Τι συμβαίνει με τις εκλάμψεις των γ-ακτίνων;

Πίνακας Θεμάτων

Γενικά

Παρατηρήσεις των γ-ακτίνων

Η φύση της ακτινοβολίας-γ

Γενικά

Οι εκλάμψεις (εκρήξεις) των ακτίνων γάμμα παραμένουν ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια. της νέας αστρονομίας. Ξαφνικά μια ημέρα, ο ουρανός φωτίζεται με ένα θαυμάσιο μικροσκοπικό φως που αναβοσβήνει, ή παρουσιάζει μιά λάμψη ακτίνων-γ. Αρκετά συχνά, αυτή η λάμψη είναι αρκετά πιό λαμπρή από τις άλλες πηγές των κοσμικών γ-ακτίνων ακόμη και αν προστεθούν μαζί. Η πηγή της έκλαμψης τότε εξαφανίζεται εντελώς. Κανένας δεν μπορεί να προβλέψει πότε θα συμβεί η επόμενη έκλαμψη ή από ποιά κατεύθυνση στον ουρανό θα έλθει. Για το παρόν, δεν γνωρίζουμε αρκετά τι προξενεί αυτές τις λάμψεις ή πόσο αυτά θα τραβήξουν !

Η μεταβαλλόμενη πυκνότητα της έκλαμψης των γ-ακτίνων. Αριστερά, είναι η αποτύπωση της εικόνας του ουρανού με ακτίνες-γ, που δείχνει την έκλαμψη που γίνεται στο φωτεινώτερο αντικείμενο. Δεξιά, είναι ένα διάγραμμα των αλλαγών της φωτεινότητας με τον χρόνο.

Παρατηρήσεις των γ-ακτίνων

Η πρώτη έκλαμψη ακτινοβολίας-γ παρατηρήθηκε το 1967 (αν και δεν αναφέρθηκε στον κόσμο μέχρι το 1973) από δορυφόρο που οι ανιχνευτές του είχαν άλλο σκοπό. Αυτό που είδαν ο Ray Klebesadel και άλλοι στο Los Alamos National Laboratory ήταν μία αναπάντεχη, μεγάλη αύξηση στον αριθμό των γ-ακτίνων που είδαν οι ανιχνευτές σε αρκετούς ξεχωριστούς δορυφόρους.

Εκλαμψη ακτίνων-γ

Τα δεδομένα έδειχναν πως οι πηγές των εκπομπών ακτίνων-γ δεν ήταν από την γειτονιά της Γης, αλλά από μια περιοχή του εξώτερου διαστήματος! Στην αναφορά τους για την ανακάλυψη, ανέφεραν την ερεύνηση 18 τέτοιων περιστατικών κατά τη διάρκεια του χρόνου από τον Ιούλιο 1969 έως τον Ιούλιο του 1972. Δεν υπήρχε αμφιβολία πως τα φαινόμενα που αναφέρθηκαν ήταν αληθινά...και πως κανένας δεν είχε επαρκή εξήγηση για αυτό. Τώρα, είκοσι πέντε χρόνια και δεδομένα από αρκετές χιλιάδες εκλάμψεις αργότερα, οι επιστήμονες ακόμη δεν έχουν καμιά καθαρή εξήγηση για τα παράξενα ουράνια γεγονότα που εμείς καλούμε εκλάμψεις γάμμα ακτίνων.

Παρατηρήσεις ακτίνων-γ

Πριν το 1991 αρκετά διαστημικά οχήματα συνέλεξαν δεδομένα που έδειξαν την πιθανή παρουσία σε εκλάμψεις των γ-ακτίνων ενός μαγνητικού πεδίου τρισεκατομμύρια φορές πιό ισχυρό από της Γης μας. Τέτοια μαγνητικά πεδία συσχετίζονται μόνο με αστέρες νετρονίων, με εξαιρετική πυκνότητα, που προέρχονται από τους πυρήνες των νεκρών άστρων.

Αλλά πρόσφατα μόνο υπήρξαν αρκετές συσσωρευτικές αποδείξεις για την σύνδεση των μακρυνών εκλάμψεων με υπερκαινοφανείς (hypernovae). Αυτά είναι γιγαντιαία, εξαιρετικής πυκνότητας και ασυνήθεις supernovae, τα οποία είναι νεκρά αστέρια που καταρρέουν κάτω από το βάρος της δικής τους μάζας τους.
Ο σχηματισμός των γ-ακτίνων εμφανίζεται συγκεκριμμένα να σχετίζεται με ύλη που εκσφενδονίζεται στο διάστημα με την ταχύτητα σχεδόν του φωτός. Οι λάμψεις που δημιουργούνται τότε είναι τόσο τεράστιες που μας εμφανίζονται ακόμη και αν προέρχονται από αποστάσεις δισεκατομμυρίων ετών φωτός, δηλαδή από περιοχές του πρώϊμου Σύμπαντος. Και αυτή ακριβώς είναι η σπουδαιότητα των ακτινοβολιών αυτών.

Στις 27 Ιανουαρίου του 1999 έγινε δυνατή η πρώτη αποτύπωση έκρηξης ακτίνων γάμμα. Εγινε δυνατόν να αποτυπωθεί οπτικά ακριβώς όταν συνέβαινε, παρ' ότι οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι απρόβλεπτες και συνήθως διαρκούν λίγα δευτερόλεπτα. Αυτά τα ανακαλυφθέντα σήματα έδωσαν νέο αέρα στις προσπάθειες των αστρονόμων.

Ο δορυφόρος BeppoSAX έγραψε ιστορία στις 28 Φεβρουαρίου 1997, γιατί τα όργανα του κατέγραψε ένα flash που αναγνωρίστηκε σαν αναλαμπή γάμμα-ακτίνων. Οκτώ ώρες αργότερα στη Γη, τηλεσκόπια και άλλοι δορυφόροι όπως ο Ulysses που παρατηρεί τον Ηλιο μας, από το ίδιο σημείο του ουρανού, κατέγραψαν ακτινοβολία-Χ.

Η φύση της ακτινοβολίας-γ

Αυτές οι ακτίνες-γ λόγω έκλαμψης ή έκρηξης είναι ελάχιστες στον νυκτερινό ουρανό. Οι τυπικές τους ενέργειες φτάνουν στο 1 ΜeV, ενώ το ορατό φως που φτάνει είναι περίπου 1 eV.
Γενικά οι ακτίνες γάμμα δεν έρχονται από τα γνωστά άστρα του γαλαξία μας Milky Way που βλέπουμε τη νύκτα, αλλά από τεράστια νέφη αερίων που στριφογυρίζουν μεταξύ των άστρων. Κοσμικές ακτίνες διεγείρουν τους πυρήνες στο εσωτερικό των νεφών και τους σκανδαλίζουν ώστε να συμβούν πυρηνικές αντιδράσεις, που οδηγούν σε εκπομπές ακτίνων γάμμα. Επίσης μπορεί να έρχενται από περιοχές γύρω από μαύρες τρύπες ή από ορισμένα άστρα.

Αλλά μερικές ακτινοβολίες της περιοχής γάμμα, εμφανίζουν έντονα περιοδικές λάμψεις σαν το flash, που κρατάνε για λίγα sec αλλά παρουσιάζουν απίστευτες διαφορές: κάποιες κρατούν μερικά msec, ενώ άλλες ακτινοβολίες μερικά λεπτά, κάποιες διασπώνται αργά με τον χρόνο, ενώ άλλες δείχνουν απότομες --ξαφνικές-- διακυμάνσεις.

Πάντως εκτός από λίγες ακτίνες στην περιοχή των Χ, καμιά άλλη ακτινοβολία σε άλλα μήκη κύματος δεν έχει καταγραφεί από τις εκλάμψεις αυτών των γάμμα-ακτίνων. Αυτό κυρίως οφείλεται ότι η γ-ακτινοβολία διαπερνάει τα υλικά πολύ εύκολα, που σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιούμε ειδικά όργανα καταγραφής των φωτονίων τους.

Aκτίνες-γ στο φως

Αξιοσημείωτο είναι πως στα 10 sec της λάμψης τους, αυτές οι πηγές ελευθερώνουν 10⁴⁴ joule, 100 φορές περισσότερη ενέργεια από αυτή που θα δώσει ο Ηλιος μας για 10 δισεκατομμύρια έτη!
Και οι περισσότεροι ισχυροί quasars είναι 1000 φορές λιγώτεροι φωτεινοί. Και η ερυθρή μετατόπιση των quasar μας δείχνει πως ήταν το Σύμπαν 1,3 δισ. χρόνια μετά το Big Bang. Ενώ από την έκλαμψη της γ-ακτινοβολίας πιστεύουμε να μεταφερθούμε στο πρώϊμο Σύμπαν.

Αλλά τι προκαλεί αυτά τα απίστευτα ποσά ενέργειας που ελευθερώνουν σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα;
Το μόνο γνωστό φαινόμενο που ελευθερώνει τέτοια ποσά ενέργειας είναι η έκρηξη ενος supernova. Τέτοια έκρηξη συμβαίνει όταν ένας νεκρός τεράστιος αστέρας είναι στο τέλος της ζωής του, που περιέχει κυρίως σίδηρο, καταρρέει προς μια πυρηνική πυκνότητα, 10¹⁷ kg/m³ . Από τα 10⁴⁴ joules που ελευθερώνει μόνο το 0.01% εκπέμπεται σαν ορατό φως. Για λίγες εβδομάδες μετά αυτό το γεγονός ο supernova λάμπει σαν 10¹¹ άστρα μαζί.
Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας μεταφέρεται σαν νετρίνα. Και η υπόλοιπη μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των άστρων που βρίσκονται γύρω από τον καταρρέοντα πυρήνα.

Την περίοδο της έκρηξης του supernova, το περιβάλλον αέριο συμπιέζεται και θερμαίνεται. Τα κύματα που σχηματίζονται είναι ασταθή και αρχίζουν να διασκορπίζονται και τότε προκαλείται ένα φαινόμενο που λέγεται αστάθεια Rayleigh-Taylor. Από τις ασταθείς κινήσεις μπορούν να δημιουργηθούν μαγνητικά πεδία με ένα όμοιο τρόπο που δημιουργούνται οι μαγνητικές κηλίδες του Ηλιου.
Από τη μίξη σχετικιστικών ηλεκτρονίων και μαγνητικού πεδίου, οδηγεί στην εκπομπή της ακτινοβολίας συγχρότρου, που είναι πολύ μεγάλης έντασης, συχνότητας και εκπέμπεται επιλεκτικά προς ορισμένες διευθύνσεις. Η ακτινοβολία αυτή οφείλεται στην περιστροφική κίνηση των ηλεκτρονίων με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός.

Το μοντέλο αυτής της εκπομής των γ-ακτίνων ονομάζεται 'internal shock', και είναι το πιό πιθανό μοντέλο εξήγησης αυτού του φαινομένου. Και μάλιστα εξηγεί και την ακτινοβολία-Χ που εκπέμπεται τα πρώτα λεπτά του φαινομένου.

Home