211service.com
Gamma Ray Astronomy: The Good, The On and The Ugly
Gammastråleudbrud har givet en konstant kilde til spænding, siden de blev opdaget i 1960'erne af amerikanske militærsatellitter på jagt efter beviser for hemmelige atomvåbenforsøg.
Når de lyser himlen op, er gammastråleudbrud de lyseste objekter i universet. De udsender så meget lys, at astronomer mener, at det skal kollimeres på en eller anden måde, ellers kunne den samlede emission ikke opstå fra det astrofysiske fænomen, der i øjeblikket forstås. Som det er, frigiver de på få sekunder, den energi, der svarer til Solens hvilemasse.
Det gør dem til mere end en forbigående interesse for menneskeheden. Gammastråleudbrud i Mælkevejen kan have udløst masseudryddelser på Jorden i fortiden og kan derfor true os i fremtiden.
Et gammastråleudbrud er dog aldrig set i Mælkevejen. Faktisk er de generelt de fjerneste, og derfor de ældste, astronomiske objekter, vi kan se. Astronomer sagde i sidste uge, at de havde set et gammastråleudbrud, der fandt sted kun 630 millioner år efter Big Bang.
Al denne information og meget mere er resultatet af to omdrejninger, der har fundet sted i gamma-stråleastronomi. Først er lanceringen af Swift- og Fermi-gamma-stråleteleskoperne i henholdsvis 2004 og 2008. For det andet er et globalt koordinationsprojekt, der advarer samfundet om gammastråleudbrud, så deres efterlys kan observeres ved andre frekvenser.
Som et resultat er astronomer gået fra at være udsultet af data om gammastråleudbrud til pludselig at drukne i det. Og efterhånden som mængden af dårligt forståede data vokser dag for dag, bliver det langsomt klart, at gammastråleudbrud er meget mere komplekse og mystiske, end nogen havde forestillet sig.
I dag skitserer Maxim Lyutikov ved Purdue University i Indiana de mysterier, som astronomer undrer sig over, og det giver fascinerende læsning. Der synes at være to typer gammastråleudbrud: lange, der varer tusindvis af sekunder, og korte, der blinker til og fra på mindre end et sekund. Hvordan disse forskellige typer opstår vides endnu ikke. Og lad være med at satse på, at andre typer burst opdages snart.
Disse udbrud har røntgen-efterglød, som nogle gange henfalder hurtigt og i andre tilfælde platåer i titusindvis af sekunder. Nogle udbrud blusser senere op igen, og andre skærer ud et øjeblik, som en bagslagsgivende Ford Model T.
Hver af disse observationer kræver en separat forklaring, og teoretikerne kæmper. Konsensus er, at gammastråleudbrud skabes i en form for gravitationssammenbrud, hvor gravitationsenergi omdannes til kinetisk energi og derefter til lys. Så supernovaer er generelt enige om at være én type kilde. Hvor de andre kommer fra, ved ingen.
Så er der spørgsmålet om, hvordan et sådant sammenbrud opstår. Et gravitationssammenbrud indebærer eksistensen af en chokbølge, men strukturen af denne bølge, og hvordan den interagerer med noget på dens vej, er dårligt forstået.
Selv den fysiske mekanisme, hvorved gammastråler dannes, er omstridt. En mulighed er ved synkrotronemission, ladede partikler accelereret i et magnetfelt. Hvor dette magnetfelt kommer fra, og hvordan det interagerer med en stødbølge vides ikke. En anden mulighed er invers Compton-emission, hvor højenergielektroner øger fotonernes energi til højere frekvenser. Vælg dit valg.
Håbet er, at disse mekanismer kan sættes sammen på en eller anden måde, så de vil forklare strukturen af de data, som astronomerne ser: udbrændingerne, efterglødene og de forskellige tidsskalaer, som disse sker over.
Men den frygt, som Lyutikov rejser, er, at disse processer er så komplekse, at de for altid vil være hinsides dødelig forståelse.
Det er alt for pessimistisk. Fremskridt inden for mange områder af astrofysikken er hastighedsbegrænset af mangel på data. Gammastråleastronomi er en undtagelse, i hvert fald for øjeblikket. Der kan ikke benægtes kompleksiteten, som disse data repræsenterer. Men hvad denne situation repræsenterer, er en gylden mulighed for en ny generation af astrofysikere: et spændende problem, der bare beder om at blive løst.
Ref: arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts: Tilbage til tavlen