ΤΟ BLOG
24/11/2019 08:32 EET | Updated 24/11/2019 08:32 EET

Εκλάμψεις ακτινών - γάμμα. Πανίσχυροι κοσμικοί ακτινοβόλοι

Εάν μια έκλαμψη ακτίνων-γ χτυπήσει τη Γη μόνο για 10 δευτερόλεπτα, θα «διαλύσει» το ήμισυ του προστατευτικού στρώματος όζοντος της ατμόσφαιρας.

getty creative
Gamma ray

Τα Gamma Ray Bursts (GRBs) (στα ελληνικά εκλάμψεις ακτίνων-γάμμα) είναι σύντομες εκλάμψεις (flash) ακτινοβολίας ακτίνων-γ στο Σύμπαν. Οι ακτίνες-γ είναι η ακτινοβολία με τη μεγαλύτερη συχνότητα άρα και κατά φωτόνιο ενέργεια του φάσματος. Προκύπτουν από πυρηνικές αντιδράσεις, όπως η διάσπαση ραδιενεργών πυρήνων, ή στοιχειωδών σωματιδίων. Είναι προϊόν ενός από τους τρεις τρόπους παραγωγής ραδιενέργειας, συγκεκριμένα της λεγόμενης γ-διάσπασης.

Mια έκλαμψη ακτίνων-γ είναι η πιο ενεργητική έκρηξη και σύντομη φωτεινότερη πηγή υψηλής ενέργειας φωτονίων στο παρατηρούμενο σύμπαν. Πιστεύεται ότι δημιουργείται από τη σύγκρουση αστέρων νετρονίων (δείτε εδώ) ή από εκρήξεις σουπερνόβα (δείτε εδώ). Μια έκλαμψη ακτίνων-γ υπολογίζεται ότι απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια σε 10 δευτερόλεπτα από όσο θα εξέπεμπε ο Ήλιος σε ολόκληρη τη διάρκεια της ζωής του (δηλαδή, για 10 δισεκατομμύρια έτη).

Science Photo Library - MEHAU KULYK. via Getty Images
Έκρηξη Supernova 

 Ενα πολύ ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των εκλάμψεων ακτίνων-γ είναι ότι διαρκούν από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως μερικά λεπτά. Φανταστείτε τα φλας από τις κάμερες σε ένα στάδιο κατά τη διάρκεια μιας βραδινής συναυλίας, κάπως έτσι “φλασάρουν” στα παρατηρητήρια μας/ανιχνευτές ακτίνων-γ οι πηγές αυτές από όλο το ουράνιο στερέωμα. Σκεφτείτε ότι λάμπουν εκατοντάδες φορές φωτεινότερα από ένα τυπικό σουπερνόβα και περίπου ένα πολλά τρισεκατομμύρια φορές φωτεινότερα από τον Ήλιο, μέσα σε απειροελάχιστο χρόνο! 

Οι εκλάμψεις ακτίνων-γ ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1967, αλλά έγιναν γνωστές στο κοινό 6 χρόνια αργότερα το 1973! Παραμένουν ακόμα και σήμερα ένα αδιαμφισβήτητα μεγάλο μυστήριο της αστροφυσικής υψηλών ενεργειών. Το 1967 τις “είδαν” για πρώτη φορά στρατιωτικοί δορυφόροι (οι επονομαζόμενοι Vela) των Η.Π.Α. οι οποίοι “περιπολούσαν” για τυχόν ακτινοβολίες ατμοσφαιρικών πυρηνικών δοκιμών από παραβιάσεις της πυρηνικής συνθήκης της Σοβιετικής Ένωσης. Oι Vela έφεραν ανιχνευτές ακτίνων-x και γ (γιατί μια πυρηνική έκρηξη παράγει τέτοιου είδους ακτινοβολίες). Δεν βρήκαν όμως καμία παραβίαση της πυρηνικής συνθήκης από την Σοβιετική Ένωση παρά μια πληθώρα από τυχαίες φωτεινές εκρήξεις ακτίνων-γ από τα βάθη του Σύμπαντος! 

NASA via Getty Images
ο δορυφόρος-τηλεσκόπιο Compton GRO

Δεν σημειώθηκε καμία πρόοδος στην κατανόηση αυτών των παρατηρήσεων έως και30 χρόνια αργότερα, όταν ξεκίνησε παρατηρήσεις ο δορυφόρος-τηλεσκόπιο Compton GRO ανακαλύπτοντας ότι αυτές οι εκρήξεις ακτίνων-γ είναι “ομοιογενείς”, έρχονται δηλαδή από όλα τα σημεία του ουρανού. Με άλλα λόγια το δορυφορικό τηλεσκόπιο Compton “είδε″ μια ισότροπη κατανομή σε όλη την ουράνια σφαίρα από εκλάμψεις ακτίνων-γ, αφού σε περαιτέρω αναλύσεις των παρατηρησιακών δεδομένων δεν εμφανίστηκε καμιά επιπρόσθετη συγκέντρωση αυτών των ακτινοβολιών στο γαλαξιακό επίπεδο ή στην περιοχή γύρω από το κέντροτου όπου παρατηρήσεις δείχνουν ότι βρίσκεται μια μαύρη τρύπα (δείτε εδώ). 

Δύο τύποι εκλάμψεων ακτίνων-γ

Όταν οι αστρονόμοι εξέτασαν τον αριθμό των εκλάμψεων ακτίνων-γ σε σχέση με το πόσο διαρκούσαν, κατέληξαν σε δύο διαφορετικές κατηγορίες:

1) Στις εκλάμψεις μακράς διάρκειας και

2) σε αυτές της βραχείας διάρκειας. Αυτές οι δύο κατηγορίες είναι πιθανό να δημιουργούνται από διαφορετικές διεργασίες, αλλά το τελικό αποτέλεσμα της τεράστιας αυτής αστρικής έκρηξης και στις δύο περιπτώσεις, όπως εικάζουν οι θεωρητικοί, είναι μια μαύρη τρύπα.

Πιο αναλυτικά, οι εκρήξεις μακράς διάρκειας διαρκούν από 2 δευτερόλεπτα έως μερικά λεπτά, με μέσο χρόνο περίπου 30 δευτερόλεπτα και πιστεύεται ότι προέρχονται από θανάτους αστέρων (δηλαδή, εκρήξεις σουπερνόβα).

Από την άλλη, οι εκρήξεις βραχείας διάρκειας είναι αυτές που διαρκούν λιγότερο από 2 δευτερόλεπτα, όπου δηλαδή η έκλαμψη διαρκεί από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως και 2 δευτερόλεπτα με μέση διάρκεια περίπου 0,3 δευτερολέπτων (ή 300 χιλιοστά του δευτερολέπτου)! Αυτές οι εκρήξεις φαίνεται να συνδέονται α) με τη συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων σε μια νέα μαύρη τρύπα ή β) με τη συγχώνευση ενός αστέρα νετρονίων και μιας μαύρης τρύπας για να σχηματίσουν μια μεγαλύτερη μαύρη τρύπα!

Δείτε και αυτό το πολύ ενδιαφέρον βίντεο (με αγγλικούς υπότιτλους) της ΝΑΣΑ 

Όποιο κι αν είναι το “μητρικό” αστροφυσικό σύστημα των φαινομένων αυτών είναι καταρχάς προφανές ότι κατά τη διάρκεια της έκλαμψης, η ενέργεια θα πρέπει να εκπέμπεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις. ’Αρα θα πρέπει και να δημιουργούνται τεράστιες ποσότητες ενέργειας (πολύ περισσότερο από ότι παράγεται σε μια απλή έκρηξη σουπερνόβα) σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.Σε αυτό το σημείο λοιπόν οι αστροφυσικοί ξύνοντας το κεφάλι τους ρωτούν: Και πως είναι δυνατόν να γίνει κάτι τέτοιο;!

Θεωρητικά μοντέλακατάφερανναλύσουν αυτή την σπαζοκεφαλιά με έναν έξυπνο τρόπο. Με το μηχανισμό του οποίου οι συνθήκες φέρονται να αποδεικνύουν ότι: Η ενέργεια της έκρηξης πρέπει να μεταδίδεται μόνο μέσα από ένα στενό κώνο/δεσμίδα εκπομπήςαπό το αστροφυσικό σώμα που προξενεί την έκλαμψη ακτίνων-γ. Έτσι, με αυτή την φυσική ιδιαιτερότητα στο περιβάλλον του φαινομένου αυτού,μειώνονται οι “απαιτήσεις” για την παραγωγή της τεράστιας ενέργειας -που υπονοείται από τις παρατηρήσεις- σε πιο ρεαλιστικά και εφικτά επίπεδα (περίπου στο ίδιο ενεργειακό επίπεδο παραγωγής μιας έκρηξης σουπερνόβα). Αυτό το γεγονός όμως σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχουν και πολύ περισσότερες εκλάμψεις ακτίνες-γ,σε σύγκριση με αυτά που παρατηρούμε.

Είναι σημαντικό εδώ να διευκρινίσω ότι “βλέπουμε” μόνο αυτές τις εκλάμψεις των οποίων οι δεσμίδες εκπομπής στοχεύουν προς την κατεύθυνσή μας (τη Γη).Επομένως, ο εκτιμώμενος αριθμός εκλάμψεων ακτίνων-γ ανά ημέρα εξαρτάται από την κατεύθυνση αλλά και από το πόσο στενός θεωρείται αυτός ο κώνος/δέσμη εκπομπής της ακτινοβολίας που λαμβάνουμε εδώ στη γη. Οι αστρονόμοι εκτιμούν ότι η γωνία ανοίγματος της δέσμης αυτής είναι μόνο λίγες μοίρες, πράγμα που σημαίνει ότι αν και παρατηρούμε περίπου 1 GRB ανά ημέρα, ο πραγματικός αριθμός των GRBs είναι περίπου 500 ανά ημέρα!

Σύγχρονες παρατηρήσεις των εκλάμψεων ακτίνων-γάμμα

Stocktrek Images via Getty Images
Gamma Rays in Active Galactic Nuclei

 

Η έρευνα των εκλάμψεων ακτίνων-γ έχει σημειώσει τεράστια πρόοδο από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, κυρίως λόγω της δημιουργίας ενός δικτύου ταχείας ανταπόκρισης και συγχρονισμού δορυφόρων με επίγεια παρατηρητήρια, καθώς συνεχίζουν να “παρακολουθούν” κάθε μετρήσιμη έκρηξη ακτίνων-γ αμέσως μετά την ανίχνευση του.

Συγκεκριμένα, ο δορυφόρος BeppoSAX έγραψε ιστορία στις αρχές του 1997όταν οι ανιχνευτές του κατέγραψανμια έκλαμψη ακτίνων-γ και μετά από 8 ώρες επίγεια τηλεσκόπια και δορυφόροι κατέγραψαν επιπρόσθετα ακτινοβολία από ακτίνες-x, από το ίδιο σημείο του ουρανού.

Δύο χρόνια αργότερα τον Ιανουάριο του 1999 ήταν μια σημαντική στιγμή στην αστρονομία των υψηλών ενεργειών αφού μία αναπάντεχη έκλαμψη ακτίνων-γπαρατηρήθηκε ταυτόχρονα και στο οπτικόφάσμα. Το γεγονός αυτό έδωσε για πρώτη φορά μια τεράστια ώθηση στις μελέτες των αστροφυσικών ως προς την κατανόηση της πηγής αυτών των εκλάμψεων αλλά και του μηχανισμού που ευθύνεται για τέτοιες πανίσχυρες εκρήξεις και ακτινοβολίες.

Πολλές άλλες ανακαλύψεις έγιναν με συγχρονισμένες παρατηρήσεις υπέργειων και επίγειων παρατηρητηρίων (σε όλο το ενεργειακό φάσμα) και έχουν με βεβαιότητα δείχνουν ότι: 1)οι εκλάμψεις ακτίνων-γ βρίσκονται στο απομακρυσμένο Σύμπαν, 2)συνοδεύονται από μεταγενέστερες απώλειες σε λιγότερο ενεργητικά μήκη κύματος και 3)τουλάχιστον μερικές από αυτές σχετίζονται με πολύ ενεργητικές εκρήξεις υπερ-υπερκαινοφανών (super-supernova δηλαδή: hypernova).

Τι θα γίνονταν αν μια έκλαμψη ακτίνων-γ ήταν πολύ κοντά στη Γη;

YouTube
Earth

 Ξέρουμε ότι οι ακτίνες-γ είναι εξαιρετικά επικίνδυνες. Το μήκος κύματος τους μπορεί να συγκριθεί με τη διάμετρο του πυρήνα ενός ατόμου, οπότε είναι ικανές να διασπάσουν τα κύτταρα και να μεταλλάξουν το DNA των οργανισμών. Είναι λογικό ότι εάν μια έκλαμψη ακτίνων-γ βρισκόταν πολύ κοντά στο ηλιακό μας σύστημα και η ακτινοβολία του έπληττε τη Γη, θα μπορούσε αυτό να είναι η αιτία για μια παγκόσμια μαζική εξαφάνιση.

Επιστήμονες της NASA και του Πανεπιστημίου του Κάνσας πριν μερικά χρόνια εξέφρασαν την εικασία ότι μια έκλαμψη ακτίνων-γ μπορεί να προκάλεσε την Ορδοβίκια-Σιλούρια περίοδο μαζικής εξαφάνισης των ειδών ζωής στον πλανήτη μας 450 εκατομμύρια χρόνια πριν (ένα από τα πέντε χειρότερα γεγονότα μαζικής εξαφάνισης ειδών στην ιστορία του πλανήτη μας).

Πρόσφατες προσομοιώσεις δείχνουν ότι εάν μια υποτιθέμενη έκλαμψη ακτίνων-γ χτυπήσει τη Γη μόνο για 10 δευτερόλεπτα, θα “διέλυε” το ήμισυ του προστατευτικού στρώματος όζοντος της ατμόσφαιρας και ο πλανήτης θα καλύπτονταν από ένα παχύ καφέ δηλητηριώδες νέφος διοξειδίου του αζώτου.

Το μοντέλο αυτό εκτιμά ότι η ανάκτηση της ατμόσφαιρας μετά από ένα τέτοιο καταστροφικό γεγονός θα απαιτούσε τουλάχιστον πέντε χρόνια, κατά τη διάρκεια των οποίων η υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο θα μπορούσε να σκοτώσει μικροοργανισμούς και να διαταράξει τις τροφικές αλυσίδες των ζώων σε όλο τον κόσμο. Αλλά σε μια νέα μελέτη οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι εκλάμψεις ακτίνων-γ συμβαίνουν σε μικρούς και πολύ λιγότερο μεταλλικούς γαλαξίες από ότι ο Γαλαξίας μας, οπότε εκτιμούν ότι η πιθανότητα εμφάνισης μιας έκλαμψης ακτίνων-γ σε ένα πλούσιο σε μέταλλα γαλαξία, όπως ο Γαλαξία μας, είναι μικρότερη από 0,15%!

Άρα, τα σενάρια μαζικής παγκόσμιας καταστροφής είναι πάρα πολύ απίθανο να συμβούν λόγω μιας πιθανής έκλαμψης ακτίνων-γ, η δεσμίδα της οποίας θα “κοίταζε” ...καταστροφικά προς τη γη.


Πηγέςhttps://el.wikipedia.org/wiki/%CE%95%CE%BA%CE%BB%CE%AC%CE%BC%CF%88%CE%B5%CE%B9%CF%82_%CE%B1%CE%BA%CF%84%CE%AF%CE%BD%CF%89%CE%BD_%CE%B3

 Βίντεο: NASA | Colliding Neutron Stars Create Black Hole and Gamma-ray Burst

https://www.youtube.com/watch?v=ow9JCXy1QdY

https://www.sciencefocus.com/space/whats-the-biggest-gamma-ray-burst-ever-recorded/https://www.eso.org/public/science/grb/