Σκούρα έκρηξη ακτίνων γάμμα GRB020819. Πιστωτική εικόνα: Keck. Κάντε κλικ για μεγέθυνση.
Σχεδόν όλα όσα γνωρίζουμε για το Σύμπαν έρχονται σε εμάς μέσω της αντιπροσωπείας του φωτός. Σε αντίθεση με την ύλη, το φως είναι μοναδικά κατάλληλο για να ταξιδέψει στις απέραντες αποστάσεις του διαστήματος στα όργανα μας. Ωστόσο, τα περισσότερα αστρονομικά φαινόμενα είναι επίμονα και επαναλαμβανόμενα - μπορούμε να βασιστούμε σε αυτά για να "κολλήσουμε" για μακροχρόνια παρατήρηση ή "να επιστρέψουμε" σε τακτική βάση. Αλλά αυτό δεν ισχύει για εκρήξεις ακτίνων γάμμα (GRB's) - εκείνα τα μυστηριώδη κοσμολογικά γεγονότα που υπερφορτώνουν τα φωτόνια (και τα υποατομικά σωματίδια) με παράλογα υψηλά επίπεδα ενέργειας.
Το πρώτο ανιχνευμένο ουράνιο GRB συνέβη κατά την παρακολούθηση της συνθήκης πυρηνικών όπλων το 1967. Το γεγονός αυτό απαιτούσε χρόνια ανάλυσης πριν επιβεβαιωθεί η εξωγήινη προέλευσή του. Μετά από αυτήν την ανακάλυψη, εφαρμόστηκαν πρωτογενείς μέθοδοι τριγωνισμού χρησιμοποιώντας ανιχνευτές που βρίσκονται σε διάφορους διαστημικούς ανιχνευτές εντός του Διαπλανητικού Δικτύου (IPN). Τέτοιες μέθοδοι απαιτούσαν μεγάλο αριθμό αριθμών και κατέστησαν αδύνατη την άμεση παρακολούθηση χρησιμοποιώντας όργανα με βάση τη Γη. Παρά τις καθυστερήσεις, καταγράφηκαν εκατοντάδες πηγές ακτίνων γάμμα. Σήμερα - ακόμη και χρησιμοποιώντας το Διαδίκτυο - θα χρειαζόταν ακόμη αρκετές ημέρες για να ανταποκριθεί χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση ανίχνευσης τύπου IPN.
Όλα αυτά άρχισαν να αλλάζουν το 1991 όταν η NASA έθεσε το Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) στο διάστημα χρησιμοποιώντας το διαστημικό λεωφορείο Atlantis ως μέρος του προγράμματος «Great Observatories». Μέσα σε τέσσερις μήνες από τη σάρωση του ουρανού, το CGRO κατέστησε σαφές στους αστρονόμους ότι το Σύμπαν υποβλήθηκε σε σποραδικούς και ευρέως κατανεμημένους παροξυσμούς ακτίνων γάμμα σε σχεδόν καθημερινή βάση - παροξυσμοί που προκαλούνται από κατακλυσμικά γεγονότα που πλήττουν τεράστιες ποσότητες γάμμα και άλλες ακτινοβολίες υψηλής ενέργειας σε όλη την άβυσσο του χωροχρόνου.
Αλλά το CGRO είχε έναν κύριο περιορισμό - αν και μπορούσε να ανιχνεύσει ακτίνες γάμμα και να ειδοποιήσει τους αστρονόμους γρήγορα, δεν ήταν ιδιαίτερα ακριβές για το πού συνέβησαν τέτοια γεγονότα στο διάστημα. Λόγω αυτού του μεγάλου «κύκλου σφάλματος», οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να εντοπίσουν το ορατό φως «μεταλαμπή» τέτοιων γεγονότων. Παρά τον περιορισμό αυτό, το CGRO συνέχισε να ανιχνεύει εκατοντάδες συνεχείς, περιοδικές και επεισοδιακές πηγές ακτίνων γάμμα - συμπεριλαμβανομένων των σουπερνόβων, των πάλσαρ, των μαύρων οπών, των κβάζαρ και ακόμη και της ίδιας της Γης! Εν τω μεταξύ, το CGRO ανακάλυψε επίσης κάτι ανυποψίαστο - ορισμένοι πάλσαρ έδρασαν ως πομποί στενής ζώνης ακτίνων γάμμα χωρίς να συνοδεύουν το ορατό φως - και εκεί βρισκόταν η πρώτη αίσθηση των "σκοτεινών" GRB του αστρονόμου.
Σήμερα γνωρίζουμε ότι τα «σκοτεινά πάλσαρ» δεν είναι οι μόνες «σκοτεινές» πηγές ακτίνων γάμμα στο Σύμπαν. Οι αστρονόμοι έχουν διαπιστώσει ότι κάποιο μικρό μέρος των επεισοδιακών (μόνο για μία φορά) GRBs είναι επίσης χαμηλό σε ορατό φως και - όπως κάποιος γαργαλάει από το ασυνήθιστο και ανεξήγητο - θέλει να μάθει γιατί. Στην πραγματικότητα, τα GRB είναι τόσο μοναδικά που οι λάτρεις των ακουστικών συχνά ακούγονται λέγοντας "Όταν έχετε δει ένα GRB, έχετε δει ένα GRB".
Ο πρώτος δορυφόρος που απλοποίησε την οπτική ανίχνευση των μεταβολών GRB ήταν το BeppoSAX. Αναπτύχθηκε από την Ιταλική Υπηρεσία Διαστήματος στα μέσα της δεκαετίας του 1990, το BeppoSAX ξεκίνησε τις 30 Απριλίου 1996 από το Cape Canaveral και συνέχισε να εντοπίζει και να εντοπίζει πηγές εκπομπών ακτίνων Χ έως το 2002. Ο κύκλος σφάλματος του BeppoSax ήταν αρκετά μικρός για να επιτρέψει στους οπτικούς αστρονόμους να εντοπίσουν γρήγορα πολλά GRB μεταλαμπές για λεπτομερή μελέτη σε ορατό φως χρησιμοποιώντας γήινα όργανα.
Το BeppoSAX επανήλθε στην ατμόσφαιρα της Γης στις 29 Απριλίου 2003, αλλά αυτή τη στιγμή η αντικατάσταση της NASA (HETE-2 the High Energy Transient Explorer-2) ήταν ήδη αρκετά χρόνια στο σταθμό σε τροχιά χαμηλής γης. Το Instrument's στο HETE-2 (η πρώτη του ενσάρκωση HETE απέτυχε να διαχωριστεί από το τρίτο στάδιο του πυραύλου Pegasus το 1996) επέκτεινε το εύρος της ανίχνευσης ακτίνων Χ και παρείχε ακόμη πιο αυστηρούς κύκλους σφαλμάτων - ακριβώς αυτό που οι αστρονόμοι χρειάζονταν για να βελτιώσουν τον χρόνο απόκρισης τους εντοπισμός μεταβολών GRB.
Δύο χρόνια και λίγους μήνες αργότερα (Δευτέρα, 19 Αυγούστου 2002), το HETE-2 ξεκίνησε τις καμπάνες και το σφυρίχτρα καθώς μια ισχυρή πηγή ακτίνων γάμμα εντοπίστηκε κάπου κοντά στο κεφάλι του αστερισμού Ιχθύς των Ψαριών. Αυτό το συμβάν (που ορίστηκε GRB 020819) προκάλεσε μια σειρά αστρονομικών παρατηρητηρίων να αρχίσουν να καταγράφουν ραδιοσυχνότητες, σχεδόν υπέρυθρα και ορατά φωτόνια σε μια προσπάθεια να προσδιορίσουν ακριβώς πού συνέβη το συμβάν και να κατανοήσουν το φαινόμενο που το οδηγεί.
Σύμφωνα με την εφημερίδα «The Radio Afterglow and Host Galaxy of the Dark GRB 020819» που δημοσιεύθηκε στις 2 Μαΐου 2005 από μια διεθνή ομάδα ερευνητών (συμπεριλαμβανομένου του Pall Jakobsson του Niels Bohr Institute, Κοπεγχάγη Δανία που απέδειξε αυτό το άρθρο), εντός 4 ωρών από ανίχνευση το τηλεσκόπιο Siding Spring Observatory (SSO) 1 μέτρου στην Αυστραλία στράφηκε σε περιοχή διαστήματος μικρότερη από το 1/7 της φαινομενικής διαμέτρου της Σελήνης. 13 ώρες αργότερα, ένα δεύτερο, ελαφρώς μεγαλύτερο όργανο - η μονάδα P60 1,5 μέτρων στο Mt. Ο Palomar - μπήκε επίσης στο κυνήγι. Κανένα όργανο - παρά τη λήψη φωτός τόσο αχνό όσο το μέγεθος 22 - δεν έπιασε κάτι ασυνήθιστο για αυτήν την περιοχή του διαστήματος. Ωστόσο, ένας μεγάλος και εξαιρετικά φωτογενής μεγέθους 19,5 μεγέθους στραμμένος σπειροειδής γαλαξίας έπεσε ωραία μέσα στα χέρια των οργάνων τους.
Δεκαπέντε ημέρες αργότερα, το όργανο Keck ESI των 10 μέτρων στη Mauna Kea της Χαβάης απεικόνισε την ίδια περιοχή με μπλε και κόκκινο φως μέχρι το μέγεθος 26,9. Σε αυτό το οπτικό βάθος, ένα διακριτό "blob" 24ου μεγέθους (υποπτευόμενο ότι είναι περιοχή σχηματισμού αστεριών HII) θα μπορούσε να δει 3 δευτερόλεπτα τόξου βόρεια του σπειροειδούς γαλαξία. Μια τελική προσπάθεια εντοπισμού οτιδήποτε περαιτέρω έγινε την 1η Ιανουαρίου 2003 - ξανά χρησιμοποιώντας το Keck 10 μέτρα. Δεν παρατηρήθηκε καμία αλλαγή στο οπτικό φως που προέρχεται από την περιοχή του GRB 020819. Όλα αυτά επιβεβαίωσαν ότι καμία ορατή μεταλαμπή συνοδεύει την έκρηξη ακτίνων γάμμα που ανιχνεύτηκε από το HETE-2 περίπου 134 ημέρες νωρίτερα. Η ερευνητική ομάδα είχε το «σκοτεινό ακτίνα γάμμα». Αργότερα θα έρθει το καθήκον να καταλάβω τι ακριβώς ήταν - ή τουλάχιστον δεν ήταν…
Περιοδικά καθ 'όλη τη διάρκεια του κύκλου οπτικής και σχεδόν υπέρυθρης επιθεώρησης, η περιοχή της έκρηξης παρακολουθήθηκε σε συχνότητες ραδιοκυμάτων. Χρησιμοποιώντας το VLA (Very Large Array - αποτελούμενο από 27 μέτρα διαμορφωμένα σε Υ Υ 25 μέτρα που βρίσκονται πενήντα μίλια δυτικά του Socorro, Νέο Μεξικό), η ομάδα κατάφερε να συλλάβει ένα μειωμένο ίχνος ακτινοβολίας 8,48 Ghz και εντόπισε την τοποθεσία της.
Τα πρώτα ραδιοκύματα από το GRB 020819 συλλέχθηκαν 1,75 ημέρες μετά την ειδοποίηση HETE-2. Την ημέρα 157, τα επίπεδα ενέργειας rf ισοπεδώθηκαν στο σημείο όπου η πηγή δεν μπορούσε πλέον να δει με αυτοπεποίθηση. Ωστόσο, αυτή τη στιγμή, η θέση του είχε εντοπιστεί στο "blob" τρία τόξα-δευτερόλεπτα βόρεια του πυρήνα του σπειροειδούς γαλαξία που δεν είχε διαγραφεί προηγουμένως. Δυστυχώς - λόγω της λιτότητάς του - η απόσταση από την ίδια την κηλίδα δεν μπορούσε να προσδιοριστεί φασματογραφικά - ωστόσο ο γαλαξίας βρέθηκε να βρίσκεται περίπου 6,2 BLY μακριά και απολαμβάνει «υψηλή εμπιστοσύνη» όσον αφορά τη σχέση με την πηγή.
Ως αποτέλεσμα τέτοιων ερευνών, οι αστρονόμοι μαθαίνουν τώρα όλο και περισσότερο για μια κατηγορία κατακλυσμικών γεγονότων που οδηγεί σε μαζικές ροές φωτονίων υψηλής και χαμηλής ενέργειας, ενώ παραλείπει σχεδόν εντελώς τις ενδιάμεσες συχνότητες - όπως υπεριώδες, ορατό και σχεδόν υπέρυθρο φως. Υπάρχει κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει αυτό;
Με βάση την εκμάθηση από το GRB 020819, η ομάδα εξερεύνησε τρία μοντέλα πυρκαγιάς για το πώς ενδέχεται να εμφανιστούν σκοτεινά GRB. Από τα τρία (μια ομοιόμορφη επέκταση των αερίων υψηλής ενέργειας σε ομοιογενές μέσο, ακόμη και επέκταση σε ένα στρωματοποιημένο μέσο και ένα αεριωθούμενο αεριωθούμενο αεροπλάνο που διεισδύει σε οποιοδήποτε τύπο τύπου), η καλύτερη προσαρμογή στις συμπεριφορές GRB 020819 ήταν αυτή της ομοιόμορφης επέκτασης αερίων υψηλής ενέργειας σε ένα ομοιογενές μέσο άλλων αερίων (ένα μοντέλο που προτάθηκε για πρώτη φορά από τον αστροφυσικό R. Sari et al το 1998). Η αρετή αυτού του μοντέλου ισοτροπικής επέκτασης είναι (σύμφωνα με τα λόγια της ερευνητικής ομάδας) ότι «πρέπει να επικαλεστεί μόνο μια μικρή ποσότητα εξαφάνισης» για να ληφθεί υπόψη η απουσία ορατού φωτός.
Εκτός από τη μείωση του εύρους των πιθανών σεναρίων που σχετίζονται με σκοτεινά GRB, η ομάδα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι «το GRB 020819, μια σχετικά κοντινή έκρηξη, είναι μόνο ένα από τα δύο από τα 14 GRB που εντοπίζονται εντός (2 λεπτά τόξου χρησιμοποιώντας) HETE-2 που κάνει δεν έχουν αναφερθεί ΟΑ. Αυτό υποστηρίζει την πρόσφατη πρόταση ότι το κλάσμα σκοτεινής έκρηξης είναι πολύ χαμηλότερο από ό, τι είχε προταθεί προηγουμένως, ίσως τόσο μικρό όσο το 10%. "
Γράφτηκε από τον Jeff Barbour
