Źródło zdjęcia: ESO
Błyski gamma są jednymi z największych wybuchów we Wszechświecie; można wygenerować więcej energii w ciągu kilku sekund, niż Słońce wytworzy w ciągu 10 miliardów lat. Uważa się, że powstają one, gdy supermasywna gwiazda zapada się, zwana hipernową. Astronomowie z Europejskiego Obserwatorium Południowego śledzili poświatę niedawnego wybuchu za pomocą techniki zwanej polarymetrią, która pozwala śledzić kształt wybuchu. Gdyby to była eksplozja sferyczna, światło miałoby losową polaryzację, ale odkryli, że gaz wypływa strumieniami, które z czasem się rozszerzają.
„Błyski gamma” (GRB) są z pewnością jednymi z najbardziej dramatycznych wydarzeń znanych w astrofizyce. Te krótkie błyski energetycznych promieni gamma, wykryte po raz pierwszy pod koniec lat sześćdziesiątych przez satelity wojskowe, trwają od mniej niż jednej sekundy do kilku minut.
Stwierdzono, że GRB znajdują się w bardzo dużych odległościach („kosmologicznych”). Energia uwalniana w ciągu kilku sekund podczas takiego zdarzenia jest większa niż energia Słońca w całym okresie jej życia wynoszącym ponad 10 000 milionów lat. GRB są rzeczywiście najpotężniejszymi wydarzeniami od czasów Wielkiego Wybuchu znanego we Wszechświecie, por. ESO PR 08/99 i ESO PR 20/00.
W ostatnich latach pojawiły się dowody poszlakowe wskazujące, że GRB sygnalizują upadek niezwykle masywnych gwiazd, tak zwanych hipernowych. Zostało to ostatecznie zademonstrowane kilka miesięcy temu, gdy astronomowie, używając instrumentu FORS w Very Large Telescope (VLT) ESO, udokumentowali z niespotykanymi szczegółami zmiany w spektrum źródła światła („poświata optyczna”) rozbłysku gamma GRB 030329 (por. ESO PR 16/03). Przy tej okazji zapewniono rozstrzygający i bezpośredni związek między kosmicznymi rozbłyskami gamma a eksplozjami bardzo masywnych gwiazd.
Seria Gamma-Ray Burst GRB 030329 została odkryta 29 marca 2003 r. Przez statek kosmiczny NASA High Energy Transient Explorer. Dalsze obserwacje za pomocą spektrografu UVES w 8,2-metrowym teleskopie VLT KUEYEN w Obserwatorium Paranal (Chile) wykazały, że wybuch ma przesunięcie ku czerwieni 0,1685 [1]. Odpowiada to odległości około 2650 milionów lat świetlnych, co sprawia, że GRB 030329 jest drugim najbliższym kiedykolwiek wykrytym GRB o długim czasie trwania. Bliskość GRB 030329 zaowocowała bardzo jasną emisją poświaty, umożliwiając najobszerniejsze obserwacje ze wszystkich dotychczasowych poświat.
Zespół astronomów [2] pod przewodnictwem Jochena Greinera z Max-Planck-Institut f? R extraterrestrische Physik (Niemcy) postanowił skorzystać z tej wyjątkowej okazji do zbadania właściwości polaryzacyjnych poświaty GRB 030329 w miarę jej rozwoju po wybuch.
Hypernowe, źródło GRB, są rzeczywiście tak daleko, że można je postrzegać jedynie jako nierozwiązane punkty świetlne. Aby zbadać ich strukturę przestrzenną, astronomowie muszą polegać na sztuczce: polarymetrii (patrz ESO PR 23/03).
Polarymetria działa w następujący sposób: światło składa się z fal elektromagnetycznych, które oscylują w określonych kierunkach (płaszczyznach). Odbicie lub rozproszenie światła sprzyja niektórym orientacjom pól elektrycznych i magnetycznych nad innymi. Właśnie dlatego okulary polaryzacyjne mogą odfiltrować błysk światła słonecznego odbijającego się od stawu.
Promieniowanie w rozbłysku gamma generowane jest w uporządkowanym polu magnetycznym, tak zwanym promieniowaniem synchrotronowym [3]. Jeśli hipernowa jest sferycznie symetryczna, wszystkie orientacje fal elektromagnetycznych będą obecne równomiernie i uśrednią się, więc nie będzie polaryzacji sieci. Jeśli jednak gaz nie zostanie wyrzucony symetrycznie, lecz w strumień, na polach zostanie odcięta niewielka polaryzacja sieci. Ta polaryzacja sieci zmienia się z czasem, ponieważ kąt otwarcia strumienia z czasem się poszerza i widzimy inną część stożka emisyjnego.
Badanie właściwości polaryzacyjnych poświaty rozbłysku gamma pozwala w ten sposób uzyskać wiedzę na temat podstawowych struktur przestrzennych oraz siły i orientacji pola magnetycznego w regionie, w którym wytwarzane jest promieniowanie. „Robienie tego przez długi czas, gdy poświata zanika i ewoluuje, zapewnia nam unikalne narzędzie diagnostyczne do badań nad rozbiciem promieniowania gamma”, mówi Jochen Greiner.
Chociaż istnieją wcześniejsze pojedyncze pomiary polaryzacji poświaty optycznej GRB, nigdy nie przeprowadzono szczegółowych badań ewolucji polaryzacji w czasie. Jest to rzeczywiście bardzo wymagające zadanie, możliwe tylko przy niezwykle stabilnym instrumencie na największym teleskopie… i wystarczającej jasnej poświacie optycznej.
Natychmiast po wykryciu GRB 030329 zespół astronomów zwrócił się do potężnego wielomodowego instrumentu FORS1 w teleskopie VLT ANTU. Zyskali 31 obserwacji polarymetrycznych w ciągu 38 dni, co pozwoliło im zmierzyć po raz pierwszy zmiany polaryzacji optycznego rozbłysku gamma po poświacie z czasem. Ten unikalny zestaw danych obserwacyjnych dokumentuje fizyczne zmiany w zdalnym obiekcie w niezrównanych szczegółach.
Ich dane pokazują obecność polaryzacji na poziomie od 0,3 do 2,5% w okresie 38 dni ze znaczną zmiennością siły i orientacji w skalach czasowych do godzin. To szczególne zachowanie nie zostało przewidziane w żadnej z głównych teorii.
Niestety, bardzo złożona krzywa światła tego poświata GRB, sama w sobie niezrozumiała, uniemożliwia bezpośrednie zastosowanie istniejących modeli polaryzacji. „Okazuje się, że określenie kierunku strumienia i struktury pola magnetycznego nie jest tak proste, jak pierwotnie sądziliśmy”, zauważa Olaf Reimer, inny członek zespołu. „Jednak gwałtowne zmiany właściwości polaryzacji, nawet podczas gładkich faz krzywej światła poświaty, stanowią wyzwanie dla teorii poświaty”.
„Możliwe”, dodaje Jochen Greiner, „ogólny niski poziom polaryzacji wskazuje, że siła pola magnetycznego w kierunkach równoległym i prostopadłym nie różni się o więcej niż 10%, co sugeruje pole silnie sprzężone z poruszającym się materiałem. Różni się to od pola wielkoskalowego, które pozostaje z eksplodującej gwiazdy i które uważa się, że powoduje wysoki poziom polaryzacji w promieniach gamma. ”
Oryginalne źródło: ESO News Release
