Μερικές εκρήξεις ακτίνων-γ μπορεί να οφείλονται στις μαύρες τρύπες κι όχι στα άστρα νετρονίων

Η έκρηξη ακτίνων-γ είναι μια πάρα πολύ ισχυρή έκρηξη φωτός υψηλής ενέργειας, που θεωρείται ότι παράγεται από μια κατάρρευση άστρων σε ένα μακρινό γαλαξία, αλλά το τι αφήνει πίσω της η εν λόγω κατάρρευση είναι ένα θέμα συζήτησης μεταξύ των αστροφυσικών.

Αυτό είναι ένα παράδειγμα κατάρρευσης ενός άστρου μεγάλης μάζας κατά την οποία ένα μεγάλο περίβλημα σχηματίζει ένα δίσκο που περιστρέφεται και μπορεί να οδηγήσει ακόμη και σε ένα σχετικιστικό πίδακα. Αυτή η εικόνα της αστρικής κατάρρευσης (ή collapsar) μπορεί να εξηγήσει, τουλάχιστον, μια κατηγορία εκρήξεων ακτίνων γάμμα. Κοσμικές εκρήξεις που είναι ένα εκατομμύριο τρισεκατομμύρια φορές πιο φωτεινές από όσο ο ήλιος μας! Οι ακτίνες γάμμα διαρκούν από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως και αρκετά λεπτά, και για εκείνο τον χρόνο αυτές οι εκρήξεις είναι η πιο λαμπρή πηγή ακτίνων γάμμα σε ολόκληρο το παρατηρήσιμο Σύμπαν. Η ενέργεια από ένα τέτοιο γεγονός είναι αρκετή για να δώσει ηλεκτρική ενέργεια σε ολόκληρο τον κόσμο για περίπου εκατό εκατομμύρια δισεκατομμύρια δισεκατομμυρίων χρόνια

Μια νέα ανάλυση από τέσσερις εξαιρετικά φωτεινές εκρήξεις που παρατηρήθηκαν από το δορυφόρο Fermi της NASA δείχνει ότι αυτό που μένει από μια έκρηξη μεγάλης διάρκειας ακτίνων-γ είναι πιθανότατα μια μαύρη τρύπα – όχι ένα άστρο που στρέφεται πολύ γρήγορα, δηλαδή ένα άκρως μαγνητισμένο αστέρι νετρονίων, ή μάγναστρο όπως λέγεται. Επειδή, μια τέτοια έκρηξη εκπέμπει περισσότερη ενέργεια από ό,τι είναι θεωρητικά δυνατή από ένα μάγναστρο.

Οι μακράς διάρκειας εκρήξεις ακτίνων-γ (ή GRB) θεωρείται ότι δημιουργούνται από την εκρηκτική κατάρρευση πολύ μεγάλων άστρων σε μακρινούς γαλαξίες. Η έκρηξη αυτή είναι ορατή από τη Γη, επειδή το φως εκπέμπεται σε ένα στενό κώνο, όπως μια ακτίνα που βγαίνει από ένα φάρο. Ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1967 από δορυφόρους που αναζητούσαν πυρηνικές εκρήξεις στη Γη. Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα έχουν γίνει το επίκεντρο πολλών δορυφορικών αποστολών, με την πιο πρόσφατη το τηλεσκόπιο ακτίνων-γ Fermi της NASA, που ξεκίνησε την αποστολή του το 2008, και ο δορυφόρος Swift πάλι της NASA, που ξεκίνησε το 2004.

Κάνοντας πολλές παρατηρήσεις, οι αστρονόμοι κατάφεραν να δημιουργήσουν μοντέλα για το πώς η κατάρρευση ενός ταχέως περιστρεφόμενου άστρου μεγάλης μάζας, μπορεί να επιταχύνει την ύλη σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός και να την κατευθύνει προς δύο αντίθετες κατευθύνσεις, σε δύο πολύ συγκεντρωμένες δέσμες κατά μήκος του άξονα περιστροφής. Έχουν επίσης μελετηθεί για το πώς αυτά τα σωματίδια παράγουν ακτίνες γάμμα και άλλες εκπομπές.

Τα δύο υποψήφια αντικείμενα για την τροφοδότηση αυτών των εκρήξεων γάμμα μεγάλης διάρκειας είναι τα μάγναστρα και οι μαύρες τρύπες.Και στις δύο περιπτώσεις, υλικό από το αστέρι εκτοξεύεται από το περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων ή την μαύρη τρύπα. Αυτό που διακρίνει αυτά τα δύο μοντέλα είναι ότι οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα από το μάγναστρο δεν μπορούν να είναι τόσο ισχυρές όσο από την μαύρη τρύπα.

Συνήθως, η ίδια η έκρηξη ακτίνων-γ διαρκεί από λίγα δευτερόλεπτα, έως και 100 δευτερόλεπτα, αλλά η μεταλαμπή, που παράγεται όταν οι πίδακες αλληλεπιδρούν με το αέριο και τη σκόνη γύρω από το αστέρι, εκπέμπει ορατό φως για μια-δυο εβδομάδες αλλά ραδιο-ακτινοβολίας για αρκετές μήνες.

Αν η ενέργεια από αυτές τις φωτεινές εκρήξεις εκπέμπονταν προς όλες τις κατευθύνσεις, αυτό θα ισοδυναμούσε σαν η μάζα του ήλιου να μετατρεπόταν ακαριαία σε καθαρή ενέργεια. Επειδή όμως η έκρηξη ακτίνων-γ επικεντρώνεται σε ένα στενό κώνο, πλάτους μερικών μοιρών, οι ενέργειες για τις τέσσερις εκρήξεις ήταν περίπου 100-1.000 φορές λιγότερη από αυτη.

Τα θεωρητικά μοντέλα για το πώς παράγονται αυτές οι δέσμες έθεταν ένα όριο για το πόσο πολύ ενέργεια μπορεί το μάγναστρο να δημιουργήσει σε μία από αυτές τις εκρήξεις: περίπου 100 φορές μικρότερη από ό,τι αν μετατραπεί η μάζα του ήλιου εξ ολοκλήρου σε ενέργεια. Αλλά, αρκετές από αυτές τις φωτεινές εκρήξεις υπερβαίνουν το όριο αυτό.

Έτσι, οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το μοντέλο του μάγναστρου αποτελεί ένα σοβαρό πρόβλημα για τα εν λόγω εξαιρετικά ισχυρά γεγονότα. Ακόμα και αν το όριο ενέργειας του μάγναστρου δεν παραβιάζεται αυστηρά, η τεράστια απόδοση που απαιτείται από την διαδικασία είναι ένα πρόβλημα.

Στο μέλλον, λένε οι ερευνητές, θα προσπαθήσουν να κάνουν πιο ακριβείς μετρήσεις με περισσότερα γεγονότα για να αποκλείσουν το μοντέλο με το άστρο νετρονίων.