Κοσμική έρευνα επιβεβαιώνει την εκπομπή ακτίνων-γ σε σύνδεση με υπερκαινοφανείς

Από σελίδα του Chandra, 25 Μαρτίου 2003

Στις 22 Αυγούστου 2002 έγινε μια παρατήρηση, που κράτησε 21 ώρες, του διαστημικού παρατηρητηρίου Chandra της μεταλαμπής από μια έκρηξη ακτίνων-γ από το αντικείμενο GRB 020813 (που ονομάζεται έτσι επειδή ανακαλύφθηκε από τον δορυφόρο High-Energy Transient Explorer) αποκάλυψε μια υπεραφθονία στοιχείων που εκτινάχθηκαν κατά χαρακτηριστικό τρόπο από την έκρηξη του υπερκαινοφανούς ενός ογκώδους αστεριού. Η μεταλαμπή παράγεται πιθανά από την αλληλεπίδραση ενός πίδακα σωματιδίων υψηλών ενεργειών με το διαστελλόμενο κέλυφος του υπερκαινοφανούς.

Στο φάσμα των ακτίνων X του αντικειμένου GRB 020813, που απέχει εννέα  δισεκατομμύρια έτη φωτός, προσδιορίστηκαν καθαρά οξείες (στενές, γραμμές) ή απότομες μεταβολές που οφείλονται στα ιόντα του πυριτίου και θείου . Το Υψηλής Ενέργειας Φασματόμετρο του Chandra επέτρεψε σε μια ομάδα αστρονόμων να μελετήσει τις λεπτομέρειες των γραμμών στις ακτίνες-Χ. Δύο φράγματα διάθλασης διασκορπίζουν τις ακτίνες X από την πηγή, όπως ένα πρίσμα διασκορπίζει το ορατό φως για να παραγάγει τις ζώνες που παρουσιάζονται στο κάτω μέρος της εικόνας - οι στενές φωτεινές περιοχές είναι οι φασματικές γραμμές.

Μια ανάλυση των στοιχείων του Chandra έδειξε ότι τα ιόντα απομακρύνονταν από την περιοχή της έκρηξης των ακτίνων-γ στο ένα δέκατο της ταχύτητας του φωτός, πιθανώς ως τμήμα ενός κελύφους της ύλης που εκτινάχθηκε κατά την έκρηξη του υπερκαινοφανούς. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των γραμμών που παρατηρήθηκαν είναι οξυμένα (στενές γραμμές) αισθητά, δείχνοντας έτσι ότι προέρχονταν από μια στενή περιοχή του διαστελλόμενου κελύφους. Αυτό υπονοεί ότι μόνο ένα μικρό μέρος του κελύφους - φλοιού ακτινοβολήθηκε από την έκρηξη των ακτίνων-γ, όπως θα αναμενόταν εάν η έκρηξη των ακτίνων-γ ακτινοβολούσε εντός ενός στενού κώνου. Η παρατηρηθείσα διάρκεια της μεταλαμπής υποδεικνύει μια καθυστέρηση περίπου 60 ημερών μεταξύ του υπερκαινοφανούς και της έκρηξης ακτίνων-γ.

Τα στοιχεία από το φάσμα εμφανίζονται να υποστηρίζουν το μοντέλο του μετά-νόβα για μια έκρηξη ακτίνων-γ, στην οποία η έκρηξη εμφανίζεται αμέσως μετά, αλλά όχι ταυτόχρονα με το σουπερνόβα. Η κατάρρευση του πυρήνα ενός εξαιρετικά ογκώδους αστεριού επισπεύδει μια έκρηξη που εκτινάσσει τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού με υψηλές ταχύτητες, ενώ ο καταρρέων πυρήνας σχηματίζει μια μαύρη τρύπα που περιβάλλεται από έναν δίσκο υλικού που στροβιλίζεται.

Μετά από ένα σύντομο χρόνο, αυτό το σύστημα μαύρης τρύπας και δίσκου παράγει ένα πίδακα σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Τα κύματα κλονισμού μέσα σε αυτόν τον πίδακα θεωρούνται ότι παραγάγουν μια λαμπρή έκρηξη ακτίνων X και ακτίνων-γ που παρατηρούνται ότι διαρκούν λίγα μόνο λεπτά. Η αλληλεπίδραση του πίδακα με το κέλυφος παράγει την μεταλαμπή των ακτίνων X, η οποία μπορεί να διαρκέσει για ημέρες ή ακόμα και μήνες. Ο λόγος για την καθυστέρηση μεταξύ του σχηματισμού της μαύρης τρύπας και της παραγωγής του πίδακα δεν είναι μέχρι τώρα κατανοητός.