές» εκρήξεις.
Οι αστρονόμοι προτείνουν ότι τα μπλε υπεργίγαντα αστέρια μπορεί να είναι οι πιο πιθανές πηγές υπερμακριών GRBs. Αυτά τα αστέρια έχουν περίπου 20 φορές τη μάζα του ήλιου και μπορεί να φτάσουν σε μεγέθη 1.000 φορές μεγαλύτερα από τον ήλιο, καθιστώντας τα σχεδόν αρκετά φαρδιά ώστε να καλύπτουν την τροχιά του Δία. Πίστωση: Goddard Space Flight Center/S της NASA. Wiessinger.
«Τα εξαιρετικά μεγάλα GRB προέρχονται από πολύ μεγάλα αστέρια», είπε ο Levan, «ίσως τόσο μεγάλη όσο η τροχιά του Δία. Επειδή το υλικό που πέφτει στη μαύρη τρύπα από την άκρη του αστεριού πρέπει να πέσει περαιτέρω, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να φτάσει εκεί. Επειδή χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να φτάσει εκεί, τροφοδοτεί το τζετ για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, δίνοντάς του χρόνο να ξεφύγει από το αστέρι».
Ο Λεβάν είπε ότι τα αστέρια του Wolf-Rayet ταιριάζουν καλύτερα στην περιγραφή. «Γεννιούνται με μάζα μεγαλύτερη από 25 φορές τη μάζα του Ήλιου, αλλά καίγονται τόσο ζεστά που διώχνουν το βαθύ, εξωτερικό στρώμα υδρογόνου τους ως εκροή που ονομάζουμε αστρικό άνεμο», είπε. Η απογύμνωση της ατμόσφαιρας του άστρου αφήνει ένα αντικείμενο αρκετά μεγάλο για να σχηματίσει μια μαύρη τρύπα, αλλά αρκετά μικρό ώστε οι πίδακες σωματιδίων να τρυπήσουν μέχρι τέρμα σε περιόδους χαρακτηριστικούς των μεγάλων GRBs
Ο John Graham και ο Andrew Fruchter, και οι δύο αστρονόμοι στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, έδωσαν λεπτομέρειες ότι αυτός ο μπλε υπεργίγαντας περιέχει σχετικά μέτριες ποσότητες στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο, το οποίο οι αστρονόμοι αποκαλούν μέταλλα. Αυτό ταιριάζει σε ένα προφανές κομμάτι παζλ, ότι αυτά τα εξαιρετικά μεγάλα GRBs φαίνεται να έχουν μια ισχυρή εγγενή προτίμηση για περιβάλλοντα χαμηλής μεταλλικότητας που περιέχουν ελάχιστες ποσότητες στοιχείων εκτός από υδρογόνο και ήλιο.
«Τα GRB υψηλής μεταλλικότητας μεγάλης διάρκειας υπάρχουν αλλά είναι σπάνια», είπε ο Graham. «Συμβαίνουν περίπου στο 1/25 του ρυθμού (ανά μονάδα σχηματισμού αστεριών) των γεγονότων χαμηλής μεταλλικότητας. Αυτά είναι καλά νέα για εμάς εδώ στη Γη, καθώς η πιθανότητα αυτού του τύπου GRB να εκραγεί στον δικό μας γαλαξία είναι πολύ μικρότερη από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως».
Οι αστρονόμοι συζήτησαν τα ευρήματά τους την Τρίτη στο Συμπόσιο 2013 Huntsville Gamma-ray Burst στο Nashville, Tenn., μια συνάντηση που χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Πανεπιστήμιο της Αλαμπάμα στο Huntsville και τις αποστολές του διαστημικού τηλεσκοπίου ακτίνων γάμμα Swift και Fermi της NASA. Τα ευρήματα του Gendre εμφανίζονται στην έκδοση 20 Μαρτίου του The Astrophysical Journal.
Χαρτί: 'The Ultra-long Gamma-Ray Burst 111209A: The Collapse of a Blue Supergiant?' B. Genre et al.
Χαρτί: «Η Μεταλλική Αποστροφή των LGRB». J. F. Graham και A. S. Fruchter.
Πηγές: Τηλεδιάσκεψη, NASA , Πανεπιστήμιο του Warwick , CNRS
