Gammakitörés

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

A GRB 990123 gammakitörés optikai utófénylése 1999. január 23-án

A GRB 041227 fényesség-diagrammja különböző hullámhosszakon

A gammakitörések (rövidítve: GRB, az angol gamma ray burst-ból) a legfényesebb jelenségek az univerzumban az Ősrobbanás óta. Ezek látszólag véletlenszerű helyekről érkező gammafelvillanások, melyek néhány milliszekundumtól néhány percig tartanak és gyakran követi őket utófénylés nagyobb hullámhosszokon (röntgen, ultraibolya, látható fény, infravörös és rádióhullám). Gammakitöréseket naponta átlagosan egyszer észlelnek az űrben keringő műholdak.

A megfigyelt gammakitörések többsége úgy tűnik, hogy nagy tömegű (legalább 30-40 naptömeg) csillagok agóniája közben jön létre (ezeket szokás kollapszárnak vagy hipernóvának nevezni). Az általában gyorsan forgó csillag, a forgás miatt nem tud egyszerű szupernóvaként felrobbanni. A központi rész összeomlása révén a haldokló csillag közepén létre jön egy fekete lyuk. A többi anyag fekete lyukba való bespirálozása közben jönnek létre az ultra-relativisztikus kitörések, feltehetően jetek (anyagsugarak) formájában.

A másik alosztály („rövid” kitörések) máshogy jön létre, valószínűleg két, egymás körül keringő neutroncsillag ütközéséből. Az összes ismert gammakitörés a Tejútrendszeren kívüli (bár egy hasonló jelenséget, a lágy gamma-ismétlőket a galaktikus magnetároknak tulajdonítják), és legtöbbjük több milliárd fényévre van.

[szerkesztés] Felfedezés és történet

Compton űrtávcső

A Swift műhold

[szerkesztés] A Vela és a gammakitörések felfedezése

A kozmikus gammakitöréseket az 1960-as évek végén fedezték fel az amerikai Vela műholdakkal. Ezeket a holdakat a szovjetek titkos űrbéli (főleg a Hold túlsó felén végzett) nukleáris fegyvertesztelései által kibocsátott gammasugár impulzusok megfigyelésére építették. Soha nem észleltek ilyen tesztelést, de mélyűrből érkező villanásokat találtak. Ezeket az eredményeket 1973-ban tették közzé^[1], elindítva a gammakitörések modern tudományos kutatását.

[szerkesztés] BATSE

A gammakitörések felfedezését több későbbi küldetésen megerősítették, beleértve az Apollo és a Venyera küldetéseket. A gammasugarak nem tudnak áthatolni a Föld légkörén, csak az űrből látszanak. Sok elmélet megjelent ezekről a folyamatokról, legtöbbjük közeli galaktikus forrásokkal számol. Újabb nagy előrelépést a Compton űrtávcső (Compton Gamma Ray Observatory, CGRO) és annak BATSE (Burst and Transient Source Explorer) nagy érzékenységű gammasugár-detektora jelentett. Az általa szolgáltatott fontos információk közé tartozott, hogy a gammakitörések eloszlása az égen izotróp, vagyis nem tömörülnek különleges irányokban, mint a galaktikus sík vagy a galaktikus központ ^[2] cáfolva minden galaktikus származást. Két, látszólag különálló kategóriába esnek: rövid időtartamú, erős-spektrum kitörések ("rövid kitörések") és hosszú időtartamú, lágy-spektrum kitörések ("hosszú kitörések") ^[3]. A rövid kitörések időtartama általában 2 másodpercnél rövidebb és nagyobb energiájú fotonok jellemzik, a hosszú kitörések 2 másodpercnél tovább tartanak, fotonjaik alacsonyabb energiájúak. Az elmúlt években felmerült egy harmadik, közepes időtartamú csoport léte is. Az elkülönülés nem abszolút, a populációk átfedik egymást.

[szerkesztés] BeppoSAX

A gammasugár detektorok rossz felbontása miatt a felfedezés után sokáig még egyetlen gammakitörést sem lehetett társítani ismert objektummal (csillaggal vagy galaxissal). Az egyedüli reményt a kitörést követő halvány, nagyobb hullámhosszú sugárzás – az ún. utófénylés – megtalálása jelentette, amelyet a legtöbb elméleti modell megjósolt ^[4]. Viszont az intenzív keresés ellenére sem találtak ilyen emissziót.

Ez megváltozott 1997-ben, amikor a holland-olasz építésű BeppoSAX műhold egy gammakitörés irányára állította a röntgenkameráját és halványuló röntgensugárzást észlelt. Ezt követően földi teleszkópok optikai fénylést is találtak ^[5]. A pontos helyzet ismeretében most már a kitörés elhalványulása után is azonosítani lehetett egy halvány, nagyon távoli galaxist a kitörés helyén ^[6]. Néhány héten belül a távolságról szóló hosszú vita véget ért: a gammakitörések extragalaktikus jelenségek, távoli, halvány galaxisokban. Ez a felfedezés forradalmasította a kitörések vizsgálatát ^[7].

[szerkesztés] A gammakitörések kutatása ma

Hasonló változások vannak ma is a gammakitörések vizsgálatában, főleg a NASA Swift műholdjának köszönhetően. Fedélzetén érzékeny gammadetektorokon kívül röntgen- és optikai teleszkópok is vannak, amelyek kevesebb mint egy perc alatt az új kitörés irányába fordulnak. Az eddigi eredmények közé tartozik a rövid kitörések utófényléseinek első észlelése, hatalmas mennyiségű adat az utófénylések környezetéről fejlődésük korai szakaszában, és hatalmas röntgenkitörések felfedezése a gammakitörés után egy perctől egy napig terjedő időszakban.

2008. április 23-n bocsátották fel indiából az olasz AGILE csillagászati műholdat, melynek fedélzetén a gamma-tartományban működő képalkotó műszer (GRID, Gamma Ray Imagining Detector), valamint kemény röntgensugárzást vizsgáló detektor (SuperAGILE) és szilícium mikrokaloriméter (MCAL) van. A műhold a gammakitörések gyors helymeghatározásában és kemény röntgenforrások gamma-tartománybeli vizsgálatában fog segítséget nyújtani.^[8]

2008. május 16-án tervezik a GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope, azaz Nagy Látómezejű Gammasugár-Űrtávcső) űrtávcső pályára állítását, mely a Compton űrtávcsővel megegyező feladatot fog ellátni, annál jóval nagyobb érzékenységgel.

[szerkesztés] Fontosabb gammakitörések

A GRB 050509B gammakitörés Spitzer űrtávcsővel készült képe

A GRB 050904 halványuló utófénylése infravörös tartományban. A SOAR 4,1 méteres teleszkóppal készült felvételek.

A GRB 080319B intenzív utófénylése a Swift műhold röntgen- (balra) és ultraibolya/látható fény (jobbra) tartományában készült felvételén

A műholdak eddig több ezer gammakitörést észleltek. A következő lista csak a történelmi és tudományos fontosságú objektumokat tartalmazza:

GRB 670702 – Az első észlelt gammakitörés.
GRB 970228 – Az első gammakitörés megfigyelt utófényléssel. Az utófénylés helye látszólag egy nagyon halvány galaxissal esett egybe, ami erős bizonyítéka a kitörések extragalaktikus voltának.
GRB 970508 – Az első gammakitörés megmért vöröseltolódással. A z=0,835 ugyancsak az extragalaktikus kitöréseket erősíti meg.
GRB 971214 – Korábban úgy vélték, ez volt az univerzum egyik legnagyobb energiájú eseménye.
GRB 980425 – Az első gammakitörés megfigyelt szupernova (SN 1998bw) társítással, amely bizonyította a kitörések és a szupernóvák kapcsolatát. A kitörés szokatlanul halvány volt és az addigi legközelebbi.
GRB 990123 – Ennek a kitörésnek volt az addigi legfényesebb optikai utófénylése. 8,95 magnitudós látszólagos fényességgel alig volt halványabb, mint a Neptunusz, hatalmas távolsága (9,6 milliárd fényév, z=9,6 vöröseltolódás) ellenére.
GRB 030329A – Fényes és közeli gammakitörés (z=0,168 vöröseltolódás), egyértelmű szupernóva társítással.
GRB 050509B – Az első azonosított rövid gammakitörés. Bebizonyosodott, hogy a hosszú kitörésekkel ellentétben a rövid kitörések idős galaxisokban jönnek létre és nincs kísérő szupernóvájuk.
GRB 050904 – Az addigi legtávolabbi gammakitörés, z=6,29 vöröseltolódással, ami 13 milliárd fényév távolságnak felel meg.
GRB 060218 – Kis vöröseltolódású kitörés szupernóvával.
GRB 070125 – Olyan gammakitörés, melynek helyén semmilyen objektumot nem találtak.^[9]
GRB 080319B – Az eddig megfigyelt legnagyobb energiájú gammakitörés. Jellemző, hogy 7,5 milliárd fényév távolsága (z=0,937 vöröseltolódás) ellenére (ez az Univerzum általunk látható teljes méretének fele) az optikai fényessége elérte az 5,76 magnitúdót, azaz körülbelül egy percig ideig szabad szemmel is látható volt.^[10]^[11]