211service.com
Gamma Ray Astronomy: The Good, The Bad And The Ugly
Gammastrålningsutbrott har gett en konstant källa till spänning sedan de upptäcktes på 1960-talet av amerikanska militärsatelliter på jakt efter bevis på hemliga kärnvapenprov.
När de lyser upp himlen är gammastrålningsskurar de ljusaste föremålen i universum. De avger så mycket ljus att astronomer tror att det måste kollimeras på något sätt, annars skulle det totala utsläppet inte kunna uppstå från ett astrofysiskt fenomen som för närvarande förstås. Som det är släpper de på några sekunder, energin som motsvarar solens vilomassa.
Det gör dem av mer än ett övergående intresse för mänskligheten. Gammastrålningsutbrott i Vintergatan kan ha utlöst massutrotningar på jorden tidigare och kan därför hota oss i framtiden.
En gammastrålning har dock aldrig setts i Vintergatan. Faktum är att de i allmänhet är de mest avlägsna, och därför de äldsta, astronomiska objekten vi kan se. Astronomer sa förra veckan att de hade sett en gammastrålning som inträffade bara 630 miljoner år efter Big Bang.
All denna information och mycket mer är resultatet av två varv som har inträffat inom gammastrålastronomi. Det första är lanseringen av gammastråleteleskopen Swift och Fermi 2004 respektive 2008. Det andra är ett globalt samordningsprojekt som varnar samhället för gammastrålning så att deras efterglöd kan observeras vid andra frekvenser.
Som ett resultat har astronomer gått från att vara svälta på data om gammastrålning till att plötsligt drunkna i den. Och eftersom mängden dåligt förstådda data växer dag för dag, blir det sakta uppenbart att gammastrålningsskurar är mycket mer komplexa och mystiska än någon föreställt sig.
I dag skisserar Maxim Lyutikov vid Purdue University i Indiana de mysterier som astronomerna förbryllar och det skapar fascinerande läsning. Det verkar finnas två typer av gammastrålning: långa som varar i tusentals sekunder och korta som blinkar på och av på mindre än en sekund. Hur dessa olika typer uppstår är ännu inte känt. Och satsa inte mot att andra typer av burst upptäcks snart.
Dessa skurar har röntgenefterglöd som ibland avtar snabbt och i andra fall platåer i tiotusentals sekunder. Vissa utbrott blossar senare upp igen och andra slocknar tillfälligt, som en bakslagna Ford Model T.
Var och en av dessa observationer kräver en separat förklaring och teoretikerna kämpar. Konsensus är att gammastrålningsskurar skapas i någon form av gravitationskollaps där gravitationsenergi omvandlas till kinetisk energi och sedan till ljus. Så supernovor är allmänt överens om att vara en typ av källa. Var de andra kommer ifrån vet ingen.
Sedan är det frågan om hur en sådan kollaps uppstår. En gravitationskollaps innebär att det finns en stötvåg, men strukturen för denna våg och hur den interagerar med allt i dess väg är dåligt förstådd.
Även den fysiska mekanismen genom vilken gammastrålar bildas är omtvistad. En möjlighet är genom synkrotronemission, laddade partiklar som accelereras i ett magnetfält. Var detta magnetfält kommer ifrån och hur det interagerar med en stötvåg är inte känt. Ett annat alternativ är invers Compton-emission där högenergielektroner ökar fotonernas energi till högre frekvenser. Gör ditt val.
Förhoppningen är att dessa mekanismer kan sättas ihop på något sätt så att de kommer att förklara strukturen för de data som astronomerna ser: blossarna, efterglöden och de varierande tidsskalorna över vilka dessa händer.
Men den rädsla som Lyutikov tar upp är att dessa processer är så komplexa att de för alltid kommer att vara bortom dödlig förståelse.
Det är överdrivet pessimistiskt. Framsteg inom många områden av astrofysik är hastighetsbegränsade av brist på data. Gammastrålastronomi är ett undantag, åtminstone för tillfället. Det går inte att förneka komplexiteten som dessa data representerar. Men vad detta tillstånd representerar är ett gyllene tillfälle för en ny generation astrofysiker: ett spännande problem som bara ber om att bli löst.
Ref: arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts: Tillbaka till Blackboard