انفجار اشعه گاما(1)
ستاره شناسان در حال نزیک شدن به قدرتمندترین انفجار جهان هستند: انفجار اشعه گاما . اینها اشعه هایی از ماده وانرژی هستند وتعدادزیادی از آنها به سمت زمین هدف گرفته شده اند.
از زمان کشف آنها حدود سی سال پیش توسط ماهواره نظامی نمایشگر انفجارهای هسته ای ، انفجارهای اشعه گاما ( GRB ها ) یکی از بزرگ ترین راز های ستاره شناسان بوده است . آن ها در نقطه های تصادفی ظاهری در آسمان چندین بار در یک روز ظاهر می شوندوانفجارهای حیرت آور انرژی- بین کسری از یک ثانیه وحدود یک دقیقه راایجاد می کنند که با استفاده از بعضی توضیحات می توانند با مهبانگ قابل رقابت باشند. منشا این انفجارها محققان را برای چندین دهه کلافه کرده است ، اما حالا مساله در حال روشن تر شدن می باشد. دانشمندان فهمیده اند که انرژی حاصل از انفجار در تمام جهت ها پراکنده نمی شود ودر عوض در یک شیار نازک ومخروطی شکل از پرتوهایا جهت ها جاری می شوند. بیشتر این جهت ها به طور نامرئی عبور می کنند، خصوصاً یکی از آنها که مستقیماً به طرف ما جهت گرفته است به شکلی که مثل این است که ما در انتهای لوله یک تفنگ نشسته ایم. جدای از احساس ناراحتی ، ستاره شناسان پرتوی گاما، برای این احتمال زندگی می کنندکه گسیل مستقیم با فوتونهای پرانرژی اتفاق افتد.
دانستن سرشت پرتویی GRB ها محققان را قادر ساخته است هردوی انرژی انفجارهای منفرد و فرکانس آنهارا به طور نزولی سریع تخمین بزنند. شری گولکارنی از انستیتو فن آوری کالیفرنیا اشاره می کند که : اگر شما هندسه نمی دانستید و زمانی که گسیل واقعاً مخروطی است آن را کروی فرض می کردید، شما بایداین گونه برداشت کنید که یک آزادسازی انرژی هزاران برابر بیشتر از آنچه که واقعاً می باشد ، است. واگر پرتوها به نازکی آنچه که ما فکر می کنیم باشد برای هر GRB هزاران چیزی را که نمی دیدم می بینم که وجود دارند.
یکی از چیزهایی که به عنوان سرنخ درمورد منشا GRB ها خیلی گفته شده در 29 مارس 2003 وقتی که ماهواره کاوشگر عبوری وانرژی بالای ناسا ( HETE-2 ) یک انفجار درصورت فلکی اسد را کشف نمود، آشکار شد. "پس فروزش" ناشی از انفجار نشان داد که GRB از جایی که تنها 6/2 میلیارد سال نوری از ما فاصله دارد می آید و با ابرنواختر درخشانی که در زمان مشابه ای به وجود آمد مرتبط می باشد . حالا نظریه پردازان بر این باورند که آنها در حال همگرایی برروی یک توصیف باورکردنی از GRB ها می باشند یعنی در حال ارتباط دادن معمولی ترین گروه انفجارها ( آنهایی که به طور نوعی حود 20 ثانیه دوام می آورند) به پیدایش سیاهچاله ها، زمانی که ستارگان پرجرم (دراصل حدود 30 برابر یا بیشتر جرم خورشید .) رمبیده شده و به صورت یک ابر نواختر با شکوه ودرخشان می میرند ، هستند. این نظر که اشعه های گاما درمیان فضا از یک توپ کهکشانی دودهنه پرتاب شدند حداقل برای یک دهه مطرح بوده است وطبیعت مثال های دیگر جریان هایی که از ستارگان و هسته های کهکشانی فعال نشأت می گیرند را نگاه می دارد .اما این سخت است که تشخیص دهیم آیا پالسهای پرتوی گاما که به طور متناوب توسط ابزارهای مدارگرآشکار شده اند در یک جهت به صورت پرتو جریان دارندیا در تمام جهات پراکنده می شوند. این مسآله با نسبیت خاص ترکیب شده است. در مدل گلوله "آتشین " استاندارد اینگونه تصور می شود که پرتوهای گاما از گرمای زیاد تولید شده توسط برخوردهای داخلی درون یک طوفان هوای خارج شده، از یک ستاره درحال مرگ باسرعت نزدیک به سرعت نور ، تولید می شوند . اگر فتونها از یک منبع با سرعت بالا گسیل شده باشند نباید درتمام جهات سرگردان شوند اما درعوض به صورت گسسته ، مثل پرتوی شبه لیزری ، متمرکز شده وبه طور عمودی به سمت سطح سفر می کنند . هر چه سطح سریع تر توسعه یابد، پرتوها باریک تر هستند . یکی از نتایج نسبیت بنا به گفته کولکاری این است که ،"سطوحی که خیلی سریع حرکت می کنند خودشان را به طورکامل آشکار نمی کنند. شما فقط یک قسمت کوچک را می بینید. واگر شما فقط قسمت کوچکی را می ببینید ، نمی توانید بگویید که آیا آن یک کره کامل بوده یا یک بخش کوچک از یک کره که شبیه مخروط است ."
اولین پس فروزش
این مدل به طور چشمگیری درسال 1997 با کشف پس فروزش های GRB ، پرتوهای x ، گسیل های راددیویی و نوری که هفته ها وماه ها بعداز انفجارباقی بودند ، مطرح شد . پس فروزش ها بر طبق مدل گلوله های آتشین وقتی که جت ها به طور ناگهانی به محیط میان ستاره ای و سایر مواد که با فشار از ستاره ها خارج شده اند ، ضربه می زند ، تشکیل شده اند . به علت این برخوردها ، جت ها به طور پایا سرعت خود را در طول دوره ی بعد از فروزش کاهش می دهند. وقتی که سرعت به زیر یک مقدار بحرانی کاهش می یابد ، دیدن لبه ی جت امکان پذیر می شود. واین ثابت می کند که گسیل آن ها به صورت کروی نیست ، چون طبق تعریف کره ها هیچ لبه ای ندارند.
چه هیولای آتشینی انفجارهای زودگذر و پر انرژی ای را که ما به صورت انفجارهای پرتوی گاما می بینیم تولید می کند؟ جواب می تواند از مواد خارجی ای که ستاره های نوترونی را تولید می کنند تا انفجار درخشان هم زمان وهم مکان با یک ابر نواختر(هایپرنوا ) که از انفجار ومرگ یک ستاره خیلی پرجرم به وجود آمده را شامل شود .
درسال 1997 میلادی جیمز رودز که یک ستاره شناس در انستیتو علوم تلسکوپ فضایی می باشد این ایده ها را در یک آزمایش خطا یاب ساده به نام شکست جت جمع آوری نمود . بعداز حرکت به سمت محیط اطراف ، رودز گفت : یک جت سرعت خودرا از دست خواهد داد و شروع به پهن شدن از پهلو می کند. زمانی که این مسأ له اتفاق می افتد ، درخشش پس فروزش ، همین طور که نوری که در یک مخروط نازک کانونی شده رقیق تر می شود ، به تندی کاهش می یابد . این مسأ له باید به صورت تغییر در شیب منحنی نور یک گراف از درخشندگی بر حسب زمان – در نقطه دقیقی که درخشندگی شروع به کاهش ناگهانی می کند ، ظاهر شود.
در مطا لعاتی که در سال 1999 انجام شد ، ریم ساری از انستیتو فن آوری کالیفرنیا وهمکارانش شواهدی از رفتارهای شبه جت در سه GRB ای که قبلا مشاهده شده بود پیدا کردند. درخشندگی در آن موارد به سرعت افت پیدا کردکه به خاطر همین آنها نتیجه گرفتند که مشاهده های پس فروزش باید بعداز شکست جت شروع شده باشند. اما تحلیلهای گسترده تر یک نمونه ی مشاهده ای بزرگتر لازم بود تا مقایسه ی معنادارتری بین انفجارها را به دست دهد. این مسأ له وقتی به وقوع پیوست که دیل فریل از رصدخانه رادیویی هلی کالکارنی و ساری و یازده ستاره شناس دیگر منحنی نور هفده GRB پس فروزش را در طیف گوناگونی از طول موج ها آزمودند. بعداز اثبات اینکه انرژی پرتوهای گاما در جت ها متمرکز شده است، تیم برروی محاسبه ی اندازه ی زاویه ای آن جت ها بر اساس زمان شکست جت ها کار کرد. هرچه شکست دیرتر از انفجار اتفاق افتاده باشد زاویه گشودگی مخروط بزرگتر است . آنها نتیجه گرفتند که بیشتر جت ها تنها چند درجه پهنا دارند یک تحلیل مستقل که توسط آلین دانیل پاناتسو از دانشگاه پرینستون وپاوان کوهاراز دانشگاه تگزاس انجام شد به نتایج یکسانی رسید.