2008.10.21. - Mely galaxisokban következnek be inkább gammakitörések?

A gammakitörések egyik fajtája bármely galaxisban bekövetkezhet, míg a másik csak bizonyos tulajdonságokkal bírókban. Egy konferencián elhangzott előadás alapján most úgy tűnik, hogy a kérdésre magyarázatot találtak.

A csillagok változatos módokon fejezhetik be pályafutásukat. A leggrandiózusabb búcsúelőadást azonban mindenképpen a legnagyobb, 50-100 naptömegű csillagok rendezik. Az általuk produkált gammakitörés (GRB, Gamma-Ray Burst) energiájával legfeljebb csak az Ősrobbanásé vetekedhet. A témával foglalkozó legtöbb asztrofizikus meg van győződve arról, hogy a GRB-k a fekete lyukak keletkezésének előhirnökei.

A gammakitöréseknek két fajtája ismert, az ún. hosszú és a rövid. Előbbieket az általánosan elfogadott vélekedés szerint a nagytömegű csillagok magjának összeomlása során bekövetkező folyamatok okozzák. A rövidek oka egyelőre még tisztázatlan. Andrew Fruchter (Space Telescope Science Institute) szerint ez utóbbiak nem válogatósak a gazdagalaxis természetét illetően, bármelyik típusúban előfordulnak, legyenek azok spirális, elliptikus, törpe- vagy irreguláris galaxisok. Nem így a hosszú gammakitörések, melyek inkább a kicsi, irreguláris galaxisokban tűnnek fel, míg a jóval nagyobb, Tejútrendszerünkhöz hasonló spirálgalaxisokban nem. A rejtvény egyike azoknak a problémáknak, melyeket az alabamai Huntsville-ben a napokban zajló GRB szimpóziumon tárgyalnak a kérdéssel foglalkozó kutatók.

A képen a Hubble űrteleszkóp Abell S0740 katalógusjelű galaxishalmazról készült felvétele látható. A hosszú gammakitörések bizonyos típusú galaxisokban előfordulnak, míg másokban nem.
[NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)]

Előadása alapján Fruchter úgy gondolja, tudja a választ a problémára. A hosszú GRB-t produkáló extrém szupernóva-robbanások ún. progenitora (az a csillag, ami elszenvedi a katasztrófát) nem csak nagyon nagy tömegű, de fémtartalma is alacsony. (A csillagászok által használt terminológiában fémnek nevezünk minden elemet a hidrogénen és a héliumon kívül.) A nagyobb galaxisok fémtartalma általában nagyobb, mint a kisebbeké, s ez lehet az oka, hogy ezekben nem nagyon tűnnek fel hosszú gammakitörések.

A sok fémet tartalmazó csillagok általában erős csillagszelet produkálnak, azaz részecskesugárzás formájában sok anyag távozik el róluk a csillagközi térbe. Ennek oka, hogy a fématomok nagy hatékonysággal verik vissza a csillagból kifele áramló elektromágneses sugárzást, ezzel azonban extra lendületet kapnak, így könnyen elszabadulhatnak a csillag felszínéről. Ez az effektus a főleg hidrogént és héliumot tartalmazó, azaz fémszegény csillagok esetében sokkal kevésbe hatásos. A csillagszél formájában eltávozott anyag a csillag tömegének jelentős részét is kiteheti az égitest végső pusztulása előtt. Az így bekövetkező nagy tömegvesztés azonban azzal járhat, hogy a szupernóva-robbanás során a csillag magja nem fekete lyukká, hanem csak neutroncsillaggá roskad össze, tehát nem jön létre a GRB-k legfontosabb alkotórésze. A magas fémtartalmú csillagokban gazdag galaxisokban így valóban kevesebb hosszú GRB várható, ezek megjelenésének sokkal jobban kedveznek a kisebb fémességű galaxisokban fennálló feltételek.

A Hubble űrteleszkóp felvételei a GRB 990123 katalógusjelű gammakitörés különböző fázisairól 16, 59 és 380 nappal az esemény után. (a) A kitörésről 1999 februárjában készült felvétel. (b) Ugyanezen kép és a gazdagalaxis 2000 februárjában rögzített felvételének különbsége. (c) A gazdagalaxis 1999 márciusában készült képén a GRB nyoma már csak halványan látszik. (d) Ugyanezen felvétel és a 2000 februári kép különbsége. (e)-(f) A kitörés után több, mint egy évvel készült felvételek a gazdagalaxisról. Az előző képekkel összehasonlítva jól látszik, hogy a kitörés a szabálytalan alakú galaxis csillagmezejének szélén történt, a korábban gondolttal ellentétben távol az aktív csillagkeletkezési területektől.
[Fruchter és tsai, 1999, ApJ 519, p. L519]

Chip Meegan (NASA Marshall Space Flight Center) szerint azonban a nagy tömeg és az alacsony fémtartalom mellett nem szabad elfeledkezni a gyors forgás szükségességéről sem. Általános egyetértés mutatkozik ugyanis abban, hogy a GRB-k energiájuk legnagyobb részét ún. kifúvások (jet) formájában adják le, ezek létrejöttéhez pedig elengedhetetlen a gyors rotáció. Meegan szerint egy fekete lyukká összeomló lassan forgó csillag energiájának túlnyomó része eltűnik a fekete lyukban. A gyorsan forgó csillagok azonban rendelkeznek egy trükkel ennek kivédésére: a centrifugális erő miatt a befele zuhanó anyag egy tóruszt formál, így a forgástengely mentén egy kisebb sűrűségű régió alakul ki, ami "menekülési" útvonalat jelent az anyag és energia egy részének a pólusok irányában, azaz ezt a részt nem nyeli el a keletkező fekete lyuk.

Az eredményeket részletező előadás a "The Sixth Huntsville Gamma-Ray Burst Symposium 2008" konferencián hangzott el.

Forrás:

• NASA Headline News 2008.10.21.