Rozbłyski gamma (Gamma-ray bursts, GBR) to najbardziej gwałtowne zjawiska we Wszechświecie. Jeden rozbłysk uwalnia w ciągu kilku sekund tyle energii, ile Słońce wyprodukuje w ciągu miliardów lat swojego życia – lub tyle, ile wytwarzałoby miliardy Słońc naraz.

W 1998 roku satelita BeppoSAX zarejestrował trwający pół minuty rozbłysk gamma (GBR 980425). Zarejestrowano go zaraz po wybuchu supernowej SN 1998bw. Stanowił pierwszy dowód na to, że takie rozbłyski mogą być związane z kosmicznymi wybuchami supernowych.

W większości przypadków dobiega do nas jednak sam rozbłysk gamma, bez fal innej długości (w tym światła widzialnego). Na niebie w okolicy jest całkiem pusto. Takie rozbłyski na pustym niebie stanowią zagadkę od ponad 60 lat, kiedy wykryto pierwsze z nich.

W pracy opublikowanej w „Nature” naukowcy wyliczają, co może powodować GBR. Sądzą, że takie rozbłyski gamma są potężnymi eksplozjami gwiazd w odległych galaktykach. Ich światło jest jednak zbyt słabe, byśmy mogli galaktykę dostrzec. Widzimy więc sam rozbłysk umierającej gwiazdy.

– Z modelu emisji promieniowania gamma w galaktykach wynika, że większość takich rozbłysków pochodzi z galaktyk, gdzie zachodzą procesy powstawania gwiazd – tłumaczy Matt Roth, astrofizyk z Australijskiego Narodowego Uniwersytetu w Canberze, główny autor badania.

Skąd się biorą rozbłyski gamma?

Dotychczas istniały dwie główne hipotezy wyjaśniające powstawanie takich rozbłysków. Pierwsza z nich przywołuje zjawisko pochłaniania materii przez supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk. Część materii umyka sile przyciągania takich obiektów. Nie trafia za horyzont zdarzeń, skąd nie może się wydostać nawet światło. Resztki materii zaczynają krążyć wokół czarnej dziury z prędkościami bliskimi prędkości światła. To powoduje, że emitują promieniowanie gamma. Jądro galaktyki jest wtedy niezwykle aktywne (zjawisko nazywane jest aktywnym jądrem galaktyki, active galactic nucleus albo AGN).

Druga hipoteza opisuje zapadanie się bardzo masywnych gwiazd. Gdy wypalą już paliwo jądrowe do samego końca, ich jądro zapada się w czarną dziurę (wcześniej taki proces powstrzymuje ciśnienie promieniowania). Ten scenariusz jest podobny do poprzedniego, ale różni się tym, że dysk wokół czarnej dziury jest w takim przypadku znacznie gęstszy. Promieniowanie musi też się przedostać przez pozostały gaz (w czarną dziurę zapada się tylko jądro gwiazdy). Takie wybuchy „supermasywnych supernowych” zwane są też hipernowymi lub kolapsarami.

To hipernowe odpowiadają za większość tajemniczych rozbłysków gamma

Wyliczenia przedstawione przez australijskich astrofizyków sugerują, że prawdziwa jest druga hipoteza. To kolapsary odpowiadają za większość tajemniczych rozbłysków gamma na pustym niebie.

Badacze obliczyli, ile takich rozbłysków powinno powstawać w różnych typach galaktyk. Zależy to bowiem od rozmiarów galaktyki i tempa, w jakim powstają w niej gwiazdy. Im więcej gwiazd, tym więcej hipernowych i rozbłysków gamma. Promieniowanie gamma powinno też być nieco inne po przejściu przez materię międzygwiazdową.

Swoje teoretyczne wyliczenia naukowcy zestawili z wynikami badań nieba prowadzonymi przez teleskopy Hubble’a oraz Fermiego. Okazało się, że pasują do obserwacji. To hipernowe w odległych galaktykach są źródłem większości – jeśli nie wszystkich – rozbłysków gamma.

Kamień milowy na drodze do wyjaśnienia rozbłysków gamma

Za część z rozbłysków gamma, które docierają do Ziemi, zapewne odpowiadają też czarne dziury w centrach galaktyk. Ale jeśli chodzi o rozbłyski gamma na pustym niebie, ich źródłem muszą być supermasywne kolapsary.

– To kamień milowy na drodze do wyjaśnienia przyczyn tego typu rozbłysków gamma. Rozwiązuje tajemnicę, którą astronomowie próbowali rozszyfrować od lat 60. ubiegłego wieku – mówi Roth.

– Nasz model będzie można też wykorzystać do przewidywania emisji radiowych z galaktyk, gdzie powstają gwiazdy. A to pozwoli badaczom jeszcze lepiej zrozumieć ich budowę – dodaje dr Roth.

Źródła: Australian National University, Nature