Közel kétezer gammakitörés elemzésével egy európai és a Pennsylvania Állami Egyetem (USA) kutatóiból álló csoport eddig ismeretlen törvényszerűséget talált a két másodpercnél rövidebb, illetve két másodpercnél hosszabb gammakitöréseket kísérő sugárzásokban.
"Most nagy statisztikai bizonyossággal állíthatjuk, hogy ez a két csoport fizikailag másként viselkedik" - mondja Balázs Lajos, az MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézetének vezetője, az Astronomy and Astrophysics folyóiratban megjelenő cikk első szerzője.
Az új eredmény fontos bizonyítékot szolgáltat arra az egyre szélesebb körben elfogadott feltételezésre, mely szerint a hosszú kitörések olyan csillagok fantasztikus erejű robbanásából származnak, amelyek tömege több mint 30-szorosa a mi Napunkénak. A rövid kitörések ezzel szemben neutroncsillagok és fekete lyukak összeütközésének kozmikus tűzijátékából származhatnak.
"Azt lehet mondani, hogy bármi történik is, mindegyik gammakitörésnél egy vadonatúj fekete lyuk születésének vagyunk a szemtanúi" - mondja Mészáros Péter, a Pennsylvania Állami Egyetem Csillagászati és Asztrofizikai Tanszékének a vezetője.
Az elektromágneses spektrum legrövidebb hullámhosszú, legnagyobb energiájú részét nevezzük gamma tartománynak (a hullámhossz kisebb, mint 10-10 cm, s bár éles határ nincs, a 100 keV feletti energiájú sugárzást számítjuk ide). 1973-ban kiderült, hogy az égboltot a gamma-tartományban vizsgálva gyakran figyelhetünk meg nagyon rövid és fényes kitöréseket.
A gammakitörések természete a modern csillagászat legnagyobb rejtélyei közé tartozik. Korábban azt gondolták, hogy a kitörések zöme a Tejútrendszer korongjában zajlik. A Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) nevű gamma-műhold 1991-es felbocsátása óta kiderült, hogy a gammakitörések égbolton való eloszlása egyenletes.
A gammakitörésekre jellemző átlagos teljesítmény olyan, mint egy 1045 wattos villanykörte. Jóllehet gyakoriak - naponta nagyjából egyet lehet észlelni - a kitörések gyorsan halványulnak és véletlenszerűek, ráadásul soha sem fordulnak elő kétszer ugyanazon a helyen. A kutatóknak igen nehéz dolga van akkor, amikor a kitörések részleteit szeretnék tanulmányozni, ugyanis az események néhány ezredmásodperctől maximum 100 másodpercig tartanak (átlagosan néhányszor 10 másodpercig). A tudósok többsége azon a véleményen van, hogy a kitörések többsége az Univerzum távoli tartományaiban keletkezik, több milliárd fényév távolságban.
A korábbi eredmények azt mutatták, hogy a rövid kitörések gamma-színképe "keményebb", ami azt jelenti, hogy több nagyenergiájú gammafotont tartalmaznak, mint a hosszabbak. Továbbá, a rövid kitörésekben a detektort érő fotonok sűrűbben, vagy esetleg csomókban követik egymást, összehasonlítva a hosszabb kitörésekkel - ez arra utal, hogy az őket kibocsátó források fizikailag különbözhetnek.
Balázs Lajos és kollégái úgy gondolták, hogy megvizsgálják, van-e valamilyen alapvető kapcsolat az egyes megfigyelt tulajdonságok között, ha külön-külön vizsgáljuk a hosszú és a rövid kitöréseket. A kutatócsoport 1972 kitörés megfigyelt energiasűrűségét és időtartamát elemezve egy új összefüggést talált.
Mind a két kategóriában - hosszú és rövid kitöréseknél egyaránt - összefüggés van a mért energiasűrűség és az időtartam között: minél hosszabb a kitörés, annál nagyobb az energiasűrűség (az energiasűrűség a kitörés időtartama alatt beérkező fotonok összenergiájából és az észlelésre használt műszer méreteiből számítható ki). Mégis, ez az összefüggés statisztikusan különbözik a két kategória között. Ez a különbség pedig erős megszorítást jelent arra, hogy mi okozhatja ezeket a kitöréseket és azok hogyan zajlanak le.
A hosszú kitöréseknél egyenes arányosság áll fenn a kitörés időtartama és energiasűrűsége között, ami arra utal, hogy az energia átalakulásának mértéke gammasugarakká időben többé-kevésbé állandó. A rövideknél ezzel szemben ez az összefüggés nem ennyire határozott, ami például arra utalhat, hogy a kitörés energiájának az idő folyamán egyre kisebb hányada alakul át gammasugarakká.
Nagyon valószínűtlen, hogy ugyanaz a folyamat hozza létre a kitörések mindkét típusát - mondják a csoport kutatói. Jóllehet ezt részletesen nem vizsgálják cikkükben, de az eredmények arra utalnak, hogy ha a hosszú kitörések nagy tömegű csillagok robbanásából keletkeznek, akkor a rövid kitörések valami teljesen másból jönnek létre. Az utóbbiaknál szóba jöhet két szupersűrű test összeolvadása. A két alapvető fizikai mennyiség, az energiasűrűség és az időtartam között levő ilyen markáns és jól meghatározott különbséget a jövőben kidolgozandó elméleteknek mindenképpen meg kell majd magyarázniuk.
Az 1972 kitörést a NASA Compton Gamma Ray Observatory műhold észlelte 1991 és 2000 között. A szerzőtársak között van Bagoly Zsolt, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Információtechnológiai Laboratóriumának a vezetője, Horváth István, a ZMNE Bolyai János Katonai Műszaki Főiskola Fizikai Tanszékének, valamint Mészáros Attila, a Prágai Károly Tudományegyetem Csillagászati Intézetének a munkatársa.
A kutatást a NASA és a magyar Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA) támogatta.
Az Astronomy and Astrophysics folyóiratban jelenleg nyomdában levő cikk elérhető a http://lanl.arXiv.org/abs/astro-ph/0301262 címen.