Gammapurkaukset

Naturessa oli tällä viikolla mielenkiintoinen uutinen siitä, kuinka kehitys kehittyy ja joskus selvinäkin pidetyt teoriat lakaistaan romukoppaan. Tällä kertaa keissi liittyy kosmisiin gammapurkauksiin, jotka ovat välähdyksiä maailmankaikkeuden korkeaenergisimmistä tapahtumista. Nasan ja USA:n Department of Energyn Fermi-teleskoopi laukaistiin vuonna 2008 ja se havainnoi gammasäteilyä eli sähkömagneettisen säteilyn spektrin korkeaenergisimpaa osaa. Fermi-tutkijoiden mielenkiinnon kohteina ovat erityisesti nämä kosmiset gammasäteilyn purkaukset. Kyseessä ei ole kovin harvinainen ilmiö, sillä niitä tapahtuu useita kertoja päivässä. Nämä purkaukset kestävät hyvin lyhyen ajan, murto-osan sekuntia tai korkeintaan muutaman minuutin. Purkausten lähteet ovat aina Linnunradan ulkopuolella kaukaisissa galakseissa. Se, että näin lyhytaikaisia purkauksia pystyy ylipäätänsä havaitsemaan hyvin kaukana tarkoittaa sitä, että kyseessä on ilmiö, jossa energiatiheydet ovat käsittämättömän suuria. On arvioitu, että yhdessä tyypillisessä gammapurkauksessa voi vapautua energiamäärä, joka on samaa suuruusluokkaa kuin jos Jupiter-planeetta muutettaisiin suoraan puhtaaksi säteilyenergiaksi (käyttäen E=mc^2). Tosin Fermin havaitsema ennätys on 4.9 kertaa Auringon massan verran vapautunutta energiaa. Korkeaenergisimmät gammapurkaukset liitetään tähtien ytimien romahtamiseen, mustan aukon syntymiseen ja sitä seuraavaan hypernova-räjähdykseen, jotka ovat kirkkaudeltaan suuruusluokkaa 100-kertainen tavalliseen supernovaräjähdykseen verrattuna.

Purkausten energiaspektri on laaja-alainen ja muistuttaa synkrotronisäteilyn spektriä. Synkrotronisäteilyä muodostuu kun varattuja hiukkasia kiihdytetään sähkö- tai magneettikentällä suuriin energioihin. Tämä on rengasmaisissa hiukkaskiihdyttimissä näkyvä ilmiö, joissa hiukkaset ovat ympyräradalla jatkuvassa keskeiskiihtyvyydessä. Synkrotronisäteilyn takia kiihdytintunnelissa ei voi oleskella kun kiihdytin on käytössä. Parinkymmenen vuoden ajan luultiin, että kosmiset gammapurkaukset johtuivat juuri tästä synkrotronisäteilystä kun supernovaräjähdyksen yhdeydessä tähden ulospäin räjähtävät osat kiihtyisivät shokkiaallossa tai jollakin muulla vastaavan kaltaisella mekanismilla. Fermi-teleskooppi on nyt kuitenkin kerännyt niin tarkkaa dataa purkauksista, että uusi teoria niiden syntymekanismista alkaa hahmottua.

Uuden teorian mukaan purkaus syntyy kun tähden romahtamisen vapauttama energia kuumentaa sisustan niin suuriin lämpötiloihin, että lämpösäteily siirtyy gammasäteilyn spektrin alueelle. Kun suuri määrä tähden materiaa romahtaa muodostaen mustan aukon, hiukkasreaktioissa ja romahtamisessa vapautuvat energiamäärät ovat giganttisia. Tämä kuumentaa tähden sisusta miljardeihin asteihin. Planckin säteilylain mukaan lämpösäteilyn kvanttien energia riippuu lämpötilasta. Huoneenlämpöiset asiat huokuvat säteilyä infrapuna-alueella, jota voi havaita vain lämpökameran avulla. Auringon 5500-asteinen pinta hehkuu puolestaan näkyvän valon alueella. Räjähtävän atomipommin ydin on välittömästi ydinreaktioiden päätyttyä satojen tuhansien asteiden lämpöinen ja lämpösäteily on sen takia röntgensäteilyä. Kun romahtaneen tähden sisusta on miljardien asteiden lämpöinen tulipallo, sen lämpösäteily siirtyy gammasäteilyn alueelle. Tähden superkuumentunut keskusta laajenee tietenkin suurella nopeudella, lähes valonnopeudella, ja samalla se jäähtyy ja lämpösäteily siirtyy matalaenergisemmalle alueelle eli pitemmille aallonpituuksille. Tästä syystä gammapurkaukset kestävät vain lyhyen ajan, mutta niitä voi seurata pitkäaikainen jälkihohto matalammalla energioilla esim. röntgen-säteilyn alueella. Gammapurkausten tutkijoille olisi tietenkin aarreaitta, jos Linnunradalla eli suhteellisen lähellä tapahtuisi gammapurkaus hypernovan seurauksena. Monia sellaisia kandidaattitähtiä seurataan, esim. Eta Carinaea. Hypernovat ovat kuitenkin hyvin harvinaisia ja arvioidaan, että vain kerran 200 miljoonassa vuodessa sellainen syttyisi meidän Linnunradallamme. Saattaa siis olla, että seuraavaa Linnunradan hypernovaa saa odottaa vielä aika kauan…

Mainokset