A világegyetem leghevesebb robbanásai

A gamma-kitörések

A hidegháború idején a két szuperhatalom, az Egyesült Államok és a Szovjetunió éberen figyelte egymás kísérleti nukleáris és termonukleáris robbantásait. Ezek észlelésében az 1960-as évektől kezdve egyre nagyobb szerepet kaptak a kémműholdak, a Vela-program keretében Föld körüli pályára állított, a nukleáris és termonukleáris robbantásokkor létrejövő gamma-sugárzást detektáló műholdak pedig a mélyűrből érkező gamma-villanásokat észleltek. Az eredményeket 1973-ban feloldották a titkosítás alól, s ezzel megkezdődött a gamma-kitörések tudományos kutatása.

A gamma-sugárzás az infravörös (vagyis hő-), a látható fény-, az ultraibolya, a rádió- és a röntgensugárzáshoz hasonlóan az elektromágneses spektrumhoz tartozik, a legrövidebb hullámhosszú és a legnagyobb energiájú elektromágneses sugárzás, mely szabad szemmel láthatatlan, csak speciális műszerekkel lehet megfigyelni. A kozmikus gamma- és a hozzájuk kapcsolódó röntgenfelvillanások időtartama kb. 10-20 milliszekundum és pár perc között mozog, gyakran követi ezeket a fentebb említett, rövidebb hullámhosszú sugárzásokból álló ún. utófénylés, és gigászi energiák szabadulnak fel bennük. A gammasugárzás tartományában százmilliárdszor fényesebbek a Napnál, és milliárdszor fényesebbek a szupernóva-robbanásoknál, mely utóbbiak pedig – a látható fény tartományában is – elérik egymilliárdnyi vagy százmilliárdnyi csillagból álló galaxis fényét. A gamma-kitörések az ősrobbanás óta bekövetkezett leghevesebb robbanások, akkora energia szabadul fel, mint a szupernóva-robbanásokban, csakhogy míg az utóbbiak esetében hosszú hetek, addig az előbbiek esetében másodpercek vagy percek alatt szabadul fel az energia, melynek mennyisége akkora, amennyit a Nap sugároz ki 10 milliárd évig tartó élete során. Két típusuk van. A gyakoribbak a tipikusan 10–20 másodpercig tartó hosszú kitörések, a ritkábbak pedig a kevesebb mint két másodpercig tartó rövid felvillanások. A hosszúakban kisebb, míg a rövidekben nagyobb energiájú fotonok (fényrészecskék) jelennek meg. Miként jönnek létre? A jelenlegi tudományos elméletek szerint a hosszú kitörések általában a gyorsan forgó, legalább 30 naptömegnyi óriáscsillagok felrobbanásakor következhetnek be, melyek a gyors forgás miatt nem hagyományos szupernóvaként, hanem hipernóvaként robbannak fel. A csillag összeomló magjában megszületik egy fekete lyuk, mely felé spirális alakban kezd áramlani a csillag többi anyaga, s eközben – az áramlás forgástengelyére merőlegesen – két, ellentétes irányba tartó, rendkívül erős, közel fénysebességű anyagkilövellés (jet) alakul ki. Amikor ezek áttörik a csillagmaradványokat, röntgen- és gamma-sugárzás képződik, s ha ezek a nyalábok a Föld felé irányulnak, akkor gamma- és röntgenkitörésként észleljük ezeket. Az utófénylést pedig az okozza, hogy a jetek összeütköznek a környező anyaggal, és így különleges lökéshullámfront jön létre. Míg a rövid felvillanások a hipotézis szerint két, szorosan egymás körül forgó neutroncsillag vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk összeolvadásakor következnek be.

Mindeddig csak távoli galaxisokban lejátszódó gamma-robbanásokat észleltek, az eddigi legerősebb, legfényesebb, mintegy 2 milliárd fényévről érkező GRB 221009A jelű hosszú gamma-felvillanást pedig 2022. október 9-én figyelték meg, mely 70-szer fényesebb volt a korábban detektáltaktól, és megvakította a műholdakra szerelt legtöbb gamma-sugárzásmérő műszert. Csúcsértékét még a nem megvakult nagyobb műszerek sem tudták megmérni az érzékelőik túlterhelése miatt, a magyar vezetéssel, magyar, japán, cseh és szlovák együttműködésben megépült, mindössze 10 X 10 X 10 cm-es GRBAlpha műhold viszont innovatív detektorfelépítésének köszönhetően még ennek az extrém fényes villanásnak a csúcsértékét is képes volt pontosan megmérni. A robbanás a légkör legfelső részét, a felszíntől 50–950 km-re lévő ionoszférát is megrázta. Ez az a terület, ahol a Napból érkező ultraibolya, illetve röntgensugárzás ionizálja az atomokat és a molekulákat, szabad elektronokat hozva létre. A kitörés – mintegy 800 másodperce alatt – megváltoztatta az ionoszféra elektromos mezőit. Legalsó részét is elérte, azt lejjebb nyomta. Indiában bekapcsolta a villámdetektorokat, Németországban pedig több órán át tartó ionoszféra-zavarokat mutattak ki. S miért volt ennyire erős a gamma-villanás? Mint Kate Alexander kifejtette, a vizsgálatok szerint a gamma-kitörés sugarában mozgó összes részecske egy nagyon keskeny sugárnyalábban haladt, és ez a sugárnyaláb épp a Föld felé fókuszált.

De mi történne, ha a Tejútrendszerben irányulna felénk egy gamma-robbanás? A németországi Deutsches Elektronen-Synchrotron intézet asztrofizikusa, Sylvia Zhu kifejtette, hosszú kitörés esetén a gamma-sugárzás valószínűleg roncsolná a magas légköri ózonréteget, így megszűrés nélkül, akadálytalanul érné el a felszínt a Nap ultraibolya sugárzása, mely tönkretenné bolygónk élővilágát. Ám a rövid kitörések hatása sem elhanyagolható, s mint elmondta, az időtartamot kevésbé tartja fontosnak, mint a gamma-sugárzás mennyiségét. Emellett a gamma-sugárzás hatására a légkörben lévő oxigén- és nitrogénatomok stabilitása is felborulna, teljesen átalakulna az atmoszféra, ami szintén végzetes lenne az élővilágra nézve. Érte-e már planétánkat közeli gamma-kitörés? Az amerikai Kansasi Egyetem kutatói szerint a földtörténet első nagy kihalását, mely 450 millió éve, a paleozoikum ordovicium időszakában következett be, és kipusztította a tengeri gerinctelen fajok 60 százalékát, egy Föld-közeli gamma-villanás váltotta ki. A vízen lebegő vagy a felszínhez közeli vizekben élő élőlényeket ugyanis emiatt halálos ultraibolya sugárzás érte. Csak remélhetjük, hogy a jövőben nem következik be hasonló esemény.

Lajos Mihály