Credit imagine: ESO
Izbucnirile cu raze gamma sunt unele dintre cele mai mari explozii din Univers; se poate genera mai multă energie în câteva secunde decât creează Soarele în 10 miliarde de ani. Se crede că au fost cauzate atunci când o stea super-masivă se prăbușește, numită hypernova. Astronomii de la Observatorul European din Sud au urmărit după o explozie recentă folosind o tehnică numită polarimetrie, care le permite să urmărească forma exploziei. Dacă ar fi o explozie sferică, lumina ar avea polaritate aleatorie, dar au descoperit că gazul curge în jeturi care se extind în timp.
„Exploziile de raze gamma (GRB)” sunt cu siguranță printre cele mai dramatice evenimente cunoscute în astrofizică. Aceste scurte sclipiri de raze gamma energetice, detectate pentru prima dată la sfârșitul anilor '60 de sateliții militari, durează de la mai puțin de o secundă la câteva minute.
S-a constatat că GRB-urile sunt situate la distanțe extrem de mari („cosmologice”). Energia eliberată în câteva secunde în timpul unui astfel de eveniment este mai mare decât cea a Soarelui pe toată durata de viață de peste 10.000 de milioane de ani. GRB-urile sunt într-adevăr cele mai puternice evenimente de la Big Bang-ul cunoscut în Univers, cf. PR PR 08/99 și ESO PR 20/00.
În ultimii ani, dovezi circumstanțiale au demonstrat că GRB-urile semnalează prăbușirea unor stele extrem de masive, așa-numitele hypernovee. Acest lucru a fost în sfârșit demonstrat în urmă cu câteva luni, când astronomii, folosind instrumentul FORS de pe ESO’s Very Large Telescope (VLT), au documentat în detaliu fără precedent schimbările din spectrul sursei de lumină („afterglow optic”) al exploziei de raze gamma GRB. 030329 (a se vedea ESO PR 16/03). Cu această ocazie a fost oferită o legătură concludentă și directă între exploziile cosmologice de raze gamma și exploziile de stele foarte masive.
Gamma-Ray Burst GRB 030329 a fost descoperită la 29 martie 2003 de navele spațiale de înaltă energie din cadrul NASA. Observațiile de urmărire cu spectrografie UVES la telescopul VLT KUEYEN de 8,2 m la Observatorul Paranal (Chile) au arătat ca explozia să aibă un redshift de 0,1685 [1]. Aceasta corespunde unei distanțe de aproximativ 2.650 de milioane de ani-lumină, ceea ce face 030329 GRB cel de-al doilea cel mai apropiat GRB de lungă durată detectat vreodată. Apropierea de GRB 030329 a condus la o emisiune foarte strălucitoare după ce a permis observațiile cele mai extinse ale oricărui postglow până în prezent.
O echipă de astronomi [2], condusă de Jochen Greiner, de extraterrestrische Physik (Germania) Max-Planck-Institut, a decis să utilizeze această oportunitate unică de a studia proprietățile de polarizare ale postglow-ului GRB 030329, după cum s-a dezvoltat după explozie.
Hipernovele, sursa de GRB, sunt într-adevăr atât de departe încât nu pot fi văzute decât ca puncte de lumină nerezolvate. Pentru a cerceta structura spațială, astronomi trebuie să se bazeze pe un truc: polarimetria (vezi ESO PR 23/03).
Polarimetria funcționează după cum urmează: lumina este compusă din unde electromagnetice care oscilează în anumite direcții (plane). Reflectarea sau împrăștierea luminii favorizează anumite orientări ale câmpurilor electrice și magnetice asupra altora. Acesta este motivul pentru care ochelarii de soare polarizanți pot filtra strălucirea luminii solare care se reflectă de pe un iaz.
Radiația dintr-o explozie de raze gamma este generată într-un câmp magnetic ordonat, ca așa-numita radiație sincrotronă [3]. Dacă hipnova este simetrică sferic, toate orientările undelor electromagnetice vor fi prezente în mod egal și vor ieși în medie, deci nu va exista polarizare netă. Dacă, totuși, gazul nu este evacuat simetric, ci într-un jet, o ușoară polarizare netă va fi imprimată pe lumină. Această polarizare netă se va schimba cu timpul, deoarece unghiul de deschidere al jetului se lărgește cu timpul și vedem o fracțiune diferită a conului de emisie.
Studierea proprietăților de polarizare ale rezultatului unei explozii de raze gamma permite astfel să obțină cunoștințe despre structurile spațiale subiacente și despre puterea și orientarea câmpului magnetic în regiunea în care este generată radiația. „Și făcând acest lucru pe o perioadă lungă de timp, pe măsură ce ulterior decolorarea și evoluția, ne oferă un instrument unic de diagnostic pentru studiile cu raze gamma”, spune Jochen Greiner.
Deși au existat măsurători unice anterioare de polarizare a postglow-ului optic GRB, nu s-a făcut niciodată un studiu detaliat al evoluției polarizării cu timpul. Aceasta este într-adevăr o sarcină extrem de solicitantă, posibilă doar cu un instrument extrem de stabil pe cel mai mare telescop ... și cu un reziduu optic suficient de luminos.
De îndată ce a fost detectat GRB 030329, echipa de astronomi a apelat la instrumentul puternic FORS1 multimod de pe telescopul VLT ANTU. Au obținut 31 de observații polarimetrice într-o perioadă de 38 de zile, permițându-le să măsoare, pentru prima dată, modificările polarizării unei rafale optice de rază gamma după timp. Acest set unic de date de observație documentează modificările fizice ale obiectului de la distanță în detalii neegalate.
Datele lor arată prezența polarizării la un nivel de 0,3 până la 2,5% pe parcursul celor 38 de zile, cu o variabilitate semnificativă a forței și orientării pe perioade de timp până la ore. Acest comportament particular nu a fost prezis de niciuna dintre teoriile majore.
Din păcate, curba de lumină foarte complexă a acestui postglob GRB, în sine nu este înțeleasă, împiedică o aplicare simplă a modelelor de polarizare existente. „Se dovedește că derivarea direcției jetului și a structurii câmpului magnetic nu este atât de simplă cum am crezut inițial”, notează Olaf Reimer, un alt membru al echipei. „Dar schimbările rapide ale proprietăților de polarizare, chiar și în fazele netede ale curbei de lumină ulterioară, provoacă o provocare pentru teoria postglow”.
„Posibil”, adaugă Jochen Greiner, „nivelul general redus de polarizare indică faptul că rezistența câmpului magnetic în direcțiile paralele și perpendiculare nu diferă cu mai mult de 10%, ceea ce sugerează un câmp puternic cuplat cu materialul în mișcare. Acest lucru este diferit de câmpul pe scară largă care este rămas de la steaua în curs de explodare și despre care se crede că produce un nivel ridicat de polarizare în razele gamma. "
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
