Τον Ιούλιο του 2018 και τον Ιανουάριο του 2919, τα διαστημικά τηλεσκόπια Fermi και Swift της NASA κατέγραψαν τις δύο ισχυρότερες εκλάμψεις ακτίνων γ (Gamma Ray Bursts–GRB) που έχουν παρατηρηθεί μέχρι σήμερα.

Οι εκλάμψεις ακτίνων γ συγκαταλέγονται ανάμεσα στα βιαιότερα και πλέον ενεργητικά φαινόμενα που μπορούν να εκδηλωθούν στο Σύμπαν, με εξαίρεση φυσικά την Μεγάλη Έκρηξη.

Αυτές οι αδιανόητα βίαιες κοσμικές εκρήξεις ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά τυχαία, προς τα τέλη της δεκαετίας του 1960, από στρατιωτικούς δορυφόρους των ΗΠΑ, σχεδιασμένους να εντοπίζουν παραβιάσεις της συμφωνίας μεταξύ των ΗΠΑ και της ΕΣΣΔ για την μερική απαγόρευση των πυρηνικών δοκιμών.

Έκτοτε, οι μυστηριώδεις αυτές εκλάμψεις ανιχνεύθηκαν πολλές φορές, ενώ σύμφωνα με όλες τις προηγούμενες παρατηρήσεις ταξινομούνται σε δύο κατηγορίες: στις GRB μεγάλης διάρκειας (μεγαλύτερης των 2 sec) και στις GRB μικρής διάρκειας (μικρότερης των 2 sec).

Απ’ ό,τι φαίνεται, μάλιστα, κάθε GRB εκδηλώνεται σε δύο στάδια: αρχικά απελευθερώνεται μία εκτυφλωτική έκλαμψη ακτίνων γ, δηλαδή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την υψηλότερη ενέργεια, η οποία συνοδεύεται από μία φωτεινή αναλαμπή που, καθώς αργοσβήνει, εκλύει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε όλο το εύρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.

Η ενέργεια που εκλύεται στην διάρκεια μιας GRB είναι πραγματικά αδιανόητη, αφού σε ελάχιστα μόνο δευτερόλεπτα απελευθερώνεται περισσότερη ενέργεια απ’ αυτήν που θα απελευθέρωνε ο Ήλιος σε 10 δισ. χρόνια (φωτογρ. ESA/Hubble, M. Kornmesser).

Εδώ και αρκετά χρόνια, οι αστρονόμοι θεωρούσαν ότι οι GRB μικρής διάρκειας προκαλούνται κατά την σύγκρουση και συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων. Αυτό επιβεβαιώθηκε μόλις το 2017, όταν ανιχνεύθηκαν για πρώτη φορά τα βαρυτικά κύματα και η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που απελευθέρωσε η σύγκρουση δύο τέτοιων αστρικών λειψάνων (περισσότερες πληροφορίες στο άρθρο Σύγκρουση αστέρων νετρονίων).

Οι κατά πολύ ισχυρότερες GRB μεγάλης διάρκειας, από την άλλη, σχετίζονται με τον εκρηκτικό θάνατο των γιγάντιων άστρων του Σύμπαντος, ο πυρήνας των οποίων καταρρέει σε μια μαύρη τρύπα.

Καθώς, δηλαδή μέρος από την ύλη του άστρου συνεχίζει να καταρρέει προς την μαύρη τρύπα που έχει διαμορφωθεί στον πυρήνα του, σχηματίζεται γύρω του ένας περιστρεφόμενος δίσκος υπέρθερμων υλικών.

Παράλληλα, όμως, και με τρόπο που δεν είναι ακόμη κατανοητός σε βάθος,  ενεργοποιούνται δέσμες καυτού πλάσματος, οι οποίες κινούνται με ταχύτητα που φτάνει ακόμη και το 99,99% της ταχύτητας του φωτός. Καθώς διασχίζουν αστραπιαία τα υλικά του άστρου που συνεχίζουν να καταρρέουν προς την μαύρη τρύπα που έχει σχηματιστεί στο κέντρο του, εκτινάσσονται από τους πόλους του άστρου, μετατρέποντας την ενέργειά τους σε μια εκτυφλωτική έκλαμψη ακτίνων γ.

Μία τέτοια GRB παρατηρήθηκε και τον Ιούλιο του 2018 από τα διαστημικά τηλεσκόπια Fermi και Swift, ενώ η επίγεια ανίχνευση φωτονίων από το βίαιο αυτό συμβάν οφείλεται στην συστοιχία τηλεσκοπίων HESS, που είναι εγκατεστημένη στην Ναμίμπια.

Αξίζει να σημειώσουμε εδώ ότι το τηλεσκοπικό αυτό σύστημα δεν ανιχνεύει απευθείας τις ακτίνες γ, αλλά την ακτινοβολία Cherenkov, δηλαδή αμυδρές γαλάζιες εκλάμψεις που προκαλούνται στην γήινη ατμόσφαιρα, όταν φωτόνια ιδιαίτερα υψηλής ενέργειας συγκρούονται με τα μόρια του αέρα και παράγουν ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων, τα οποία κινούνται με τεράστιες ταχύτητες.

Η ανίχνευση της ακτινοβολίας αυτής από το HESS επέτρεψε στους αστρονόμους να προσδιορίσουν την προέλευση της αρχικής έκλαμψης σε έναν γαλαξία περίπου 6 δισ. έτη φωτός μακριά μας, αλλά και να υπολογίσουν την ενέργεια των φωτονίων της.

Η επιστημονική ομάδα που ανέλυσε τα δεδομένα του HESS ανακοίνωσε ότι ανίχνευσε φωτόνια ενέργειας ακόμη και 440 GeV, δηλαδή φωτόνια με ενέργεια 130-200 δισ. φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια των φωτονίων που αντιστοιχούν στο ορατό φως! Αυτό που είναι ακόμη πιο εντυπωσιακό είναι ότι το HESS δεν μπόρεσε να παρατηρήσει την έκλαμψη παρά 10 ώρες μετά την εμφάνισή της.

Παρόλ’ αυτά ανίχνευε φωτόνια σ’ αυτό το εύρος ενέργειων για 2 επιπλέον ώρες. Με άλλα λόγια, τα φωτόνια που ανίχνευσε το HESS δεν προέρχονταν από την ίδια την έκλαμψη, αλλά από την ασθενέστερη αναλαμπή που την ακολούθησε. Ήταν τα φωτόνια με την υψηλότερη ενέργεια που είχαν ανιχνευθεί μέχρι τότε.

Λίγους μήνες αργότερα, τον Ιανουάριο του 2019, τα διαστημικά τηλεσκόπια Swift  και Fermi ανίχνευσαν μία άλλη GRB. Αυτή την φορά, ωστόσο, η επίγεια ανίχνευση φωτονίων επιτεύχθηκε από το τηλεσκόπιο MAGIC, που είναι εγκατεστημένο στις Κανάριες Νήσους, η λειτουργία του οποίου βασίζεται κι αυτή στην ανίχνευση της ακτινοβολίας Cherenkov.

Η ανάλυση των σχετικών δεδομένων κατέδειξε ότι η έκλαμψη παρατηρήθηκε σε έναν γαλαξία, περίπου 4,5 δισ. έτη φωτός μακριά μας, ενώ αυτή την φορά ανιχνεύθηκαν φωτόνια ακόμη υψηλότερης ενέργειας, της τάξης του 1 TeV, δηλαδή με ενέργεια τουλάχιστον 500 δισ. φορές μεγαλύτερη απ’ αυτήν του ορατού φωτός. Οι δύο επιστημονικές ομάδες δημοσίευσαν τα αποτελέσματα των ερευνών τους στο περιοδικό Nature στις 20 Νοεμβρίου.

 

π