Η αποκάλυψη του μυστηρίου του Gamma Ray Bursts (GRBs) είναι μια ιστορία γεμάτη με διεθνή ίντριγκα, φανταστικούς ισχυρισμούς, σοβαρές αναδρομές και αυξητικές βελτιώσεις στην κατανόηση της πραγματικής φύσης και των επιπτώσεων των πιο ενεργητικών, καταστροφικών δυνάμεων στο Σύμπαν. Νέα αποτελέσματα από μια ομάδα επιστημόνων που μελετούν τις λεγόμενες «σκοτεινές εκρήξεις ακτίνων γάμμα» έχουν σπάσει σταθερά ένα νέο κομμάτι στο παζλ GRB. Αυτή η έρευνα παρουσιάζεται σε μια εργασία που θα εμφανιστεί στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics στις 16 Δεκεμβρίου 2010.
Η ανακάλυψη GRBs ήταν ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα του αμερικανικού διαστημικού προγράμματος και του στρατού να παρακολουθεί τους Ρώσους για να επαληθεύσει τη συμμόρφωση με μια συνθήκη απαγόρευσης πυρηνικών δοκιμών ψυχρού πολέμου. Για να είμαστε σίγουροι ότι οι Ρώσοι δεν πυροδότησαν πυρηνικά όπλα στην άκρη της Σελήνης, το διαστημικό σκάφος Vela της δεκαετίας του 1960 ήταν εξοπλισμένο με ανιχνευτές ακτίνων γάμμα. Η Σελήνη μπορεί να προστατεύσει την προφανή υπογραφή των ακτίνων Χ από την άκρη πλευρά, αλλά οι ακτίνες γάμμα θα διεισδύσουν κατευθείαν στη Σελήνη και θα ήταν ανιχνεύσιμες από τους δορυφόρους Vela.
Μέχρι το 1965, κατέστη προφανές ότι γεγονότα που πυροδότησαν τους ανιχνευτές αλλά προφανώς δεν ήταν υπογραφές πυρηνικών εκρήξεων, επομένως υποβλήθηκαν προσεκτικά και κρυφά για μελλοντική μελέτη. Το 1972, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να συνάγουν τις κατευθύνσεις στα γεγονότα με επαρκή ακρίβεια για να αποκλείσουν τον Ήλιο και τη Γη ως πηγές. Καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτά τα γεγονότα ακτίνων γάμμα ήταν «κοσμικής προέλευσης». Το 1973, αυτή η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στο Astrophysical Journal.
Αυτό δημιούργησε μεγάλη αναταραχή στην αστρονομική κοινότητα και δεκάδες χαρτιά για GRBs και οι αιτίες τους άρχισαν να εμφανίζονται στη βιβλιογραφία. Αρχικά, οι περισσότεροι υπέθεσαν ότι η προέλευση αυτών των γεγονότων προήλθε από τον δικό μας γαλαξία. Η πρόοδος ήταν οδυνηρά αργή μέχρι την έναρξη του 1991 του Compton Gamma Ray Observatory. Αυτός ο δορυφόρος παρείχε κρίσιμα δεδομένα που δείχνουν ότι η κατανομή των GRBs δεν προκαλεί καμία συγκεκριμένη κατεύθυνση στο διάστημα, όπως προς το γαλαξιακό επίπεδο ή το κέντρο του Γαλαξία μας. Οι GRB προέρχονταν από παντού γύρω μας. Είναι «κοσμικοί» στην προέλευση. Αυτό ήταν ένα μεγάλο βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση, αλλά δημιούργησε περισσότερες ερωτήσεις.
Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι έψαξαν ένα αντίστοιχο, οποιοδήποτε αστρονομικό αντικείμενο συμπίπτει με μια πρόσφατα παρατηρούμενη έκρηξη. Αλλά η έλλειψη ακρίβειας στη θέση των GRBs από τα όργανα της ημέρας απογοήτευσε τις προσπάθειες να εντοπίσει τις πηγές αυτών των κοσμικών εκρήξεων. Το 1997, το BeppoSAX εντόπισε ένα GRB σε ακτινογραφίες λίγο μετά από ένα συμβάν και το οπτικό μετά από λάμψη εντοπίστηκε 20 ώρες αργότερα από το Τηλεσκόπιο William Herschel. Η βαθιά απεικόνιση κατάφερε να αναγνωρίσει έναν εξασθενημένο, μακρινό γαλαξία ως τον ξενιστή του GRB. Μέσα σε ένα χρόνο το επιχείρημα σχετικά με τις αποστάσεις προς τις GRB τελείωσε. Οι GRB εμφανίζονται σε εξαιρετικά απομακρυσμένους γαλαξίες. Η σχέση τους με τις σουπερνόβες και οι θάνατοι πολύ μαζικών αστεριών έδωσαν επίσης ενδείξεις για τη φύση των συστημάτων που παράγουν GRB.
Δεν πέρασε πολύς καιρός πριν από τον αγώνα για να εντοπιστούν οι οπτικές μεταβολές των GRB που θερμάνθηκαν και οι νέοι δορυφόροι βοήθησαν να εντοπίσουν τις τοποθεσίες αυτών μετά από λάμψεις και τους γαλαξίες τους. Ο δορυφόρος Swift, που ξεκίνησε το 2004, είναι εφοδιασμένος με έναν πολύ ευαίσθητο ανιχνευτή ακτίνων γάμμα, καθώς και ακτίνες Χ και οπτικά τηλεσκόπια, τα οποία μπορούν να περιστραφούν γρήγορα για να παρατηρήσουν τις εκπομπές μετά από λάμψη αυτόματα μετά από μια έκρηξη, καθώς και να στείλουν ειδοποίηση σε ένα δίκτυο τηλεσκόπια στο έδαφος για γρήγορες παρατηρήσεις παρακολούθησης.
Σήμερα, οι αστρονόμοι αναγνωρίζουν δύο ταξινομήσεις GRB, συμβάντα μεγάλης διάρκειας και συμβάντα μικρής διάρκειας. Οι μικρές εκρήξεις ακτίνων γάμμα πιθανόν οφείλονται στη συγχώνευση των αστεριών νετρονίων και δεν σχετίζονται με τις σουπερνόβες. Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα μεγάλης διάρκειας (GRBs) είναι κρίσιμες για την κατανόηση της φυσικής των εκρήξεων GRB, της επίδρασης των GRB στο περιβάλλον τους, καθώς και των επιπτώσεων των GRBs στον σχηματισμό πρώιμων αστεριών και στην ιστορία και τη μοίρα του Σύμπαντος.
Ενώ συνήθως παρατηρούνται μεταλαμπές ακτίνων Χ για κάθε GRB, ορισμένοι εξακολουθούν να αρνούνται να εγκαταλείψουν την οπτική τους λάμψη. Αρχικά, αυτά τα GRB με ακτίνες Χ αλλά χωρίς οπτική μετακόμιση δημιουργήθηκαν ως «σκοτεινά GRBs». Ο ορισμός της «σκοτεινής έκρηξης ακτίνων γάμμα» έχει βελτιωθεί, προσθέτοντας ένα όριο χρόνου και φωτεινότητας, και υπολογίζοντας τη συνολική απόδοση της ενέργειας του GRB.
Αυτή η έλλειψη οπτικής υπογραφής θα μπορούσε να έχει πολλές ρίζες. Η μετέπειτα λάμψη θα μπορούσε να έχει εγγενώς χαμηλή φωτεινότητα. Με άλλα λόγια, μπορεί να υπάρχουν μόνο φωτεινά GRB και αχνά. Ή η οπτική ενέργεια θα μπορούσε να απορροφηθεί έντονα από παρεμβαλλόμενο υλικό, είτε τοπικά γύρω από το GRB είτε κατά μήκος της οπτικής γωνίας μέσω του γαλαξία-ξενιστή. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι το φως θα μπορούσε να είναι σε τόσο υψηλή κόκκινη μετατόπιση ώστε η κάλυψη και η απορρόφηση από το διαγαλαξιακό μέσο θα απαγόρευαν την ανίχνευση στη ζώνη R που χρησιμοποιείται συχνά για την πραγματοποίηση αυτών των ανιχνεύσεων.
Στη νέα μελέτη, οι αστρονόμοι συνδύασαν τα δεδομένα Swift με νέες παρατηρήσεις που έγιναν χρησιμοποιώντας το GROND, ένα ειδικό όργανο παρακολούθησης GRB που συνδέεται με το τηλεσκόπιο MPG / ESO 2,2 μέτρων στο La Silla της Χιλής. Το GROND είναι ένα εξαιρετικό εργαλείο για τη μελέτη των μεταβολών GRB. Μπορεί να παρατηρήσει μια έκρηξη μέσα σε λίγα λεπτά από μια ειδοποίηση που προέρχεται από το Swift και έχει τη δυνατότητα να παρατηρεί ταυτόχρονα μέσω επτά φίλτρων, καλύπτοντας τα ορατά και σχεδόν υπέρυθρα μέρη του φάσματος.
Συνδυάζοντας τα δεδομένα GROND που λαμβάνονται μέσω αυτών των επτά φίλτρων με παρατηρήσεις Swift, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να προσδιορίσουν με ακρίβεια την ποσότητα φωτός που εκπέμπεται από τη μεταλαμπή σε πολύ διαφορετικά μήκη κύματος, από τις ακτίνες Χ υψηλής ενέργειας έως τις υπέρυθρες ακτίνες. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν αυτά τα δεδομένα για να μετρήσουν άμεσα την ποσότητα σκόνης που κρύβεται μεταξύ του GRB και των παρατηρητών στη Γη. Ευτυχώς, η ομάδα διαπίστωσε ότι οι σκοτεινοί GRB δεν χρειάζονται εξωτικές εξηγήσεις.
Αυτό που βρήκαν είναι ότι ένα σημαντικό ποσοστό των εκρήξεων μειώνεται στο περίπου 60-80 τοις εκατό της αρχικής τους έντασης με την απόκρυψη σκόνης. Αυτό το φαινόμενο είναι υπερβολικό για τις πολύ μακρινές ριπές, επιτρέποντας στον παρατηρητή να δει μόνο το 30-50 τοις εκατό του φωτός. Αποδεικνύοντας έτσι κάτι τέτοιο, αυτοί οι αστρονόμοι έχουν λύσει οριστικά το γρίφο των ελλειπόντων οπτικών μεταλαμπών. Οι σκοτεινές εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι απλώς αυτές που είχαν απομακρυνθεί εντελώς το ορατό τους φως πριν φτάσει σε εμάς.
