Wybuchy gamma, będące największymi wybuchami zdarzającymi się we Wszechświecie, być może przysyłają nam neutrinowe ostrzeżenie na 10 sekund wcześniej.

Neutrina to cząstki, które przenikają prawie bez przeszkód przez materię. Przejście przez Ziemię nie jest dla nich żadnym problemem. Dlatego też bardzo trudno jest zarejestrować ich przejście.

Te prawie bezmasowe cząstki przechodzą bez przeszkód przez te rejony Wszechświata, które zatrzymują wszelkie formy promieniowania elektromagnetycznego. Mogą nieść ze soba informacje o gwiazdach, które tworzyły się na początku istnienia Wszechświata. Mogą też dostarczyć informacji o gwiazdach, które zapadły się do czarnych dziur i pozostają obecnie niewidoczne.

Błyski gamma, zwane po angielsku gamma ray burst (GRB) są tajemniczymi wybuchami uwalniającymi promieniowanie elektromagnetyczne najwyższej energii. Zdarzają się w losowym punkcie nieba, średnio raz na dzień. Trwają zaledwie kilka sekund. Krótki czas trwania powoduje, że są zjawiskami trudnymi do wykrycia i badania. Większość błysków zdarza się w “kosmologicnych” odległościach rzędu miliardów lat świetlnych. Zdarzyły się więc one w okresie gdy Wszechświat był względnie młody.

Peter Meszaros i Eli Waxman z Instytutu Naukowego Weizmanna w Izraelu twierdzą, że około dwóch trzecich wybuchów gammowych mogło powstać w wyniku uwolnienia się energii w trakcie zapadania się do czarnej dziury jądra gwiazdy o masie ponad 25 razy przekraczającej masę Słońca. Uczeni nazywają taką gwiazdę “collapsar” (proponujemy polski odpowiednik – “zapadacz”).

W modelu collapsarów ogromna energia uwalniana jest kiedy materia opada na nowo utworzoną czarną dziurę. Powstająca w wyniku tego, rozszerzająca się prawie z prędkością światła kula ognia oddziaływuje z otaczającą ją materią i tworzy dżety (wąskie, kierunkowe wyrzuty materii). Dżety wydostając się poza chmurę materii otaczającą czarną dziurę powodują powstawanie fali uderzeniowej, która staje się źródłem promieniowania gamma.

Zanim kula ognia wydostanie się poza materię, wokół czarnej dziury pojawiają się wewntętrzne fale uderzeniowe. Rozpędzają one protony, które następnie zderzają się z fotonami promieniowania X wewnątrz powstających dżetów. W wyniku takich zderzeń powstają elektrony i neutrina. Neutrina wydostają się z kokonu materii otaczającego gwiazdę około 10 sekund wcześniej niż promieniowanie gamma.

Może się również zdarzyć, że błysk neutrinowy będzie wykryty nawet wtedy, gdy nie doszło do błysku gammowego. Stanie się tak wtedy, gdy dżet nie zdoła wydostać się poza gwiazdowy kokon, w którym powstał. Maszaros i Waxman nazwali takie zjawiska “zdławionym, bezgammowym kolapsem” (choked-off, gamma-ray dark collapses). W przeciwieństwie do fotonów gamma, neutrina nie zostaną zatrzymane przez materię otaczającą gwiazdę.

Według Waxmana, jest to bardzo istotne zjawisko, gdyż pierwsze gwiazdy tworzące się w obszarach, którym odpowiadają przesunięcia ku czerwieni rzędu 5, mogły być dużo bardziej masywne niż dzisiejsze gwiazdy i ich błyski mogły zostać zdławione przez co stały się dla nas niewidoczne.

Eksperyment AMANDA, zbudowany na Antarktydzie będzie wkrótce w stanie określić ograniczenie na tempo pojawiania się jasnych i ciemnych gammowo kolapsów. W lodach skuwających kontynent zostanie umieszczony detektor neutrin o objętości kilometra sześciennego.

“Wybuchy gamma są najsilniejszymi eksplozjami we Wszechświecie, lecz mogą być jedynie wierzchołkiem góry lodowej,” – stwierdził Meszaros – “może zdarzać się dużo więcej podobnych wybuchów, które widoczne są jedynie poprzez neutrina. Energie niesione przez te neutrina powinny mieć energie rzędu bilonów elektronowoltów”.

Autor

Michał Matraszek