Raziskave izbruhov sevanja gama, najmočnejših eksplozij v vesolju

Ker sevanje gama ne prodre skozi Zemljino ozračje, jih detektirajo sateliti (Swift, Fermi, Integral), ki podatke preko Gamma-ray bursts Coordinates Network sporočijo opazovalcem, da lahko lokacijo izbruhov čimprej opazujejo s teleskopi na Zemlji. Na mestu izbruhov se poleg sevanja gama običajno pojavi tudi izvor rentgenske in vidne svetlobe. Ta izvor, ki mu rečemo zasij (angl. afterglow), prav tako ugaša, a počasneje kot gama svetloba. Optični zasij lahko opazujemo s teleskopi na Zemljinem površju in je tipično viden nekaj ur ali dni, redkeje celo nekaj tednov.

S pomočjo opazovanj zasijev so ugotovili, da se izbruhi sevanja gama dogajajo v drugih galaksijah in da nastanejo na dva načina: ob kolapsu sredice masivne, hitro vrteče se zvezde in ob zlitju dveh nevtronskih zvezd in/ali črnih lukenj. Pri tem nastane črna luknja ali nevtronska zvezda z zelo močnim magnetnim poljem in se v nekaj sekundah sprosti ogromna količina energije – primerljiva z energijo, ki jo odda eksplozija supernove v nekaj mesecih ali kot je odda Sonce v več milijardah let (animacija izbruha sevanja gama, vir: NASA).

Izbruhi sevanja gama so ena najbolj vročih tem moderne astrofizike (več o njih v preglednem članku v reviji Contemporary Physics). Njihovo razumevanje je pomembno za različna področja astrofizike: od zvezdnega razvoja in lastnosti galaksij gostiteljic do proučevanja medzvezdne in medgalaktične snovi. Ker so eksplozije izbruhov sevanja gama izjemno silovite, jih lahko opazimo tudi, če se zgodijo več kot 10 milijard svetlobnih let daleč oz. v zelo mladem vesolju – omogočajo torej proučevanje zvezd, galaksij in plinov takorekoč skozi celotno vidno vesolje in njegovo zgodovino, vse od prvih zvezd do danes.

Izbruhi sevanja gama so zanimivi tudi za širšo fiziko, saj so laboratoriji za ultra-relativistične eksplozije, ki izvirajo iz območij z zelo močnim gravitacijskim in magnetnim poljem, in so možni izvori visoko-energijskih delcev in gravitacijskih valov. Izbruhi sevanja gama omogočajo proučevanje in testiranje fizikalnih zakonov v tako ekstremnih pogojih, kakršnih še zdaleč ne moremo ustvariti v laboratorijih na Zemlji.

Na UNG se s proučevanjem izbruhov sevanja gama ukvarjajo prof. dr. Andreja Gomboc, ki sodeluje z astronomi na Astrophysics Research Institute (Liverpool John Moores University), University of Bath, Universita degli Studi di Ferrara in INAF Osservatorio Astronomico di Brera. Prof. Gomboc vodi projekt za opazovanje optičnih zasijev izbruhov sevanja gama z robotskim teleskopom Liverpool na Observatorio del Roque de los Muchachos na kanarskem otoku La Palma. Teleskop Liverpool lahko izmeri polarizacijo optičnega zasija v samo nekaj minutah po detekciji izbruha sevanja gama. S temi opazovanji so prof. Gomboc in sodelavci pokazali, da v izbruhih sevanja gama obstaja močno in urejeno magnetno polje (Mundell et al. 2013, Nature).