Gamma staru pārrāvumu (GRB) noslēpuma atklāšana ir stāsts, kas piepildīts ar starptautiskām intrigām, fantastiskām pretenzijām, nopietnu izsekošanu un pakāpeniskiem uzlabojumiem mūsu izpratnē par visenerģētiskāko, iznīcinošo spēku patieso dabu un sekām Visumā. Jaunie zinātnieku grupas rezultāti, kas pēta tā sauktos “tumšos gamma staru pārrāvumus”, ir stingri iesprauduši jaunu gabalu GRB mīklā. Šis pētījums ir iesniegts rakstā, kas parādās žurnālā Astronomy & Astrophysics 2010. gada 16. decembrī.
GRB atklāšana bija negaidīts amerikāņu kosmosa programmas un militārpersonu sekotāju uzmanības centrā, lai pārbaudītu atbilstību aukstā kara kodolizmēģinājumu aizlieguma līgumam. Lai būtu pārliecība, ka krievi tālu no Mēness puses nedetonēja kodolieročus, 1960. gadu Vela kosmosa kuģis tika aprīkots ar gamma staru detektoriem. Mēness varētu pasargāt acīmredzamo rentgenstaru parakstu no tālās puses, bet gamma stari iekļūtu tieši caur Mēnesi un būtu pamanāmi Vela pavadoņos.
Līdz 1965. gadam kļuva skaidrs, ka notikumi, kas iedarbināja detektorus, bet nepārprotami nebija kodoldetonāciju paraksti, tāpēc tie tika rūpīgi un slepeni nodoti turpmākai izpētei. 1972. gadā astronomi spēja pietiekami precīzi secināt notikumu virzienus, lai izslēgtu Sauli un Zemi kā avotus. Viņi nonāca pie secinājuma, ka šie gamma staru notikumi bija “kosmiskas izcelsmes”. 1973. gadā par šo atklājumu tika paziņots Astrophysical Journal.
Tas radīja diezgan satraukumu astronomiskajā sabiedrībā un literatūrā sāka parādīties desmitiem rakstu par GRB un to cēloņiem. Sākotnēji visvairāk hipotēžu izraisīja šo notikumu izcelsmi mūsu pašu galaktikā. Progress bija sāpīgi lēns līdz 1991. gadā atklāja Compton Gamma Ray Observatory. Šis satelīts sniedza svarīgus datus, kas norāda, ka GRB izplatība nav novirzīta uz noteiktu virzienu kosmosā, piemēram, uz galaktikas plakni vai Piena ceļa galaktikas centru. GRB nāca no visur, kas mums apkārt. Viņu izcelsme ir “kosmiska”. Tas bija liels solis pareizajā virzienā, bet radīja vairāk jautājumu.
Gadu desmitiem astronomi meklēja līdzinieci, jebkurš astronomisks objekts sakrīt ar nesen novēroto eksploziju. Bet GRB atrašanās vietas precizitātes trūkums mūsdienu instrumentos satracināja mēģinājumus noskaidrot šo kosmisko sprādzienu avotus. 1997. gadā BeppoSAX atklāja GRB rentgena staros neilgi pēc notikuma, un optisko pēc mirdzuma 20 stundas vēlāk atklāja Viljama Heršela teleskops. Dziļais attēlojums spēja noteikt vāju, tālu galaktiku kā GRB saimnieku. Gada laikā arguments par attālumiem līdz GRB bija beidzies. GRB rodas ļoti tālu galaktikās. Viņu saistība ar supernovām un ļoti masīvu zvaigžņu nāve arī deva norādes uz GRB veidojošo sistēmu būtību.
Neilgi pirms sacensībām tika noskaidroti uzkarsēto GRB optiskie pēcspīdumi, un jaunie pavadoņi palīdzēja precīzi noteikt šo spuldžu atrašanās vietas un to uzņemošās galaktikas. Satelīts Swift, kas tika palaists 2004. gadā, ir aprīkots ar ļoti jutīgu gamma staru detektoru, kā arī ar rentgenstaru un optiskajiem teleskopiem, kurus var ātri pagriezt, lai pēc pārraušanas automātiski novērotu pēckarstuma izstarojumus, kā arī nosūtītu paziņojumus uz tīkla teleskopi uz zemes, lai ātri veiktu novērojumus.
Mūsdienās astronomi atzīst divas GRB klasifikācijas - ilgstoša un īslaicīga. Īsi gamma staru pārrāvumi, iespējams, notiek neitronu zvaigžņu apvienošanās dēļ un nav saistīti ar supernovām. Ilgstoši gamma staru pārrāvumi (GRB) ir kritiski svarīgi, lai izprastu GRB sprādzienu fiziku, GRB ietekmi uz apkārtni, kā arī GRB ietekmi uz agrīnu zvaigžņu veidošanos un Visuma vēsturi un likteni.
Lai gan rentgenstaru pēcspīdēšana parasti tiek noteikta katram GRB, daži joprojām atteicās atteikties no optiskā pēcspīduma. Sākotnēji tie GRB ar rentgena staru, bet bez optiskā pēcspīduma tika veidoti kā “tumšie GRB”. “Tumša gamma-starojuma pārrāvuma” definīcija ir precizēta, pievienojot laika un spilgtuma ierobežojumu un aprēķinot kopējo GRB enerģijas izlaidi.
Šim optiskā paraksta trūkumam var būt vairāki cēloņi. Pēcspīdumam varētu būt raksturīgs mazs gaišums. Citiem vārdiem sakot, var būt vienkārši spilgti GRB un vāji. Vai arī iejaukšanās materiāls var spēcīgi absorbēt optisko enerģiju vai nu lokāli ap GRB, vai arī gar redzes līniju caur saimniek galaktiku. Vēl viena iespēja ir tāda, ka gaisma varētu būt tik lielā sarkanā maiņā, ka sedzēšana un absorbcija starpgalaktiskā vidē aizliegtu noteikšanu R joslā, ko bieži izmanto šo noteikšanu veikšanai.
Jaunajā pētījumā astronomi apvienoja Swift datus ar jauniem novērojumiem, kas veikti, izmantojot GROND - īpašu GRB sekošanas instrumentu, kas piestiprināts 2,2 metru MPG / ESO teleskopam La Silla Čīlē. GROND ir ārkārtējs rīks GRB pēcslābuma pētījumu veikšanai. Tas var novērot pārrāvumu dažu minūšu laikā pēc trauksmes, kas nāk no Swift, un tai ir iespēja vienlaikus novērot caur septiņiem filtriem, aptverot redzamās un gandrīz infrasarkanās spektra daļas.
Apvienojot GROND datus, kas ņemti caur šiem septiņiem filtriem, ar Swift novērojumiem, astronomi spēja precīzi noteikt pēcspīdēšanas izstarotās gaismas daudzumu ļoti atšķirīgos viļņu garumos, sākot no augstas enerģijas rentgena stariem līdz gandrīz infrasarkanajiem. Pēc tam viņi izmantoja šos datus, lai tieši izmērītu aizēnojošo putekļu daudzumu starp GRB un novērotājiem uz Zemes. Par laimi, komanda ir secinājusi, ka tumšajiem GRB nav nepieciešami eksotiski skaidrojumi.
Viņi secināja, ka ievērojama daļa pārrāvumu ir aptumšoti līdz aptuveni 60–80 procentiem no to sākotnējās intensitātes, aizklājot putekļus. Šis efekts ir pārspīlēts ļoti attāliem sprādzieniem, ļaujot novērotājam redzēt tikai 30–50 procentus gaismas. Pierādot, ka tas tā ir, šie astronomi ir pārliecinoši atrisinājuši trūkstošā optiskā pēcspīduma mīklu. Tumši gamma staru pārrāvumi ir vienkārši tie, kuru redzamā gaisma ir pilnībā izstumta, pirms tā nonāk pie mums.
