Błyski gamma (GRB) są najgwałtowniejszymi wybuchami we Wszechświecie, ale jak dotąd niewiele o nich wiadomo. W ostatnich latach zaproponowano wiele teorii dotyczących tych obiektów, ale tajemnica pozostała. Dwa błyski zaobserwowano ostatnio przez astronomów z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) dostarczyły danych, które nie tylko umożliwią przetestowanie wcześniejszych modeli, ale pozwolą też teoretykom na lepsze zrozumienie ich rzeczywistej natury.

Astronom z Harvardu, David Bersier, oraz jego koledzy obserwowali pierwszy z błysków, GRB 020405, w celu wyznaczenia polaryzacji światła dobiegającego z optycznej pozostałości po nim. Polaryzacja to miara kierunku drgań fal świetlnych. Światło spolaryzowane drga w jednym ustalonym kierunku, niespolaryzowane – we wszystkich kierunkach prostopadłych do linii jego rozchodzenia się.

GRB 020405 był obserwowany za pomocą MMT, 6,5-metrowego teleskopu na Mount Hopkins w Arizonie 6 kwietnia 2002 roku, dzień po pierwszej rejestracji błysku. Dane z tego przypadku mówią, że światło było spolaryzowane w około 10 procentach. To największa jak dotąd zmierzona wartość. Dzień później inna grupa oceniła polaryzację na około 2 procent. Co ciekawe, astronomowie obserwowali także dwuprocentową polaryzację około 10 godzin przed dokonaniem pomiarów 10-procentowych. Wskazuje to na szybkie zmiany w tym parametrze.

Zastosowanie MMT było konieczne dla zebrania ilości światła wystarczającej do wykonania pomiaru. Teleskop został zaopatrzony w bardzo czuły instrument i układ filtrów podobnych do tych, które używane są w okularach przeciwsłonecznych.

Brian McLeod z Smithsonian Center powiedział: “Aparat fotograficzny na teleskopie używany jest do wielu różnych projektów. Błyski odkrywany mniej więcej raz na miesiąc i nie możemy pozwolić żeby teleskop czekał tylko na te zjawiska. Kiedy pojawi się GRB, prosimy pracującego akurat z teleskopem astronoma o zwrócenie go w kierunku błysku“.

Uważa się, że błyski powstają w czasie łączenia się dwóch czarnych dziur bądź dwóch gwiazd neutronowych lub też w wyniku wybuchów bardzo masywnych gwiazd. Modele przewidują, że wybuchy zdają się być bardzo potężne, gdyż większość ich energii emitowana jest w dwóch wąskich dżetach w dwóch przeciwnych kierunkach.

Ostatnie obserwacje wspierają te modele, które przewidują, że pewna część światłą będzie spolaryzowana. Pokazują też jednak, że wiele szczegółów tych modeli musi być jeszcze dopracowanych. Dla przykładu: polaryzacja światła z GRB powinna być najsilniejsza kiedy patrzymy na niego z kierunku krawędzi dżetu. W pewnych przypadkach polaryzacja może przekraczać 20 procent. Wskazuje to, że GRB 020405 rzeczywiście był widziany niemal z kierunku krawędzi dżetu. Dla tego kierunku patrzenia obliczenia przewidują powolne zmniejszanie się polaryzacji. Zamiast tego astronomowie zauważyli szybki jej spadek w ciągu zaledwie jednego dnia.

Grupie udało się wykluczyć wszelkie zaburzenia, których źródłem mógł być instrument obserwacyjny, pył (w naszej galaktyce i w galaktyce w której nastąpił wybuch) i mikrosoczewkowanie. Bersier sądzi, że porównanie jego wyników z tymi, które otrzymały inne grupy pozwoli na poprawienie modelu GRB.

Podczas gdy pierwszy błysk był rzadki, jeśli chodzi o kąt pod jakim go oglądaliśmy, drugi nie był od niego mniej ciekawy. Został zaobserwowany przez orbitujące obserwatorium High Energy Transient Explorer (HETE) 4 października 2002 roku. Obserwacje GRB 021004 rozpoczęły się mniej niż 10 minut po jego pojawieniu się.

Bersier i jego współpracownicy chcieli przekonać się czy krzywa jasności błysku wykazuje podobne krótkoczasowe zmiany jakie zaobserwowano w błysku w poprzednim roku. Ich obserwacje pokazały, że światło GRB fluktuuje w skali czasowej 15-30 minut. W ciągu kilku godzin blask poświaty optycznej wielokrotnie zwiększał się i zmniejszał. Nie zaobserwowano jednocześnie niezwykłego zachowania okolicznych gwiazd i dzięki temu wysnuto wniosek, że zmiany muszą istnieć naprawdę i być cechą błysku.

Uważa się, że szybkie zmiany krzywej jasności mają swoją przyczynę w zmianach gęstości materii międzygwiezdnej. Skoro miały one skalę czasową mniejszą niż godzina, astronomowie sądzą, że materia ta musi znajdować się blisko samego błysku. Prowadzi to do wniosku, że przyczyną pojawienia się błysku GRB jest wybuchająca masywna gwiazda, hipernowa.

Jak powiedział Bersier: “Drugi błysk dostarczył najlepszej jak dotąd krzywej jasności“. Około 100 punktów pomiarowych ukazuje powolne słabnięcie błysku z jednoczesnymi fluktuacjami. Gwałtowny wzrost w czasie słabnięcia błysku zadziwia astronomów. Niektóre modele przewidują wahania ilości energii dopływającej na początku błysku. Żaden model jednak nie przewiduje ich w czasie zanikania. Bersier twierdzi, że dla dokładnego zbudowania modelu potrzebne będą dalsze pomiary.

Oprócz fluktuacji jasności, w przypadku GRB 021004 zaobserwowano zmianę koloru w czasie zanikania błysku. Dotąd nie pojawił się żaden model mogący to wyjaśnić.

Odkrycie tych dwóch błysków pomoże w udzieleniu odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące Wszechświata. Światło GRB rozpoczęło swoją drogę wiele miliardów lat temu, kiedy Wszechświat był nastolatkiem. W tym okresie chmury materii zapadały się dając początek gwiazdom i galaktykom.

Informacje dotyczące obu obserwacji ukazały się 1 lutego i 20 lutego w piśmie Astrophysical Journal Letters.

Autor

Michał Matraszek