Astronomowie poinformowali we wtorek o odkryciu obiektów mogących być “ubogimi krewnymi” błysków gamma (potężnych wybuchów obserwowanych codziennie w odległych galaktykach). Jeśli to pokrewieństwo zostanie potwierdzone, błyski rentgenowskie dostarczą prawdopodobnie kluczowych informacji potrzebnych do rozwiązania istniejącego od dziesięcioleci problemu powstawania tych najpotężniejszych we Wszechświecie wybuchów.

R. Marc Kippen, członek amerykańskiego Departamentu Energii w Laboratorium w Los Alamos, zaprezentował swój raport na spotkaniu Wydziału Wysokich Energii Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Albuquerque.

Od lat sześćdziesiątych ubiegłego stulecia uczeni używają laboratoriów satelitarnych do mierzenia promieniowania wysokoenergetycznego (rentgenowskiego i gamma). Znaleziono w tym czasie wiele interesujących klas obiektów widocznych w tych zakresach promieniowania elektromagnetycznego. Wiele z nich wyjaśniono, a w wyjaśnieniach tych użyto takich tworów jak gwiazdy neutronowe, czarne dziury, kwazary. Najbardziej energetycznymi spośród tych zjawisk są tajemnicze błyski gamma (gamma ray bursts, GRB), które w czasie rzędu minuty wysyłają ogromne ilości energii głównie z postaci fotonów gamma.

W miejscach, w których zdarzyły się GRB, zaobserwowano trwające dłużej poświaty rentgenowskie, optyczne i radiowe. Dzięki tym obserwacjom uczeni generalnie zgadzają się, że błyski zdarzają się w najbardziej odległych znanych galaktykach. Jednak nadal pozostaje tajemnicą, w jaki sposób powstają. Podobną tajemnicą są mniej energetyczne zjawiska rentgenowskie – również trwające krócej niż minutę i obserwowane od dziesięcioleci przez różne instrumenty. Dawno już podejrzewano, że oba rodzaje zjawisk – błyski gammowe i rentgenowskie – są związane z tymi samymi procesami. Jednak dopiero teraz znaleziono mocną podstawę za poparciem takiej tezy.

Przedstawiony przez Kippena dowód łączący zjawiska rentgenowskie z błyskami gamma bazuje na obserwacjach przypadków zwanych “błyskami X”. Są one odkrywane w tempie około 4 na rok od 1997 roku. Pierwsze takie przypadki zostały zaobserwowane przez grupę uczonych analizujących dane z włosko-duńskiego satelity rentgenowskiego BeppoSAX. Od zwykłych błysków gammowych różni te obiekty brak emisji w zakresie gamma. W odpowiednim momencie przyszedł z pomocą aparat nazywany BATSE (Burst and Transient Source Experiment) zainstalowany na amerykańskim satelicie CGRO (Compton Gamma Ray Observatory). Obserwował on dziesięć przypadków widzianych również przez BeppoSAX.

Kippen i współpracownicy podejrzewali, że w związku z większą czułością BATSE w zakresie gamma, możliwe będzie zaobserwowanie sygnału od tych obiektów i połączenie ich teoretycznych modeli z modelami GRB. I rzeczywiście – BATSE zaobserwował sygnał w zakresie gammowym od dziewięciu spośród dziesięciu obserwowanych obiektów. Dla BeppoSAXa były one za słabe.

Dane z tych przypadków porównano z tysiącami “zwykłych” błysków gamma zaobserwowanych przez BATSE w latach 1991-2000. Okazały się one podobne pod każdym prawie względem. Różnią się jedynie tym, że energia jest przez nie wysyłana głównie w zakresie X.

Porównano widma otrzymane przez oba eksperymenty satelitarne. Szczegółowe widma obu typów obiektów okazały się być podobne. Jednak widma obiektów X były przesunięte w kierunku niższych energii. Co więcej, spektrum energii błysków rentgenowskich okazało się być zgodne z trendem obserwowanym w błyskach gammowych – mniej energetyczne wybuchy mają niższe energie charakterystyczne niż bardziej energetyczne eksplozje (te o większej całkowitej wyemitowanej energii).

Te odkrycia prowadzą uczonych do wniosku, że błyski rentgenowskie są niskoenergetycznymi kuzynami błysków gamma produkowanymi przez podobne mechanizmy. Jednak niewielka liczba zaobserwowanych dotąd przypadków zmusza do poszukiwania dalszych, które będą mogły te hipotezę potwierdzić.

Innym kluczem do zrozumienia związków między obydwoma typami błysków jest identyfikacja ich pozostałości. Nadzieję na przeprowadzenie takich badań daje misja Swift Gamma Ray Burst Explorer, której rozpoczęcie przez NASA zaplanowane jest na następny rok. Satelita będzie w stanie jednocześnie obserwować błyski rentgenowskie, gammowe oraz optyczne po nich pozostałości.

Jeśli hipoteza zostanie potwierdzona, dostarczy ona nowych danych potrzebnych do zrozumienia, w jaki sposób powstają te potężne błyski. “To zupełnie jak znalezienie dalekiego kuzyna będącego w stanie dostarczyć więcej informacji do zbudowania drzewa genealogicznego niż dostarczyli rodzice” – powiedział Kippen. Uczeni już w tej chwili omawiają scenariusze mogące wspólnie opisywać wszystkich członków rodziny błysków i wybuchów.

Autor

Michał Matraszek