Najsvetlejši izbruh sevanja gama še vedno preseneča

Izbruhi sevanja gama so čudoviti in grozoviti. Čudoviti, ker nam odstirajo dogajanje v najbolj ekstremnih okoliščinah v vesolju. Grozoviti, ker bi bližnji izbruh usmerjen proti Zemlji brez težav uničil vse življenje na planetu.

Tokratna novica zadeva izbruh GRB 221009A. Floto satelitov je devetega oktobra 2022 zaslepilo gama sevanje; tako svetlega izbruha v moderni zgodovini še nismo doživeli. Znanstveniki so ocenili, da takšen izbruh Zemljo zadene v povprečju enkrat na deset tisoč let. Kot je za izbruhe sevanja gama običajno, je začetnemu kratkemu izbruhu sledil zasij, dolgoživo sevanje obsegajoč celoten elektromagnetni spekter. Znanstveniki so edinstveno priložnost zagrabili z obema rokama in zasij opazovali s teleskopi tako na Zemlji kot v vesolju.

Takšen izbruh sevanja gama nastane pri eksploziji masivne, hitro se vrteče zvezde. Ob eksploziji nastaneta dva nasprotno usmerjena curka, ki predreta zvezdno ovojnico in se  s hitrostjo blizu svetlobne širita v medzvezdni prostor. Gama sevanja, ki ga zaznamo kot izbruh, nastane znotraj curka, zasij pa nastane ob trku curka z medzvezdno snovjo.

Osnovna teorija, ki pojasnjuje izbruhe, je stara že tri desetletja. Od takrat so znanstveniki potrdili večino napovedi, a vseeno ostaja še precej neznank. Med drugim zato, ker je izredno težko dobiti pogled v ekstremne razmere znotraj curka. Včasih pa znanstvenikom le uspe--tako kot sedaj.

V nedavnem članku, objavljenem v reviji Science (prosto dostopna verzija je tukaj), je skupina znanstvenikov predstavila analizo podatkov izbruha GRB 221009A, zbranih s satelitom Fermi. Satelit zbira fotone sevanja gama in jih popredalčka po energiji. Takšen pridobljen spekter pokaže, koliko svetlobe izseva izbruh pri posamezni energiji, s tem pa znanstveniki dobijo vpogled v fizikalne procese, ki proizvajajo svetlobo.

Običajno je tak spekter gladek, tokrat pa se je v njem pokazala ozka izboklina: emisijska črta. Nek proces v curku je torej pri določeni energiji seval več fotonov kot bi pričakovali. Črta se je pojavila pet minut po začetku izbruha pri energiji 12 milijonov elektronvoltov (vidna svetloba ima energijo 2 do 3 elektronvolte). Kaj bi lahko povzročilo opaženo črto? Avtorji študije kot najboljšo možnost navajajo anihilacijo elektronov in njegovih antidelcev pozitronov. 

Teorija pravi, da so oboji delci prisotni v curku. Ko se delec in njegov antidelec srečata, se izničita, pri tem pa nastane par fotonov sevanja gama. Ob srečanju elektrona in pozitrona pričakujemo nastanek dveh fotonov z energijo 0.511 milijona elektronvoltov. Ta energija je seveda veliko manjša od detektiranih 12 milijonov elektronvoltov. A zavedati se moramo, da se curek, ki je obrnjen proti nam, giblje z izredno visoko hitrostjo. Vsakršno sevanje, ki nastane v curku, zato pridobi energijo. Če je interpretacija avtorjev pravilna, se je curek v tem primeru moral gibati s hitrostjo 99.9 procentov svetlobne, da je lahko povzročil takšen premik v energiji.

Čeprav je bila anihilacija elektronov in pozitronov v curkih izbruhov že zdavnaj napovedana, je bila sedaj prvič neposredno potrjena. In tako smo dobili še en kamenček v mozaiku zapletenega naravnega procesa.

Naslovna slika: Ilustracija izbruha sevanja gama. Avtorstvo: NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones