Όταν τα μακρινά αστέρια εκρήγνυνται, εκπέμπουν λάμψεις ενέργειας που ονομάζονται εκρήξεις ακτίνων γάμμα που είναι αρκετά φωτεινές ώστε να τις ανιχνεύουν τα τηλεσκόπια στη Γη. Η μελέτη αυτών των παλμών, που μπορεί επίσης να προκύψουν από τη συγχώνευση ορισμένων εξωτικών αστρονομικών αντικειμένων, όπως οι μαύρες τρύπες και τα αστέρια νετρονίων, μπορεί να βοηθήσει αστρονόμους σαν εμένα να κατανοήσουν την ιστορία του σύμπαντος.
Τα διαστημικά τηλεσκόπια ανιχνεύουν κατά μέσο όρο μία έκρηξη ακτίνων γάμμα την ημέρα, προσθέτοντας σε χιλιάδες εκρήξεις που ανακαλύφθηκαν όλα αυτά τα χρόνια, και μια κοινότητα εθελοντών καθιστά δυνατή την έρευνα σε αυτές τις εκρήξεις.
Στις 20 Νοεμβρίου 2004, η NASA εκτόξευσε το παρατηρητήριο Neil Gehrels Swift, γνωστό και ως Swift. Το Swift είναι ένα διαστημικό τηλεσκόπιο πολλαπλών μηκών κύματος που οι επιστήμονες θέλουν να χρησιμοποιήσουν για να μάθουν περισσότερα σχετικά με αυτές τις μυστηριώδεις εκρήξεις ακτίνων γάμμα από το σύμπαν.
Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα διαρκούν συνήθως για πολύ μικρό χρονικό διάστημα, από μερικά δευτερόλεπτα έως λίγα λεπτά, και το μεγαλύτερο μέρος της εκπομπής τους έρχεται με τη μορφή ακτίνων γάμμα, οι οποίες αποτελούν μέρος του φάσματος φωτός που τα μάτια μας δεν μπορούν να δουν. Οι ακτίνες γάμμα περιέχουν πολλή ενέργεια και μπορούν να βλάψουν τον ανθρώπινο ιστό και το DNA.
Ευτυχώς, η ατμόσφαιρα της Γης εμποδίζει τις περισσότερες ακτίνες γάμμα από το διάστημα, αλλά αυτό σημαίνει επίσης ότι ο μόνος τρόπος για να παρατηρήσετε τις εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο όπως το Swift. Κατά τη διάρκεια των 19 ετών παρατήρησής του, ο Swift έχει παρατηρήσει πάνω από 1.600 εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Οι πληροφορίες που συλλέγονται από αυτές τις εκρήξεις βοηθούν τους αστρονόμους στο έδαφος να μετρήσουν τις αποστάσεις από αυτά τα αντικείμενα.
Μια αναδρομή στο χρόνο
Τα δεδομένα από το Swift και άλλα παρατηρητήρια έχουν διδάξει στους αστρονόμους ότι οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι μια από τις πιο ισχυρές εκρήξεις στο σύμπαν. Είναι τόσο φωτεινά που διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Swift μπορούν να τα ανιχνεύσουν σε όλο το σύμπαν.
Στην πραγματικότητα, οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα είναι από τα πιο μακρινά αστροφυσικά αντικείμενα που παρατηρούνται από τηλεσκόπια.
Επειδή το φως ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα, οι αστρονόμοι κοιτάζουν ουσιαστικά πίσω στο χρόνο όταν κοιτάζουν μακρύτερα στο σύμπαν.
Η πιο μακρινή έκρηξη ακτίνων γάμμα που έχει παρατηρηθεί ποτέ συνέβη τόσο μακριά που το φως της χρειάστηκε 13 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στη Γη. Έτσι, όταν τα τηλεσκόπια τράβηξαν φωτογραφίες αυτής της έκρηξης ακτίνων γάμμα, παρατήρησαν το γεγονός όπως εμφανιζόταν πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια.
Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα επιτρέπουν στους αστρονόμους να μάθουν για την ιστορία του σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο ο ρυθμός γεννήσεων και η μάζα των αστεριών αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου.
Τύποι εκρήξεων ακτίνων γάμμα
Οι αστρονόμοι γνωρίζουν τώρα ότι υπάρχουν βασικά δύο τύποι εκρήξεων ακτίνων γάμμα – μακριές και σύντομες. Ταξινομούνται ανάλογα με τη διάρκεια του σφυγμού τους. Οι μακριές εκρήξεις ακτίνων γάμμα έχουν παλμούς μεγαλύτερους από δύο δευτερόλεπτα, και τουλάχιστον μερικά από αυτά τα συμβάντα σχετίζονται με σουπερνόβα – αστέρια που εκρήγνυνται.
Όταν ένα αστέρι με μάζα, ή ένα αστέρι τουλάχιστον οκτώ φορές μεγαλύτερης μάζας από τον Ήλιο μας, ξεμένει από καύσιμο, εκρήγνυται ως σουπερνόβα και καταρρέει είτε σε αστέρι νετρονίων είτε σε μαύρη τρύπα.
Τόσο οι αστέρες νετρονίων όσο και οι μαύρες τρύπες είναι εξαιρετικά συμπαγείς. Εάν ολόκληρος ο ήλιος είχε συρρικνωθεί σε περίπου 12 μίλια σε διάμετρο, ή στο μέγεθος του Μανχάταν, θα ήταν τόσο πυκνός όσο ένα αστέρι νετρονίων.
Μερικά αστέρια με ιδιαίτερη μάζα μπορούν επίσης να εκπέμπουν δέσμες φωτός όταν εκρήγνυνται. Αυτοί οι πίδακες είναι συγκεντρωμένες δέσμες φωτός που τροφοδοτούνται από δομημένα μαγνητικά πεδία και φορτισμένα σωματίδια. Όταν αυτοί οι πίδακες στοχεύουν στη Γη, τηλεσκόπια όπως το Swift μπορούν να ανιχνεύσουν μια έκρηξη ακτίνων γάμμα.
Από την άλλη πλευρά, οι σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα έχουν παλμούς μικρότερους από δύο δευτερόλεπτα. Οι αστρονόμοι υποψιάζονται ότι οι περισσότερες από αυτές τις σύντομες εκρήξεις συμβαίνουν όταν συγχωνεύονται είτε δύο αστέρια νετρονίων είτε ένα αστέρι νετρονίων και μια μαύρη τρύπα.
Όταν ένα αστέρι νετρονίων πλησιάζει πολύ ένα άλλο αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα, τα δύο αντικείμενα περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο, έρποντας όλο και πιο κοντά καθώς χάνουν μέρος της ενέργειάς τους στα βαρυτικά κύματα.
Αυτά τα αντικείμενα τελικά συγχωνεύονται και εκπέμπουν μικρές δέσμες. Όταν οι βραχείς πίδακες στοχεύουν στη Γη, τα διαστημικά τηλεσκόπια μπορούν να τους ανιχνεύσουν ως σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα.
Ταξινόμηση εκρήξεων ακτίνων γάμμα
Δεν είναι πάντα τόσο εύκολο να ταξινομηθούν οι εστίες σε σύντομες ή μεγάλες. Τα τελευταία χρόνια, οι αστρονόμοι ανακάλυψαν μερικές παράξενες σύντομες εκρήξεις ακτίνων γάμμα που σχετίζονται με σουπερνόβα αντί για τις αναμενόμενες συγχωνεύσεις. Και έχουν βρει μερικές μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα που συνδέονται με συγχωνεύσεις και όχι με σουπερνόβα.
Αυτές οι περίεργες περιπτώσεις δείχνουν ότι οι αστρονόμοι δεν κατανοούν πλήρως πώς σχηματίζονται οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα. Προτείνουν ότι οι αστρονόμοι χρειάζονται μια καλύτερη κατανόηση των σχημάτων των παλμών ακτίνων γάμμα για να συνδέσουν καλύτερα τους παλμούς με την προέλευσή τους.
Ωστόσο, είναι δύσκολο να ταξινομηθεί συστηματικά το σχήμα του παλμού, το οποίο είναι διαφορετικό από τη διάρκεια του παλμού. Τα σχήματα παλμών μπορεί να είναι εξαιρετικά διαφορετικά και πολύπλοκα. Μέχρι τώρα, ακόμη και οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης δεν ήταν σε θέση να ανιχνεύσουν σωστά όλες τις λεπτομερείς δομές παλμών που ενδιαφέρουν τους αστρονόμους.
κοινοτική επιστήμη
Οι συνάδελφοί μου και εγώ ζητήσαμε τη βοήθεια εθελοντών της NASA για να εντοπίσουμε δομές παλμών. Οι εθελοντές μαθαίνουν να αναγνωρίζουν τις δομές του παλμού, μετά βλέπουν τις εικόνες στον υπολογιστή τους και τις ταξινομούν.
Τα προκαταρκτικά μας αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι αυτοί οι εθελοντές – που ονομάζονται επίσης επιστήμονες πολίτες – μπορούν γρήγορα να μάθουν και να αναγνωρίσουν τις πολύπλοκες δομές των παλμών ακτίνων γάμμα. Η ανάλυση αυτών των δεδομένων θα βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα πώς προκύπτουν αυτές οι μυστηριώδεις εκρήξεις.
Η ομάδα μας ελπίζει να μάθει εάν περαιτέρω εκρήξεις ακτίνων γάμμα στο δείγμα θα αμφισβητήσουν την τρέχουσα βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη ταξινόμηση. Θα χρησιμοποιήσουμε τα δεδομένα για να μελετήσουμε την ιστορία του σύμπαντος με περισσότερες λεπτομέρειες μέσω παρατηρήσεων εκρήξεων ακτίνων γάμμα.
Αυτό το επιστημονικό έργο των πολιτών, που ονομάζεται Burst Chaser, έχει αναπτυχθεί από τα προκαταρκτικά ευρήματά μας και στρατολογούμε ενεργά νέους εθελοντές για να συμμετάσχουν στην αποστολή μας να εξερευνήσουμε τη μυστηριώδη προέλευση πίσω από αυτές τις εκρήξεις.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Το έγραψε: Amy Lien, Πανεπιστήμιο της Τάμπα.
Διαβάστε περισσότερα:
Η Amy Lien λαμβάνει χρηματοδότηση από το πρόγραμμα NASA Citizen Science Seed Funding Program.