Σύνδεση αρχαίων άστρων και της μυστηριώδους κοσμικής διαστολής

Πηγή: PhysOrg, 17 Δεκεμβρίου 2005

Οι κοσμικές εκρήξεις ακτίνων γάμμα, οι ισχυρότερες εκρήξεις στο σύμπαν, εμφανίζουν μια πολύ μεγάλη λαμπρότητα δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων φορές εκείνης του ήλιους μας, ενώ εμφανίζονται αρκετές φορές ημερησίως. Αλλά δεν είναι όλες τους ίδιες. Για αρκετές δεκαετίες οι αστρονόμοι ξέρουν ότι υπάρχουν δύο τύποι -- οι μακροχρόνιες εκρήξεις που διαρκούν δεκάδες ή και εκατοντάδες δευτερόλεπτα, και οι σύντομες εκρήξεις, οι οποίες διαρκούν μερικά μόνο χιλιοστά του δευτερολέπτου έως ένα δευτερόλεπτο.

Η έντονη έρευνα κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας έχει δείξει ότι οι μακροχρόνιες εκρήξεις είναι θανάσιμοι σπασμοί των πολύ μεγάλων άστρων σε απόμακρους, νεαρούς, με άφθονα νεαρά άστρα,  γαλαξίες. Εντούτοις, η προέλευση των σύντομων εκρήξεων ακτίνων γάμμα, έχει τυλιχθεί μέσα σε ένα μυστήριο μέχρι τώρα.

Ο Edo Berger, ένας μεταδιδακτορικός συνεργάτης στα παρατηρητήρια του Carnegie, είναι επικεφαλής της πρώτης μελέτης που επισημαίνει σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα σε έναν παλιό νεκρό γαλαξία, εμπλέκοντας έτσι έναν πληθυσμό παλαιών αστέρων νετρονίων ως πηγές αυτών των εκρήξεων. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature.

"Δεν είχαμε καμία ιδέα εάν εκρήγνυνται στους κοντινούς γαλαξίες, ή στα απώτατα όρια του κόσμου, ή ακόμα και ποιο είδος αντικειμένου τα παρήγαγε", δήλωσε ο Berger. "Τώρα όμως ανακαλύψαμε αυτό που μας διέφευγε επί χρόνια. Βρήκαμε τελικά ποια αντικείμενα προκαλούν αυτές τις εκρήξεις", πρόσθεσε.

Επειδή οι σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι πιο εξασθενημένες από τις μακροχρόνιες εκρήξεις ήταν πολύ δύσκολο να εντοπιστούν μέχρι σήμερα. Αλλά τώρα με τον δορυφόρο Swift της NASA και τα ταχύτατα γήινα μπορούμε να ανιχνεύσουμε και να παρατηρήσουμε τις εκρήξεις των ακτίνων-γ σε πολλαπλά μήκη κύματος. Ακολούθως το  Swift προειδοποιεί τους αστρονόμους για να στρέψουν γρήγορα τα επίγεια τηλεσκόπια για να πιάσουν την εξασθενισμένη μεταλαμπή -- την ύστερη λάμψη που λάμπει για ώρες ή και ημέρες μετά από την έκρηξη των ακτίνων-γ.

Σε αυτήν την μελέτη, ο Berger ήταν επικεφαλής μιας ομάδας που ανακάλυψε και έλεγξε τη μεταλαμπή στα ραδιο, οπτικά, και υπέρυθρα μήκη κύματος χρησιμοποιώντας τα τηλεσκόπια στο παρατηρητήριο Las Campanas του Carnegie στη Χιλή και την Πολύ Μεγάλη Σειρά στο Νέο Μεξικό. Τα τηλεσκόπια αυτά κατευθύνθηκαν αυτομάτως προς την πηγή GRB 050724 που εξερράγη, και που εντοπίστηκε αρχικά από το Swift στις 24 Ιουλίου. Διαπίστωσε δε ότι η εκπομπή προήλθε από έναν αρκετά στενό (3,5 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά) παλαιό ελλειπτικό γαλαξία.

"Έμεινα συγκλονισμένος από τις εικόνες των τηλεσκοπίων", λέει ο Berger. "Καθορίσαμε την ακριβή θέση μιας σύντομης έκρηξη, και αυτό συνέβη στην πιο απίθανη θέση σε έναν παλαιό νεκρό γαλαξία. Μέχρι την επόμενη μέρα η μεταλαμπή είχε εξασθενίσει εντελώς".

Ενώ οι μακρές χρονικά εκρήξεις προκύπτουν από το θάνατο των τεράστιων άστρων ηλικίας μόνο μερικών εκατομμυρίων ετών, το γεγονός ότι η σύντομη έκρηξη εμφανίστηκε σε έναν παλαιό ελλειπτικό γαλαξία, μέσα στον οποίο δεν έχουν σχηματιστεί νέα αστέρια για αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια, δείχνει να υπάρχει ένας απολύτως διαφορετικός πληθυσμός τέτοιων πηγών ακτίνων-γ. Τα αντικείμενα που προκαλούν τις σύντομες εκρήξεις πρέπει να είναι πολύ παλαιά.

Οι θεωρητικοί από καιρό έχουν υποψιαστεί ότι οι σύντομες εκρήξεις ακτίνων-γ είναι το τελικό προϊόν μιας κατηγορίας δυαδικών αστεριών που αποτελείται από δύο παλαιά αστέρια νετρονίων, ή ένα αστέρι νετρονίων και μια μαύρη τρύπα, τα οποία πλησιάζουν αργά το ένα το άλλο, καθώς πλησιάζουν κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών. Αυτή η διαδικασία προκύπτει από την εκπομπή των κυμάτων βαρύτητας, μια από τις σημαντικότερες προβλέψεις της θεωρίας  της Γενικής Σχετικότητας του Einstein. "Τελικά, τα δύο αντικείμενα συναντιούνται τόσο κοντά, που σχίζουν το ένα το άλλο μέσα σε μια κατακλυσμική έκρηξη", αναφέρει ο Tsvi Piran, ένας θεωρητικός αστροφυσικός από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο στο Ισραήλ και μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Επειδή η GRB 050724 είναι η πρώτη σύντομη έκρηξη που ανιχνεύτηκε σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, η μελέτη αποκαλύπτει ότι η ενέργεια που παρήχθη στην έκρηξη διοχετεύθηκε έξω προς έναν στενό πίδακα, παρόμοιο με εκείνους που οι παρατηρητές έχουν δει σε πολλές μακροχρόνιες πηγές. Αλλά η ενέργεια εδώ ήταν χίλιες φορές χαμηλότερη.

"Έχουμε προσομοιώσει τις εκρήξεις από τις συγκρούσεις των άστρων νετρονίων στους υπολογιστές επί χρόνια", δήλωσε ο Stephan Rosswog, καθηγητής της αστρονομίας στο Διεθνές Πανεπιστήμιο στη Βρέμη. "Μας αναζωογονεί το γεγονός να συγκρίνουμε τελικά τα αποτελέσματά μας με πραγματικά στοιχεία, και είμαι ευτυχής που βλέπω ότι μερικές από τις προβλέψεις μας επικυρώθηκαν", πρόσθεσε.

Το επόμενο στάδιο στη μελέτη των σύντομων εκρήξεων είναι να βρεθεί και να μελετηθεί ένας μεγάλος αριθμός αυτών των αντικειμένων. "Έχουμε μελετήσει τις μακροχρόνιες πηγές για πολλά χρόνια, και η κάθε μία παράγει μια νέα έκπληξη", λέει ο Berger. "Δεν μπορώ να περιμένω να δω ποιες εκπλήξεις έχει το σύμπαν κρυμμένες για μας με τις βραχύχρονες πηγές ακτίνων-γ".