Meglepő módon viselkednek a gammakitörések

A kozmikus gammakitörések 30 naptömegnél nagyobb csillagok összeomlásakor vagy két kompakt objektum (neutroncsillag, fekete lyuk, fehér törpe) összeolvadásakor keletkező extragalaktikus villanások, melyeket a hetvenes évek óta észlelnek, főleg az űrben keringő műholdak segítségével. Egy ilyen kollapszus során a pillanatok alatt kibocsátott energia nagyságrendileg akkora, mint amekkorát a Napunk egész élete során kisugároz.

Ilyen nagy energia létrejöttét nagyon nehéz megmagyarázni. A legelfogadottabb elmélet szerint a robbanás során ellentétes irányba kilökődik két plazmanyaláb (jet), és ha egy ilyen a Föld irányába mutat, akkor észleljük a gammavillanást. A jetben a plazma anyaga relativisztikus sebességgel áramlik kifelé, azonban vannak az anyagnak lassúbb és gyorsabb részei, amelyek ha összeütköznek, a gammasugarak hullámhossztartományába eső sugárzás keletkezik.

A sugárzás létrejöttét mind a mai napig a szinkrotronmodell alapján próbálják magyarázni a kutatók: a relativisztikus sebességű elektronok mágneses térben haladva úgynevezett szinkrotronsugárzást bocsátanak ki, mely az extrém körülményeknek köszönhetően gammasugárzásként jelenik meg.

A jitter-sugárzás egy korábbi modellje. Az ábrán látható szimulációt C. B. Hededal készítette (Christian B. Hededal. Gamma-Ray Bursts, Collisionless Shocks and Synthetic Spectra, PhD thesis 2005 Niels Bohr Institute, Copenhagen)

Azonban akadnak tudósok, akik időről időre újabb elméleteket vetnek fel. M. V. Medvedev (University of Kansas) és csoportja a legutóbbi kutatásuk során egy új sugárzásfajtát írt le és modellezett számítógéppel. Ennek jellegzetessége, hogy ha a relativisztikus elektron nem homogén, hanem kis skálán fluktuáló mágneses térben halad, akkor nem szinkrotron, hanem valamilyen izgő-mozgó (jitter) sugárzást bocsát ki. A modelljük igazolására a kutatók szimulációt használtak, amelynek eredményeképp a gammakitörések olyan spektrális tulajdonságait tudták előre jelezni, melyek korábban a széles körben elfogadott szinkrotronelméletből nem következtek, viszont amelyeket a megfigyelések alátámasztottak.

Alacsony eloszlás

Az egyik előrejelzett tulajdonság az úgynevezett alfa alacsony energiájú spektrális indexek eloszlására vonatkozik. Az alfa index a kitörés spektrumának alacsony energiájú szakaszát jellemző mennyiség, a spektrum meredekségét mutatja meg: ha értéke nagy, a spektrum meredekebb, ha kicsi, akkor lankásabb lefutású. A szinkrotronmodell előrejelzése alapján alfa nem haladhatja meg az alfa ≤ 2/3 értéket. Azonban a mérések azt mutatják, hogy az alfák egy jó része átlépi ezt a határt, ami sehogy sem következik az elméletből. Azonban a jitter-sugárzás elméletével meg lehet magyarázni ezt a jelenséget, mi több, a szimulációk is alátámasztották ezt.

A másik előre jelzett tulajdonság a követő viselkedés, vagyis hogy a már említett alfák értékének időbeli alakulása azonos módon megy végbe, mint a megfigyelt fluxus (a teljes sugárzási teljesítmény) időbeli alakulása, tehát alfa követi a fluxus értékét. Ez a viselkedés sem következik a szinkrotronmodellből, azonban a jittermodell szimulációjakor megjelent, vagyis a modell megjósolta ezt a különleges effektust.

Hiányos elmélet

Ennek jelentősége azért nagy, mert rámutat, hogy az általánosan jónak gondolt és használt elméletnek is hiányosságai vannak, melyeket az elmélet továbbfejlesztésével ki kell javítani, vagy egy gyökeresen új elméletet kell kifejleszteni. Ezt kísérelte meg Medvedev és csapata a jittermodell kidolgozásával.

A jittermodell alapján már korábban is készítettek szimulációkat gammakitörésekre, hasonlóan pozitív eredménnyel, azonban az elmélet még nem eléggé kidolgozott ahhoz, hogy a jelenség valamennyi tulajdonságát előrejelezze, és ezzel a tudományos közvéleményben a szinkrotronelméletet fölváltsa. Ezek az előzetes eredmények azonban biztatóak, így a közeljövőben várhatjuk, hogy a jitter-sugárzás kiterjesztett (és esetleg a szinkrotronmodellel összhangban lévő) elmélete kielégítően leírja majd a gammakitörések megfigyelt tulajdonságait.

5 könyv
Több mint 600 meghökkentő, érdekes és tanulságos történet!

MEGVESZEM

Kövesse az Indexet Facebookon is!

Követem!