Πιστωτική εικόνα: ESO
Στις 29 Μαρτίου 2003, ο Ενεργός παροχέας υψηλής ενέργειας της NASA εντόπισε μια έντονη έκρηξη ακτίνων γάμμα και λίγο μετά τηλεσκόπια από όλο τον κόσμο επικεντρώθηκαν στο αντικείμενο. τώρα ονομάζεται GRB 030329 και μετρήθηκε σε 2,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Μετρώντας τη μεταλαμπή της έκρηξης, οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι ταιριάζει με το φάσμα μιας υπερννόβας - εκρήξεις εξαιρετικά μεγάλων αστεριών, τουλάχιστον 25 φορές μεγαλύτερες από τον δικό μας Ήλιο. Αντιστοιχίζοντας τα φάσματα, οι αστρονόμοι έχουν συναρπαστικά στοιχεία ότι υπάρχει κάποια σχέση μεταξύ των εκρήξεων ακτίνων γάμμα και των εκρήξεων πολύ μεγάλων αστεριών.
Μια πολύ έντονη έκρηξη ακτίνων γάμμα παρατηρήθηκε στις 29 Μαρτίου 2003 από τον Υπερψηφίο Ενεργειακό Εξερευνητή Υψηλής Ενέργειας (HETE-II) της NASA, σε μια περιοχή ουρανού στον αστερισμό Λέοντα.
Εντός 90 λεπτών, μια νέα, πολύ φωτεινή πηγή φωτός (η «οπτική μεταλαμπή») εντοπίστηκε στην ίδια κατεύθυνση με τηλεσκόπιο 40 ιντσών στο Παρατηρητήριο Siding Spring (Αυστραλία) και επίσης στην Ιαπωνία. Η έκρηξη ακτίνων γάμμα ορίστηκε GRB 030329, σύμφωνα με την ημερομηνία.
Και μέσα σε 24 ώρες, ένα πρώτο, πολύ λεπτομερές φάσμα αυτού του νέου αντικειμένου αποκτήθηκε από το φασματογράφο υψηλής διασποράς UVES στο τηλεσκόπιο VLT KUEYEN 8,2 m στο Παρατηρητήριο του Παραρτήματος ESO (Χιλή). Επιτράπηκε να προσδιορίσει την απόσταση ως περίπου 2.650 εκατομμύρια έτη φωτός (redshift 0.1685).
Οι συνεχείς παρατηρήσεις με τα όργανα πολλαπλών τρόπων FORS1 και FORS2 στο VLT κατά τη διάρκεια του επόμενου μήνα επέτρεψαν σε μια διεθνή ομάδα αστρονόμων [1] να τεκμηριώσει με άνευ προηγουμένου λεπτομέρειες τις αλλαγές στο φάσμα της οπτικής μεταλαμπής αυτής της έκρηξης ακτίνων γάμμα. Η λεπτομερής έκθεσή τους εμφανίζεται στο τεύχος 19 Ιουνίου του ερευνητικού περιοδικού «Φύση».
Τα φάσματα δείχνουν τη σταδιακή και ξεκάθαρη εμφάνιση ενός φάσματος σουπερνόβα της πιο ενεργητικής τάξης που είναι γνωστή, «υπερννόβα». Αυτό προκαλείται από την έκρηξη ενός πολύ βαρύ άστρου - πιθανώς πάνω από 25 φορές βαρύτερο από τον Ήλιο. Η μετρούμενη ταχύτητα επέκτασης (άνω των 30.000 km / sec) και η συνολική ενέργεια που απελευθερώθηκε ήταν εξαιρετικά υψηλή, ακόμη και εντός της κατηγορίας electn hypernova.
Από μια σύγκριση με πιο κοντινούς υπερήβα, οι αστρονόμοι είναι σε θέση να διορθώσουν με καλή ακρίβεια τη στιγμή της αστρικής έκρηξης. Αποδεικνύεται ότι βρίσκεται εντός ενός διαστήματος συν / μείον δύο ημερών από την έκρηξη ακτίνων γάμμα. Αυτό το μοναδικό συμπέρασμα παρέχει συναρπαστικά στοιχεία ότι τα δύο γεγονότα είναι άμεσα συνδεδεμένα.
Επομένως, αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν μια κοινή φυσική διαδικασία πίσω από την έκρηξη της υπερννόβα και τη σχετική εκπομπή ισχυρής ακτινοβολίας γάμμα. Η ομάδα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι είναι πιθανό να οφείλεται στην σχεδόν στιγμιαία, μη συμμετρική κατάρρευση της εσωτερικής περιοχής ενός άκρως ανεπτυγμένου αστεριού (γνωστή ως μοντέλο «collapsar»).
Η έκρηξη ακτίνων γάμμα στις 29 Μαρτίου θα περάσει στα χρονικά της αστροφυσικής ως ένα σπάνιο «συμβάν καθορισμού τύπου», παρέχοντας πειστικά στοιχεία για την άμεση σχέση μεταξύ των κοσμικών εκρήξεων ακτίνων γάμμα και των εκρήξεων πολύ μαζικών αστεριών.
Τι είναι το Gamma-Ray Bursts;
Ένα από τα πιο ενεργά πεδία της αστροφυσικής είναι η μελέτη των δραματικών γεγονότων που είναι γνωστά ως «εκρήξεις ακτίνων γάμμα» (GRBs). Ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά στα τέλη της δεκαετίας του 1960 από ευαίσθητα όργανα που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από στρατιωτικούς δορυφόρους, που ξεκίνησαν για την παρακολούθηση και τον εντοπισμό πυρηνικών δοκιμών. Προερχόμενα, όχι στη Γη, αλλά πολύ μακριά στο διάστημα, αυτές οι σύντομες αναλαμπές ενεργητικών ακτίνων γάμμα διαρκούν από λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο έως αρκετά λεπτά.
Παρά τις σημαντικές προσπάθειες παρατήρησης, μόνο τα τελευταία έξι χρόνια κατέστη δυνατό να εντοπιστούν με ακρίβεια οι ιστότοποι ορισμένων από αυτά τα γεγονότα. Με την ανεκτίμητη βοήθεια συγκριτικά ακριβών παρατηρήσεων θέσης των σχετικών εκπομπών ακτίνων Χ από διάφορα δορυφορικά παρατηρητήρια ακτίνων Χ από τις αρχές του 1997, οι αστρονόμοι έχουν μέχρι στιγμής εντοπίσει περίπου πενήντα βραχύβιες πηγές οπτικού φωτός που σχετίζονται με GRB (οι «οπτικές μεταλαμπές») ).
Τα περισσότερα GRB βρέθηκαν να βρίσκονται σε εξαιρετικά μεγάλες («κοσμολογικές») αποστάσεις. Αυτό σημαίνει ότι η ενέργεια που απελευθερώνεται σε λίγα δευτερόλεπτα κατά τη διάρκεια ενός τέτοιου γεγονότος είναι μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου καθ 'όλη τη διάρκεια ζωής του πάνω από 10.000 εκατομμύρια χρόνια. Τα GRB είναι πράγματι τα πιο ισχυρά γεγονότα από το Big Bang που είναι γνωστό στο Σύμπαν, βλ. ESO PR 08/99 και ESO PR 20/00.
Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών, υπάρχουν τεκμηριωμένες ενδείξεις ότι οι GRB σηματοδοτούν την κατάρρευση τεράστιων αστεριών. Αυτό βασίστηκε αρχικά στην πιθανή συσχέτιση μιας ασυνήθιστης έκρηξης ακτίνων γάμμα με ένα σουπερνόβα («SN 1998bw», που ανακαλύφθηκε επίσης με τηλεσκόπια ESO, πρβλ. ESO PR 15/98). Έχουν εμφανιστεί περισσότερες ενδείξεις από τότε, συμπεριλαμβανομένης της συσχέτισης των GRB με περιοχές μαζικού σχηματισμού άστρων σε απομακρυσμένους γαλαξίες, δελεαστικές ενδείξεις για «χτυπήματα» σαν υπερκαινοφανείς καμπύλες στις οπτικές μεταβολές ορισμένων προηγούμενων εκρήξεων και φασματικές υπογραφές από πρόσφατα συνθετικά στοιχεία , παρατηρείται από παρατηρητήρια ακτίνων Χ.
Παρατηρήσεις VLT του GRB 030329
Στις 29 Μαρτίου 2003 (ακριβώς στις 11:37: 14,67 ώρες UT), ο Υπερ-Ενεργός Εξερευνητής Υψηλής Ενέργειας της NASA (HETE-II) εντόπισε μια πολύ έντονη έκρηξη ακτίνων γάμμα. Μετά την αναγνώριση της «οπτικής μεταλαμπής» με τηλεσκόπιο 40 ιντσών στο Παρατηρητήριο Siding Spring (Αυστραλία), η κόκκινη μετατόπιση της έκρηξης [3] προσδιορίστηκε ως 0,1685 μέσω ενός φάσματος υψηλής διασποράς που λήφθηκε με το φασματογράφο UVES στο Τηλεσκόπιο 8,2-m VLT KUEYEN στο Παρατηρητήριο ESO Paranal (Χιλή).
Η αντίστοιχη απόσταση είναι περίπου 2.650 εκατομμύρια έτη φωτός. Αυτό είναι το πλησιέστερο κανονικό GRB που ανιχνεύτηκε ποτέ, παρέχοντας έτσι την πολυαναμενόμενη ευκαιρία να δοκιμάσουμε τις πολλές υποθέσεις και μοντέλα που έχουν προταθεί από την ανακάλυψη των πρώτων GRB στα τέλη της δεκαετίας του 1960.
Με αυτόν τον συγκεκριμένο στόχο, η κορυφαία ομάδα αστρονόμων της ESO [1] στράφηκε τώρα σε δύο άλλα ισχυρά όργανα στο ESO Very Large Telescope (VLT), την κάμερα πολλαπλών λειτουργιών FORS1 και FORS2 / φασματογράφοι. Κατά τη διάρκεια ενός μήνα, έως την 1η Μαΐου 2003, λήφθηκαν φάσματα του εξασθενημένου αντικειμένου με κανονικό ρυθμό, εξασφαλίζοντας ένα μοναδικό σύνολο δεδομένων παρατήρησης που τεκμηριώνουν τις φυσικές αλλαγές στο απομακρυσμένο αντικείμενο με απαράμιλλη λεπτομέρεια.
Η σύνδεση hypernova
Με βάση μια προσεκτική μελέτη αυτών των φασμάτων, οι αστρονόμοι παρουσιάζουν τώρα την ερμηνεία τους για την εκδήλωση GRB 030329 σε μια ερευνητική εργασία που δημοσιεύθηκε στο διεθνές περιοδικό «Φύση» την Πέμπτη 19 Ιουνίου. Με τον τίτλο «Ένα πολύ ενεργητικό σουπερνόβα που σχετίζεται με η έκρηξη ακτίνων γάμμα της 29ης Μαρτίου 2003 ", τουλάχιστον 27 συγγραφείς από 17 ερευνητικά ινστιτούτα, με επικεφαλής τον Δανό αστρονόμο, Jens Hjorth, καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τώρα υπάρχουν αδιάσειστες αποδείξεις για άμεση σύνδεση μεταξύ του GRB και της έκρηξης« υπερννόβα » τεράστιο, εξαιρετικά εξελιγμένο αστέρι.
Αυτό βασίζεται στη σταδιακή «εμφάνιση» με το χρόνο ενός φάσματος τύπου σουπερνόβα, αποκαλύπτοντας την εξαιρετικά βίαιη έκρηξη ενός άστρου. Με ταχύτητες που ξεπερνούν τα 30.000 km / sec (δηλαδή πάνω από το 10% της ταχύτητας του φωτός), το εξερχόμενο υλικό κινείται με ταχύτητα ρεκόρ, μαρτυρώντας την τεράστια ισχύ της έκρηξης.
Οι Hypernovae είναι σπάνια γεγονότα και πιθανώς προκαλούνται από έκρηξη αστεριών του λεγόμενου τύπου "Wolf-Rayet" [4]. Αυτά τα αστέρια WR σχηματίστηκαν αρχικά με μάζα πάνω από 25 ηλιακές μάζες και αποτελούσαν κυρίως υδρογόνο. Τώρα στη φάση WR, έχοντας αφαιρεθεί από τα εξωτερικά τους στρώματα, αποτελούνται σχεδόν καθαρά από ήλιο, οξυγόνο και βαρύτερα στοιχεία που παράγονται από έντονη πυρηνική καύση κατά την προηγούμενη φάση της σύντομης ζωής τους.
«Περιμένουμε αυτό εδώ και πολύ καιρό», λέει ο Jens Hjorth, «αυτό το GRB μας έδωσε πραγματικά τις ελλείπουσες πληροφορίες. Από αυτά τα πολύ λεπτομερή φάσματα, μπορούμε τώρα να επιβεβαιώσουμε ότι αυτή η έκρηξη και πιθανώς άλλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα δημιουργούνται μέσω της κατάρρευσης των τεράστιων αστεριών. Οι περισσότερες από τις άλλες κορυφαίες θεωρίες είναι πλέον απίθανες. "
Ένα «συμβάν καθορισμού τύπου»
Ο συνάδελφός του, ο ESO-αστρονόμος Palle M? Ller, είναι εξίσου ικανοποιημένος: «Αυτό που πραγματικά μας πήρε στην αρχή ήταν το γεγονός ότι ανιχνεύσαμε σαφώς τις υπογραφές σουπερνόβα ήδη στο πρώτο φάσμα FORS που λήφθηκαν μόνο τέσσερις ημέρες μετά την πρώτη παρατήρηση του GRB - δεν το περιμέναμε καθόλου Καθώς λάβαμε ολοένα και περισσότερα δεδομένα, συνειδητοποιήσαμε ότι η φασματική εξέλιξη ήταν σχεδόν εντελώς ίδια με αυτή της υπερννόβα που παρατηρήθηκε το 1998. Η ομοιότητα των δύο μας επέτρεψε τότε να καθιερώσουμε ένα πολύ ακριβές χρονοδιάγραμμα του παρόντος γεγονότος σουπερνόβα ».
Οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η έκρηξη της υπερννόβας (που ορίστηκε SN 2003dh [2]) τεκμηριώθηκε στα φάσματα VLT και το συμβάν GRB που παρατηρήθηκε από το HETE-II πρέπει να είχε συμβεί σχεδόν την ίδια στιγμή. Υπό την επιφύλαξη περαιτέρω βελτίωσης, υπάρχει το πολύ διαφορά 2 ημερών, και επομένως δεν υπάρχει καμία αμφιβολία, ότι οι δύο συνδέονται αιτιώδη.
«Η σουπερνόβα 1998 έπεσε στην όρεξή μας, αλλά χρειάστηκαν 5 ακόμη χρόνια για να μπορέσουμε να πούμε με σιγουριά, βρήκαμε το όπλο καπνίσματος που καρφώθηκε τη σχέση μεταξύ GRBs και SNe», προσθέτει η Χρύσα Κουβελιώτου της NASA. "Το GRB 030329 μπορεί κάλλιστα να αποδειχθεί ως" λείπει σύνδεσμος "για GRB."
Συμπερασματικά, το GRB 030329 ήταν μια σπάνια εκδήλωση «καθορισμού τύπου» που θα καταγραφεί ως λεκάνη απορροής υψηλής ενέργειας.
Τι πραγματικά συνέβη στις 29 Μαρτίου (ή 2.650 εκατομμύρια χρόνια πριν);
Εδώ είναι η πλήρης ιστορία για το GRB 030329, καθώς οι αστρονόμοι το διαβάζουν τώρα.
Χιλιάδες χρόνια πριν από αυτήν την έκρηξη, ένα πολύ τεράστιο αστέρι, που εξαντλείται από καύσιμα υδρογόνου, άφησε να χάσει μεγάλο μέρος του εξωτερικού του φακέλου, μετατρέποντάς το σε ένα γαλάζιο αστέρι Wolf-Rayet [3]. Τα ερείπια του αστεριού περιείχαν περίπου 10 ηλιακές μάζες αξίας ηλίου, οξυγόνου και βαρύτερων στοιχείων.
Στα χρόνια πριν από την έκρηξη, το αστέρι Wolf-Rayet εξάντλησε γρήγορα το εναπομένον καύσιμο. Κάποια στιγμή, αυτό προκάλεσε ξαφνικά το συμβάν έκρηξης υπερήχων / ακτίνων γάμμα. Ο πυρήνας κατέρρευσε, χωρίς να ξέρει το εξωτερικό μέρος του αστεριού. Μια μαύρη τρύπα σχηματίζεται μέσα, περιτριγυρισμένη από ένα δίσκο ύλης. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, ένας εκτοξευτήρας ύλης ξεκίνησε μακριά από τη μαύρη τρύπα.
Ο πίδακας διήλθε από το εξωτερικό κέλυφος του αστεριού και, σε συνδυασμό με δυνατούς ανέμους του νεοσυσταθέντος ραδιενεργού νικελίου-56 που φυσάει τον δίσκο μέσα, κατέστρεψε το αστέρι. Αυτή η θραύση, η υπερννόβα, λάμπει έντονα λόγω της παρουσίας νικελίου. Εν τω μεταξύ, το αεριωθούμενο αεροπλάνο οργώθηκε σε υλικό κοντά στο αστέρι και δημιούργησε την έκρηξη ακτίνων γάμμα που καταγράφηκε περίπου 2.650 εκατομμύρια χρόνια αργότερα από τους αστρονόμους στη Γη. Ο λεπτομερής μηχανισμός για την παραγωγή ακτίνων γάμμα εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο συζήτησης, αλλά συνδέεται είτε με αλληλεπιδράσεις μεταξύ του πίδακα και της ύλης που είχε προηγουμένως εκτοξευτεί από το αστέρι, είτε με εσωτερικές συγκρούσεις εντός του ίδιου του πίδακα.
Αυτό το σενάριο αντιπροσωπεύει το μοντέλο «collapsar», που εισήγαγε ο Αμερικανός αστρονόμος Stan Woosley (Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz) το 1993 και μέλος της τρέχουσας ομάδας, και εξηγεί καλύτερα τις παρατηρήσεις του GRB 030329.
"Αυτό δεν σημαίνει ότι το μυστήριο έκρηξης ακτίνων γάμμα έχει πλέον επιλυθεί", λέει ο Woosley. «Είμαστε βέβαιοι τώρα ότι οι μεγάλες εκρήξεις συνεπάγονται μια κατάρρευση πυρήνα και μια υπερννόβα, πιθανότατα δημιουργώντας μια μαύρη τρύπα. Έχουμε πείσει τους περισσότερους σκεπτικιστές. Δεν μπορούμε να καταλήξουμε σε κανένα συμπέρασμα, ωστόσο, σχετικά με το τι προκαλεί τις μικρές εκρήξεις ακτίνων γάμμα, αυτές κάτω από δύο δευτερόλεπτα ».
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
