Gigantikus energi�k vonz�s�ban

A 19. sz�zad csillagokkal, bolyg�kkal, aszteroid�kkal, �st�k�s�kkel �s ismeretlen eredet�, k�d�s objektumokkal teli ege a 20. sz�zadban fokozatosan �jabbakkal b�v�lt. A k�d�k egy r�sz�t a Tej�trendszeren k�v�lre sz�m�zte a tudom�ny, a bolyg�k sz�ma 1930-ban egyel t�bb, vagyis 9 lett, mikor Clyde W. Tombaugh Percival Lowell sz�m�t�sai alapj�n felfedezte a Pl�t�t. Naprendszer�nk hat�rvid�ke – a Pl�t� p�ly�j�n t�l - egyre �lesebben rajzol�dott ki a tud�sok fej�ben; a Voyager-1 �rszonda pedig 2003-ban �t is l�pte ezt a hat�rt – a heliopauz�t. A v�ltozatlannak �s �lland�nak hitt Univerzum – Einstein kozmol�giai �lland�j�nak ellen�re – mindv�gig t�gult, igaz, ezt csak 1924 �ta, Slipher-nek k�sz�nhet�en tudjuk. A tudom�nyos forradalom �j, egzotikus objektumokkal n�pes�tette be a kozmoszt. Egym�s ut�n l�ptek sz�nre a neutroncsillagok, pulz�rok, kvaz�rok; a m�r kor�bban (1783; John Mitchell) is sejtett s�t�t objektumok, a fekete lyukak pedig eg�szen �mulatba ejtett�k a tudom�nyos k�zv�lem�nyt: bek�zd�tt�k magukat a galaxisok magj�ba, ahol t�bb milli� napt�megnyire n�ttek �s Hawking �ta (1973) azt is tudjuk, hogy sug�roznak.

Ezek a k�l�nleges objektumok az�rt maradhattak a 20. sz�zadig a hom�lyban, mert nem csak az optikai tartom�nyban sug�roznak, hanem r�di�ban, infrav�r�sben, ultraiboly�ban, r�ntgenben, esetleg gamm�ban.

Vannak azonban olyanok is, amelyek els�sorban a gamma-tartom�nyban sug�roznak. A 20. sz�zad egyik legnagyobb �s tal�n a legt�bb csillag�szt megmozgat� rejt�lye, a gamma-felvillan�sok eredete lassan tiszt�z�dni l�tszik.

De ez nem volt mindig �gy…

�gy kezd�d�tt…

„Akkora energia, mintha a Napunk teljes t�meg�t 10 m�sodperc alatt tiszta energi�v� alak�tan�nk.”

Dale Frail

1967 j�l. A Vela amerikai m�hold n�h�ny m�sodperces id�tartam�, v�letlenszer�en sz�tsz�rt gammaforr�sokat detekt�lt – szovjet nukle�ris robbant�sok helyett…

A hidegh�bor� kell�s k�zep�n j�runk, az USA biztons�gi int�zked�seket dolgoz ki az �rversenyben �len j�r� Szovjetuni� ellen, a 60-as �vek elej�n megk�t�tt atomcsend-egyezm�ny betarttat�sa a c�l. A Hold t�ls� oldal�n felrobbantott atombomb�kt�l tartanak, �m ehelyett eg�szen m�sra lesznek figyelmesek…

A kit�r�sek �ltal�ban 10-30 s-osak voltak, de azon bel�l 0,001 s-os peri�dussal v�ltozott az intenzit�suk. K�s�bb az �szlel�sek sor�n 2 csoport hat�rol�dott el: az egyik 0,3 s id�tartam k�r�li gyakoris�gi maximummal, a m�sik pedig 30 s k�r�li maximummal rendelkezik. (Ezek 2 k�l�nb�z� forr�sb�l sz�rmaznak, a k�s�bbiekben err�l is sz� lesz.) Nem lehettek f�ldi eredet�ek, de a Napb�l sem sz�rmazhattak. A legk�l�n�sebb az volt, hogy szinte az �sszes energi�t a gamma-tartom�nyban sug�rozt�k ki – m�s gamma-forr�sokkal ellent�tben – �s csak egy keveset a r�ntgenben.

Nem ismert�k teh�t t�vols�gukat sem, annyit azonban m�r a gamma-tartom�ny is el�rult, hogy a sug�rz�s energi�ja meghaladja a 100 keV �rt�ket, teh�t hull�mhosszuk 0,01 nm-n�l is r�videbb. De m�g ezen bel�l is lehetnek jelent�s k�l�nbs�gek. Tartozhatnak galaxisunkhoz – ebben az esetben a Tej�trendszer f�s�kja illetve k�z�ppontja k�r�l s�r�s�d�st kellene tapasztalni – de az is lehet, hogy kozmol�giai t�vols�gokban kell keresn�nk �ket – ebben az esetben teh�t �ri�si energi�t kell felt�telezn�nk.

De mi k�pes ekkora energi�t el��ll�tani?

M�r a gamma-felvillan�sok (GRB= Gamma-ray Burst) felfedez�se �ta a legk�l�nb�z�bb elm�letek sz�lettek arr�l, hogy mi �llhat a jelens�g h�tter�ben. Ezek k�z�tt tal�n m�r t�bb van, ami t�lhaladottnak sz�m�t, m�gis hozz�j�rult a folyamat meg�rt�s�hez, amely m�g ma is tart…

Az egyik elm�let nem csak a Tej�trendszeren bel�li, hanem Naprendszer�nk hat�r�n l�v� eredetet felt�telezett, ahol a k�zel f�nysebess�gre felgyorsult intersztell�ris porr�szecsk�k a napsz�llel ker�lnek k�lcs�nhat�sba.

Sokan gyan�s�tott�k a neutroncsillagokat is, mint a jelens�g kiv�lt� ok�t. Don Lamb, a Chicagoi Egyetem tud�sa az �ri�si energia-felszabadul�ssal j�r� �n. csillagreng�seket v�lte a jelens�g h�tter�ben l�tni, amely a csillag k�rg�nek elmozdul�s�val j�r. Ehhez Tej�trendszer-b�li eredetet felt�telezett, amelyr�l ma m�r tudjuk, hogy nem felel meg a megfigyel�seknek.

M�s elm�letek neutroncsillagba zuhan� anyaggal pr�b�lt�k megmagyar�zni a felvillan�sokat. M�r 98 �ta nyilv�nval�, hogy a csillagk�zi t�rben felh�kben elhelyezked� �st�k�s�k – egyesek szerint gyakori – becsap�d�sai csak r�ntgensugarak kelt�s�re elegend�ek. �m maga a gondolat nem irre�lis, hiszen a l�gy gamma-ism�tl�k val�ban a neutroncsillagok egyik t�pus�t�l, a rendk�v�l er�s m�gneses t�rrel rendelkez� magnet�rokt�l sz�rmaznak.

�m azt minden, a t�m�val foglalkoz� szakember elismerte, hogy egy elm�let, ak�rmilyen tetszet�s is, nem mindig egyeztethet� �ssze a val�s�ggal…

A rejt�ly megold�s�hoz tov�bbi �szlel�si adatokra, els�sorban a forr�sok helyzet�nek pontos meghat�roz�s�ra volt sz�ks�g. K�t program ir�ny�t�s�val megkezd�d�tt a gamma-felvillan�sok eredet�nek felder�t�s�re ir�nyul� hossz�, �s egyszer�nek semmik�pp sem mondhat� k�zdelem.

A Compton Gamma-Ray Obresvatory-t (CGRO) 1991. �pr. 5-�n �ll�tott�k F�ld k�r�li p�ly�ra (�s 2000 j�nius�ban semmis�tett�k meg). Ezt k�vet�en nem sokkal egy �jabb detektorral b�v�tett�k, �gy a BATSE (Kit�r�s- �s v�ltoz�forr�s vizsg�lat) is megkezdte m�k�d�s�t, m�gpedig jelent�s eredm�nnyel: t�bb, mint 1600 GRB felfedez�se f�z�dik a nev�hez. A k�t projekt egy�ttesen kb. 3000 gamma-forr�s katalogiz�l�s�t – 4B Cataloge - tette lehet�v� 1991 �s 2000 k�z�tt.

De kezdetben a rejt�ly csak fokoz�dni l�tszott. Minden kit�r�s egy �jabb k�rd�ssel f�zte tov�bb a probl�m�t, amelynek oka a kit�r�sek poz�ci�j�nak neh�zkes meg�llap�t�s�ban keresend�. A gamma-sugarak f�kusz�l�s�t a technika sok�ig nem tette lehet�v�. A kit�r�s hely�nek meg�llap�t�sa legfeljebb n�h�nyszor 10 fokos pontoss�ggal (pontatlans�ggal) volt meghat�rozhat�.

Az �tt�r�st az 1996. �pr. 30-�n felbocs�tott m�hold, a BeppoSAX hozta, ami egy holland-olasz egy�ttm�k�d�s eredm�nye. Furcsa nev�t Giuseppe Occhialini olasz fizikus �s r�ntgencsillag�sz becenev�b�l (Beppo) �s a r�ntgencsillag�szati m�hold olasz megfelel�j�b�l (Satellite per Astronomia a Raggi-x) kapta. Feladata a forr�sok poz�ci�j�nak n�h�ny �vperces pontoss�g� meghat�roz�sa volt.

A jelens�g val�di ok�nak felder�t�s�hez azonban a gamma-tartom�ny kev�snek bizonyult. Ezt az 1970-es �vekben Santa Cruzban megrendezett konferenci�n is kimondt�k. Olyan m�holdat terveztek, amit a gamma-detektorok mellett ultraibolya- �s optikai �rz�kel�kkel is ell�ttak. Megsz�letett a HETE (High-Energy Transient Explorer – Nagyenergi�j� Tranziens �szlel�) terve, ami a hozz� f�z�tt rem�nyek ellen�re is megmaradt csup�n elk�pzel�s szintj�n. A probl�ma az 1996. nov. 4-�n megk�s�relt p�ly�ra �ll�t�sakor jelentkezett, ami egy Pegazus rak�ta vez�rl�s�vel t�rt�nt, �s az elektronikus rendszer meghib�sod�sa okozta. A HETE a rak�t�ba szorult…

Ut�dja, a HETE-2 azonban 2000. okt. 9.-i p�ly�ra �ll�t�sa �ta folyamatosan tov�bb�tja a jeleket.

Nem sz�ks�ges azonban, hogy a gamma-tartom�nybeli �rz�kel�k�n k�v�l m�s detektorokkal is el legyen l�tva a m�hold, az is el�g, ha egy m�sik – pl. f�ldi telep�t�s� – teleszk�ppal �ssze van k�tve, ami kit�r�s eset�n a forr�s poz�ci�j�nak azonnali tov�bb�t�s�t, �s pl. egy f�ldi teleszk�ppal az optikai �sszetev�k �rz�kel�s�t teszi lehet�v�.

�gy gondolkoztak a Michigani Egyetem, a Los Alamos-i Nemzeti Laborat�rium �s a Lawrence Livermore Nemzeti Laborat�rium csillag�szai, a ROTSE (Robotic Optical Transient Search Experiment, vagyis Robotvez�rl�s� Optikai Tranziens Kutat� K�s�rlet) tervez�i is. A h�l�zat egyel�re 2 t�vcs�vel rendelkezik – Ausztr�li�ban �s Texasban – �m ez m�g 2 – nam�biai �s t�r�korsz�gi – m�szerrel fog b�v�lni. Az automata t�vcs�vek k�zvetlen�l az �rz�kel� m�holdt�l kapj�k a jelz�st, �gy m�g a kit�r�s lecseng�si idej�n bel�l az adott ir�nyba fordulhatnak, �s a 4 db, nagy l�t�sz�g� f�nyk�pez� lencse seg�ts�g�vel kimutathatj�k az optikai �sszetev�ket. A rendszer tervez�s�n�l az egyik legfontosabb szempont az volt, hogy valamelyik m�szer mindig az �jszakai �gboltot tudja vizsg�lni.

�gy t�nt teh�t, hogy minden eszk�z rendelkez�sre �ll a jelens�g megfejt�s�re ir�nyul� kutat�sokhoz…

A meg�rt�s folyamata

„Ha a kit�r�s valahol a galaktikus szomsz�ds�gunkban t�rt�nt volna, f�nye nappali vil�goss�ggal �rasztotta volna el F�ld�nk �jszakai oldal�t.”

Dr. Carl Akerlof, a ROTSE vezet�je

A gamma-kit�r�sek t�rt�nete – b�r m�r az 1960-as �vekt�l vannak el�zm�nyei – val�j�ban csak 1997. febr. 28-�n kezd�d�tt az optikai �sszetev�k �szlel�s�vel. A BeppoSAX kamer�ja a felvillan�s hely�n egy gyorsan halv�nyod� r�ntgen-forr�st tal�lt. A kit�r�st az optikai tartom�nyban is �szlelt�k a kan�ri-szigeteki 4,2 m-es Herschel- t�vcs�vel. A felv�telen egy halv�ny f�nypont t�nt fel, ami 8 nappal k�s�bb m�r nem l�tszott.

A k�vetkez� esem�ny, ami m�rf�ldk�nek sz�m�t a GRB-k megismer�s�nek �tj�n, az 1997. dec. 14-�n t�rt�nt felvillan�s – a GRB 971214. (Minden gamma-kit�r�st a felfedez�s id�pontj�val jel�lnek, mivel egy nap �ltal�ban egy kit�r�st detekt�lnak.) A GRB 971214 az�rt is kiemelt fontoss�g�, mivel az addigi legt�volabbi �s legnagyobb energi�j� esem�nyr�l van sz�. 9 MD f�ny�ves t�vols�ga r�v�n ekkor bizonyosodott be, hogy a kit�r�sek val�ban kozmol�giai t�vols�gokban t�rt�nnek, ami sok – els�sorban a Tej�trendszerhez tartoz� neutroncsillagra vonatkoz� – elm�letre mondta ki a hal�los �t�letet. A felvillan�s hely�n – az Ursa Maior csillagk�pben - egy halv�ny galaxis l�tszott az optikai tartom�nyban. T�vols�ga akkora energi�t engedett felt�telezni, amely sokkal nagyobb, mint amennyi egy szupern�va teljes �sszeoml�s�hoz sz�ks�ges, bele�rtve az ek�zben felszabadul� neutr�n�k �sszes energi�j�t is. M�g a neutroncsillag – fekete lyuk �tk�z�sn�l – a ma elfogadott egyik elm�let, amit a k�s�bbiekben fogok kifejteni – felszabadul� energi�n�l is nagyobb.

Felmer�lt egy olyan lehet�s�g is, miszerint egy t�bb sz�zezer vagy milli� csillagot tartalmaz� halmaz tagjai a gravit�ci�s vonz�s k�vetkezt�ben egyre k�zelebb ker�lnek egym�shoz, majd a folyamatos �tk�z�sek r�v�n egy „szupercsillag” keletkezik, melynek �sszeroppan�sa fekete lyuk kialakul�s�hoz vezet. A folyamatot nagy energi�j� neutr�n�k, antineutr�n�k �s gamma-sug�rz�s k�s�ri. Ezt azonban ma m�r nem tartj�k val�sz�n�nek, mert az �tk�z�sek val�sz�n�s�ge ehhez el�g csek�ly.

A rejt�lyt csak fokozta az 1999. jan. 23-�n t�rt�nt kit�r�s. A Compton, a BeppoSAX �s a ROTSE egyidej�leg �szlelt�k. Ez azonban m�g mindig nem jelentett volna akkora �tt�r�st, ha a felvillan�sok helyzet�nek meghat�roz�s�ra nem dolgoztak volna ki egy forradalmi m�dszert. Az �j�t�s a NASA marylandi Goddard �rrep�l�si K�zpontj�ban dolgoz� dr. Scott Barthelmy �s koll�g�i nev�hez f�z�dik, �s eredm�nyek�ppen az egy napos helyzet-meghat�roz�s ideje n�h�ny m�sodpercre cs�kkent, ami m�g a kit�r�s lecseng�si idej�n bel�l van. �gy a ROTSE a Compton jelz�seit k�vet�en kb. 4 m�sodperccel a megadott ir�nyba fordult.

A k�vetkez�ket tapasztalt�k: a kit�r�s f�nyess�ge az optikai tartom�nyban 10 s alatt 9 magnit�d�ig emelkedett, majd egy perc alatt elhalv�nyodott. A t�vols�ga az �sszes addig �szlelt kit�r�s�n�l nagyobb volt (a z=1,6-os v�r�seltol�d�s�b�l kb. 3711 Mpc, azaz kb. 12,1 MD f�ny�v; ha H=60 km/s/Mpc), �gy az esem�ny abszol�t f�nyess�ge is rekordnak sz�m�t. Ha minden ir�nyban egyenletesen sug�roz�dott sz�t, egyen�rt�k� volt 10 milli� szupern�v��val, vagy 10 ezer kvaz�r�val.

De mekkora energia is ez val�j�ban? Ha a sug�rz�s minden ir�nyban egyenletes volt, akkor egy kb. k�tszeres napt�megnyi anyag teljes annihil�ci�ja sor�n felszabadul� energia mennyis�g�vel volt egyen�rt�k�. (Kb. 4·10⁴⁷ J energi�r�l van sz�.) De felt�telezhetj�k-e, hogy a sug�rz�s intenzit�sa minden ir�nyban ugyanaz, vagyis az energia-kibocs�t�s egys�gnyi fel�letre sz�m�tva azonos? Semmik�pp sem… �m ennek megindokl�s�ra k�s�bb ker�ten�k sort.

�rdekes jelens�get detekt�ltak 2000. m�rc. 1-j�n, az aznap felfedezett 3. gamma-forr�s, a GRB 000301C eset�ben. M�r kor�bban is ismert volt– s�t gyakori jelens�gnek sz�m�tott - hogy egy nagyt�meg� galaxis – vagy galaxis-halmaz – a gravit�ci�s ter�ben elhajl� f�nysugarakat t�vcs�k�nt – gravit�ci�s lencsek�nt – f�kusz�lhatja detektoraink fel�, m�gpedig megsokszorozva a k�p�t. Ez az �n. gravit�ci�s–lencsehat�s, amit az �ltal�nos relativit�selm�leti vonatkoz�sai miatt Einstein-gy�r�nek is neveznek. �m a gamma-felvillan�sokn�l ez volt az els� ilyen eset, amit �szleltek. A kit�r�s t�vols�ga kb. 13 MD f�ny�v (z=2,04; H=60 km/s/Mpc), �s a Corona Borealisban tal�lhat�. A gravit�ci�s–lencsehat�st – eg�szen meglep�en – egy kb. f�l napt�meg�, 51 magnit�d�s t�rpe csillag �s egy halv�ny, 24 magnit�d�s galaxis okozta, amelyek a F�ldr�l n�zve fed�sben voltak a gamma-forr�ssal. A jelens�g hat�sak�nt az ut�nf�nyl�s egy gy�r�k�nt jelent meg, ami p�r napi halv�nyod�s ut�n ism�t kif�nyesedett – max. f�nyess�ge 20 magnit�d� k�r�l volt az optikai tartom�nyban – majd �jra gyeng�lni kezdett a f�nye, t�gul�si sebess�ge l�tsz�lag meghaladta a f�nysebess�get, a sz�less�ge kb. 10 %-a volt a sug�rnak. A gamma-kit�r�st egy mikrom�sodperces felbont�ssal tanulm�nyozhatt�k, ami szint�n egyed�l�ll� jelens�g a GRB-k t�rt�net�ben.

Az egyik eddigi legf�nyesebb �s legk�zelebbi kit�r�snek lehettek tan�i 2003. m�rc. 29-�n. A t�vols�ga mind�ssze 2 MD f�ny�v (z=0,168), �s t�bb, mint 30 s-ig tartott: egy szuper�ri�s csillag omlott �ssze fekete lyukk�. K�t �r�val az els� gamma-sugarak �szlel�s�t k�vet�en az ut�nf�nyl�s m�g mindig trilli�szor (10¹⁸-szor) f�nyesebb volt a gamma tartom�nyban, mint a Nap. A HETE-2 m�sodpercek alatt meghat�rozta a poz�ci�j�t az Oroszl�n csillagk�pben, majd tov�bb�totta a f�ldi telep�t�s� t�vcs�veknek, pl. a ROTSE-nek, ami felv�teleket k�sz�tett a kit�r�sr�l, �s a lecseng�s ideje alatt folyamatosan k�vette. T�bb, mint egy �r�val a kit�r�s kezdete ut�n a forr�s f�nyess�ge m�g mindig 12 mg volt, �gy az amat�r�k is �szlelhett�k t�vcs�veikkel. Maxim�lis f�nyess�ge idej�n pedig szabad szemmel is megfigyelhet� volt. 30 �s 60 �ra eltelt�vel r�vid f�nyess�gn�veked�st tapasztaltak, �m 80 �ra m�lva teljesen elhalv�nyodott.

Fizikai h�tt�r

A ma elfogadott elm�letek magyar�zata

„Minden gamma-felvillan�s egy fekete lyuk sz�let�s�t hirdeti.”

M. Livio

Mib�l indulhatunk teh�t ki egy GRB-kre vonatkoz� elm�let megalkot�sakor? Az biztos, hogy a nagyenergi�j� h�tt�rfolyamat er�s gravit�ci�s teret �s f�nysebess�ghez k�zeli mozg�st felt�telez, az energia-felszabadul�s k�vetkezt�ben pedig �n. ut�nf�nyl�st (afterglow) v�rhatunk.

Ez mindk�t ma elfogadott elm�letet kiel�g�ti, amelyek a k�vetkez�k:

1. R�VID ID�TARTAM� KIT�R�SEK (SHORT GROUP); amelyekr�l azt gondolj�k, hogy neutroncsillag-neutroncsillag vagy neutroncsillag–fekete lyuk �tk�z�sek sor�n keletkeznek;

2. HOSSZ� ID�TARTAM� KIT�R�SEK (LONG GROUP); amelyekr�l azt gondolj�k, hogy Ib illetve Ic t�pus� szupern�v�k (hipern�v�k, amelynek egyik t�pusai a kollapsz�rok) robban�sa hozza l�tre �ket.

1. Neutroncsillagok �tk�z�se kett�s rendszerekben lehets�ges, amelynek tagjai a perd�let –veszt�s miatt spir�lis p�ly�n fokozatosan egyre k�zelebb ker�lnek egym�shoz. A perd�let -veszt�s gravit�ci�s hull�mok form�j�ban t�rt�nik – amelyek detekt�l�sa az �ltal�nos relativit�selm�let ellen�rz�s�re is felhaszn�lhat�. A folyamat sor�n egym�sba spir�loz� neutroncsillagok egyes�lve fekete lyukat hoznak l�tre. Nem sok ilyen rendszert ismer�nk, a 2003. �v v�g�re mind�ssze 6-ot. Ezek k�z�l az egyik a Hulse-Taylor pulz�r, ahol el�sz�r siker�lt kimutatni a gravit�ci�s hull�mok form�j�ban t�rt�n� perd�let –veszt�st, �s az ennek k�vetkezt�ben fell�p� peri�duscs�kken�st. Egy ilyen rendszer p�r 10 – p�r 100 milli� �vig k�pes fennmaradni, �s a r�di�-tartom�nyban is jelent�s energi�t sug�roz ki. A tud�sok felt�telez�se szerint minden 1-2 �vtizedben bek�vetkezik egy ilyen esem�ny a F�ld 60 milli� f�ny�v sugar� k�rnyezet�ben, ami kb. a Lok�lis Csoportot jelenti. Ebb�l a t�vols�gb�l a f�ldi telep�t�s� gravit�ci�s hull�m obszervat�riumok is k�pesek lehetnek detekt�lni az esem�nyeket – ha Einstein elm�letei helyesek.

Egy perccel az �tk�z�s bek�vetkez�se el�tt a p�ly�juk p�r sz�z km-esre zsugorodik, �s a neutroncsillagok m�sodpercenk�nt 30-szor ker�lik meg egym�st, ami 30 Hz-es frekvenci�j� gravit�ci�s hull�mokat jelent. K�zvetlen�l az �tk�z�s el�tt a kering�si frekvencia rohamosan megn�vekszik – 30 Hz-r�l 1000 Hz-re – �s vele egy�tt a gravit�ci�s hull�mok er�ss�ge is, amelyek a F�ldet el�rve egy atommag �tm�r�j�nek durv�n 10-szeres�vel mozd�tj�k ki az �ce�nokat a norm�lis helyzet�kb�l. A 21. sz. csillag�szainak feladata lesz, hogy amit a 20. sz�zadban elm�letben megj�soltak, a gyakorlatban kimutass�k.

A gravit�ci�s hull�mok �rz�kel�s�re fejlesztett�k ki a LIGO –t (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory). A gravit�ci�s hull�mok az elektrom�gneses hull�mokhoz hasonl�an terjednek, �m sokkal gyeng�bbek, hiszen a gravit�ci�s er� is gyeng�bb, mint az elektrom�gneses k�lcs�nhat�s. Hasonl�an gravit�ci�s hull�mok alakulnak ki fekete lyukak �tk�z�sekor is, de m�g er�sebbek.

2. Leegyszer�s�tve a k�vetkez� t�rt�nik: a nagyenergi�j� robban�s keltette l�k�shull�m k�zel f�nysebess�ggel mozog, majd a csillagk�zi g�zzal k�lcs�nhat�sba ker�lve gamma-, r�ntgen-, optikai tartom�nybeli sug�rz�st illetve r�di�hull�mokat kelt. A folyamat a relativisztikus robban�shull�m, melynek sor�n a sug�rz�si teljes�tm�ny a lecseng�s ideje alatt az id�vel ford�tott ar�nyban cs�kken, de n�ha gyorsabban.

Ha lecseng�si id� alatt a f�nyess�get az id� f�ggv�ny�ben logaritmikus sk�l�n �br�zoljuk, a kapott g�rbe – ami egy hatv�nyf�ggv�ny – k�zel egyenes lesz. Ez –1 �s –2 k�z�tti hatv�nykitev�t jelent, ami a sug�rz�s egys�gnyi id�n bel�li 10-ed, illetve 100-ad r�sz�re – �ltal�ban a kett� k�z�tti �rt�ket m�rnek – val� cs�kken�s�t jelenti.

Hogy a folyamat sor�n gamma-sug�rz�s keletkezzen, a l�k�shull�mnak a f�nysebess�get megk�zel�t� sebess�ggel kell haladnia, �gy csak kev�s nagy t�meg� r�szecsk�t – amilyenek a barionok is, pl. protonok…- tartalmazhat.

Ha viszont relativisztikus sebess�gekr�l van sz�, akkor a speci�lis relativit�selm�let k�vetkezm�nyeivel is sz�molnunk kell. A k�ls� megfigyel�h�z k�pest f�nysebess�ghez k�zeli sebess�ggel v�gbemen� mozg�sokn�l a t�vols�gok l�tsz�lagos r�vid�l�se, �s az id� Lorentz-transzform�ci�nak megfelel� lelassul�sa (id�dilat�ci�) l�p fel. Ez azt jelenti, hogy amit – az ut�nf�nyl�ssel egy�tt – n�h�ny naposnak �szlel�nk, a robban�s hely�n h�napokig is eltarthatott.

Az eredeti f�nyess�g �s energia meghat�roz�s�t azonban m�r el�g er�sen befoly�solja, hogy a sug�rz�s nagy sebess�ggel mozog a megfigyel� fel�, melynek k�vetkezt�ben hull�mhossza lecs�kken – teh�t a frekvenci�ja megn� –ami a sz�nk�pvonalak kisebb hull�mhosszak fel� val� eltol�d�s�t jelenti, vagyis a k�k tartom�ny fel�: ez a k�keltol�d�s. (Ellenkez� esetben ennek ford�tottja t�rt�nik, ami v�r�seltol�d�st jelent, �s a legt�bb extragalaxis eset�ben fenn�ll.) A k�keltol�d�s sor�n megsokszoroz�dik a fotonok energi�ja, ami feler�s�ti a f�nyess�get. Teh�t az eredeti f�nyess�g �s energia meghat�roz�s�ra egy, a l�k�shull�m sebess�g�vel mozg� koordin�ta-rendszert kellene alkalmazni, illetve a kozmol�giai t�rg�rb�l�st is figyelembe kellene venni.

De ha a robban�s eredeti energi�j�t kell meghat�roznunk, tudnunk kell, hogy a sug�rz�s minden ir�nyban azonos mennyis�gben hagyja-e el az objektum fel�let�t. Sok esetben ugyanis �ppen az ellenkez�j�vel tal�lkozunk. Az ilyen objektumokn�l a sug�rz�s nyal�bba rendez�dik (kollim�l�dik), ami a felt�telezett �sszenergia ak�r 100-ad r�sz�re val� cs�kken�s�t is okozhatja. Megfigyelhet� a jelens�g a Nap eset�ben, a protocsillagokn�l, a planet�ris k�d�kn�l, a fekete lyukakn�l, a kvaz�rokn�l �s a blaz�rokn�l is.

A tud�sok most legink�bb az ut�bbi lehet�s�g mellett �rvelnek, egyr�szt az energia – eddigi tapasztalatok alapj�n – irre�lis m�rt�ke, m�sr�szt az ut�nf�nyl�s esetenk�nti gyorsabb halv�nyod�sa miatt. Az ut�bbi ugyanis arra utal, hogy a robban�shull�m nem lehetett g�mbszimmetrikus.

Ahogy ezeket az elm�leteket megalkott�k, �jra�rtelmezt�k az el�bb eml�tett gigantikus esem�nyeknek v�lt kit�r�seket is, �s jelent�sen m�dos�tott�k az energia felt�telezett �rt�k�t. A GRB 990123 kor�bban 3 ezer szupern�va t�gul�si energi�j�val egyen�rt�k�nek hitt energia-kibocs�t�sa egy neutroncsillag �sszeroskad�sakor felszabadul� �sszenergia 10%-�ra cs�kkent, ami egy norm�l szupern�va-robban�s t�gul�si energi�j�nak 10-szerese.

�m egyeseknek m�g ez sem volt el�g meggy�z� �rv a sug�rz�s kollim�lt volta mellett. Az „ellenz�k” �ll�t�sa szerint a nagy t�meg� csillagokat az �ltaluk kidobott csillagsz�l veszi k�r�l, amibe bele�tk�zve a g�mbszimmetrikus l�k�shull�m gyorsabban lelassul, ami �gy magyar�zatot jelenthet az ut�nf�nyl�s gyors lefoly�s�ra is.

�m az elm�letek eg�szen 1998. �pr. 25.-�ig csak elk�pzel�sek voltak. A BeppoSAX egy r�ntgen-sug�rforr�s p�rt �rz�kelt, melyek k�z�l az egyik szab�lyos lecseng�si id�vel rendelkezett, a m�sik l�tsz�lag �lland�an sug�rzott. Az optikai tartom�nyban a forr�s hely�n egy szupern�v�t –SN 1998 bw – tal�ltak, igaz, nem pontosan egyezett a helyzete a gamma-forr�s�val (GRB 980425). Mikor siker�lt pontosabban meghat�rozni a poz�ci�j�t, kider�lt, hogy az egyik – egyenletesen sug�rz� – r�ntgenforr�s helyzete egyezik az optikai tartom�nybeli felvillan�s�val. N�h�ny nappal k�s�bb a szupern�va ir�ny�ban egy r�di�forr�s is felt�nt. Az esem�ny 40 Mpc (vagyis kb. 130 milli� f�ny�v) t�vols�gra t�rt�nt. Spektruma alapj�n az Ic t�pus� szupern�v�khoz tartozik, �m a folyamat sor�n felszabadult �sszes energia nagys�ga – f�nyess�g�b�l k�vetkeztetve – nagyobb volt, mint ami a szupern�va-robban�sok sor�n felszabadul.

F�nyess�g�b�l az is kider�lt, hogy a folyamat – a csillagmag �sszeroppan�sa – sor�n radioakt�v Ni k�pz�d�tt, m�gpedig kb. 0,7 napt�megnyi mennyis�gben. A Ni-t a g�mbszimmetrikust�l elt�r�, aszimmetrikus robban�shull�m Si h�jba �tk�z�se hozza l�tre, a l�k�shull�m er�ss�g�b�l pedig egy 10-szeres napt�meg� sz�n �s oxig�n �sszet�tel� mag robban�sa k�vetkezik. A robban�s sor�n keletkez� gamma-sug�rz�s 2-f�le komponensb�l �ll �ssze. Az egyik egyenletesen sz�r�dik sz�t, �s �rt�ke 1000-szer kisebb, mint egy szupern�va-robban�s energi�ja. A m�sik komponens er�sen kollim�lt, relativisztikus anyagnyal�b, mely a sz�n-oxig�n �sszet�tel� mag k�rny�k�nek tengelye ment�n – a forg�si vagy a m�gneses tengely ment�n – t�r el� k�zel f�nysebess�ggel, �s er�s m�gneses t�rrel rendelkezik. Ez hordozza a robban�s sor�n felszabadul� energia 10%-�t.

A kisebb energi�j� �sszetev� csak a robban�s 100 milli� f�ny�v sugar� k�rnyezet�ben �szlelhet�, a m�sik – er�sen kollim�lt – �sszetev� viszont csak akkor, ha pontosan a F�ld fel� mutat, vagyis kb. 1000 kit�r�sb�l egy alkalommal.

A m�r eml�tett m�sik t�pus, a kollapsz�rok eset�ben az energia-felszabadul�s sokkal nagyobb, a robban�s sor�n �tmenetileg kialakul� neutroncsillag t�mege ugyanis akkora, hogy fekete lyukk� roppan �ssze. A gamma-sug�rz�s a fekete lyukba zuhan� anyag �s a lyuk k�z�tti s�rl�d�s k�vetkezt�ben alakul ki. Ha az �tmenetileg kialakul� neutroncsillag t�meg�t n�velj�k, a neutroncsillag – �llapotban t�lt�tt id� lecs�kken, a folyamat energi�ja pedig n�. Egy bizonyos t�meghat�r felett a neutroncsillag ki sem alakul. Az optikai tartom�nyban kisug�rzott energia, vagyis a f�nyess�g a t�meg n�vel�s�vel – ami a h�m�rs�klet n�veked�s�t is jelenti - kezdetben n�, majd egy bizonyos t�meget el�rve cs�kken.

Egyik – az el�bbiekben bemutatott – modell sem teljes. Kidolgoz�suk �s pontos�t�suk m�g folyamatban van, �m ehhez m�g tov�bbi �szlel�sek �s szuper-sz�m�t�g�pes szimul�ci�k sz�ks�gesek.

Rejt�ly vagy katasztr�falehet�s�g?

A csillag�szok t�bb gener�ci�j�t foglalkoztat� probl�ma sokak szem�ben azonban egy �jabb csoportj�t jelenti – a kisbolyg�k �s �st�k�s�k mellett – a glob�lis katasztr�f�val fenyeget� objektumoknak, igaz, a n�pszer�s�g�ket – egyel�re - m�g csak meg sem k�zel�tik… A sokak �ltal „hal�lcsillagokk�nt” emlegetett kit�r�sek egyesek szerint kulcsfontoss�g�ak a Fermi-paradoxon megold�s�ban. Arr�l van sz�, hogy a F�ld helyzete, mint m�r tudjuk, egy�ltal�n nem kit�ntetett: egy �tlagos, G2 sz�nk�pt�pus� csillag k�r�l kering, ami a f�sorozat k�zep�n helyezkedik el, k�s�r�je nincs, luminozit�sa kb. 10 MD �ven �t k�zel �lland�, a Tej�trendszer f�s�kj�nak k�zel�ben – az Orion karban – kering Galaxisunk k�z�ppontja, a Sagittarius A k�r�l. (1999-es sz�m�t�sok alapj�n 226 milli� �v a peri�dusa – vagyis ennyi egy galaktikus �v.) Ilyen csillag teh�t minden galaxisban akad, soknak k�z�l�k bizony�ra bolyg�i is vannak, az sem kiz�rt, hogy a lakhat� z�n�ban. Az �let felt�telei teh�t elvben adottak az Univerzumban, a f�ldi civiliz�ci� mellett kifejl�dhetett m�s, kapcsolatteremt�sre – esetleg csillagk�zi utaz�sra – k�pes technikai civiliz�ci�. J�, de akkor hol vannak? Ezt k�rdezte 1950-ben Enrico Fermi olasz fizikus is, a Los Alamos-i Nemzeti Laborat�riumban. Egyes – gamma-kit�r�sekkel foglalkoz� szakemberek – azt �ll�tj�k, hogy tudj�k a v�laszt. Elm�let�k szerint az, egy �tlagos galaxisban n�h�ny sz�zmilli� �vente bek�vetkez� kataklizmaszer� esem�nyek, a gamma-felvillan�sok k�pesek steriliz�lni kozmikus k�rnyezet�ket.

De mi is t�rt�nik ekkor val�j�ban? A kit�r�s sor�n keletkez� jetek ir�ny�ba es� ter�letek 200 f�ny�ven bel�l val�ban teljesen alkalmatlann� v�lnak az �let sz�m�ra. A gamma-sugarak ugyanis a f�ldet el�rve reakci�ba l�pn�nek a f�ldi l�gk�rben tal�lhat� N-nel, �s nagy mennyis�gben hozn�nak l�tre nitrog�n-oxidot. A jelens�get a sug�rz�s hat�s�ra relativisztikus sebess�gre gyors�tott r�szecsk�k kiv�ltotta k�kes f�ny� Cserenkov-sug�rz�s k�s�rn�, amit a nappali �g s�t�ted�se �s az �zon-r�teg megsemmis�l�se k�vetne. Az �gy t�bb� m�r nem kiv�dhet� ultraibolya sugarakn�l is vesz�lyesebb azonban, ami ezut�n k�vetkezik: a r�szecsk�nk�nt t�bb trilli� eV �rt�k�, f�leg m�onokb�l �ll� r�szecskesug�rz�s, ami kb. egy h�napon �t tartana a gamma-kit�r�st k�vet�en, �s norm�lis k�r�lm�nyek k�z�tt 10 milli� �v teljes kozmikus sug�rz�s�nak felel meg.

Ez persze nem t�l biztat�, �m egyel�re nem ismer�nk olyan csillagot 200 f�ny�v sugar� kozmikus k�rnyezet�nkben, ami a k�zelj�v�ben hipern�vak�nt fejezn� be �let�t… A gamma-kit�r�sek �gy egyel�re elker�lhetik a sci-fi rendez�k kisbolyg�k �s �st�k�s�k �ltal beragyogott kulissz�it.

HELYZETJELENT�S 2004-b�l

A gamma-felvillan�sok j�l ismert 2 t�pusa k�z�tti �les hat�r lassan leomlani l�tszik, amihez t�bbek k�z�tt magyar csillag�szok – Horv�th Istv�n, Bal�zs Lajos, Vavrek Roland, Bagoly Zsolt – is hozz�j�rultak, ugyanis egy 5 s k�r�li id�tartam� csoportot mutattak ki a CGRO BATSE detektor�nak adatai alapj�n. Azt is siker�lt kimutatniuk, hogy ez a 3., �j felfedez�s� csoport nem k�veti az egyenletes eloszl�sr�l fenn�ll� elk�pzel�seket, teh�t anizotrop elhelyezked�s�ek.

Tov�bbi eredm�nyek v�rhat�k az id�k�zben fell�tt, �s �sszef�gg� h�l�zatt� szervez�d�tt m�holdakt�l. A GRB Coordinates Network -r�l van sz�, amely olyan m�holdak seg�ts�g�vel hat�rozza meg a kit�r�sek poz�ci�it – �s teszi �ket el�rhet�v� az interneten amat�r �s professzion�lis csillag�szoknak egyar�nt – mint a m�r eml�tett HETE-2, az INTEGRAL (International Gamma-ray Astrophysical Laboratory), IPN (bolyg�k�zi gamma-detektor), RXTE-PCA, RXTE-ASM, BeppoSAX, GRO-COMPTEL, ALEXIS �s SWIFT. A m�dszer viszonylag egyszer�: a m�holdak t�vols�g�b�l ad�d� – �s att�l f�gg� – �szlel�si id�k k�l�nbs�g�b�l n�h�ny sz�gperces pontoss�ggal meghat�rozhat� a forr�s helyzete. A szervezet el�dje a BACODINE rendszer, ami a CGRO �s a BATSE adatai alapj�n m�k�d�tt. Az AAVSO -val (American Association of Variable Star Observers – Amerikai V�ltoz�csillag �szlel�k Egyes�lete) k�z�sen az amat�r �s professzion�lis csillag�szok �sszefog�sa a c�l a gamma-kit�r�sek optikai tranziens�nek kimutat�s�ra.

B�r az el�z�leg k�z�lt f�nyess�gadatok nem a legbiztat�bbak egy amat�rcsillag�sz sz�m�ra, ez a ter�let sem eg�szen idegen az amat�r�kt�l, �s ezt a 2003. j�l. 25-�n t�rt�nt esem�nyek is f�nyesen bizony�tj�k. Els�k�nt t�rt�nt ugyanis, hogy egy amat�rcsillag�sz fedezte fel egy gamma-kit�r�s optikai komponenseit. Az esem�nyek alakul�s�ban persze az is k�zrej�tszott, hogy az IAU (International Astronomical Union – Nemzetk�zi Csillag�szati Uni�) �ppen ezen a napon tartotta a k�zgy�l�s�t Sydney -ben, t�vol tartva a csillag�sz-t�rsadalmat a vil�g t�vcs�veit�l… Ez azonban egy kicsit sem von le Berto Monard �rdem�b�l, aki pretoriai (D�l-Afrika) mag�nobszervat�rium�b�l, 7 �r�val a HETE-2 felfedez�se ut�n �szlelte a GRB 030725 optikai komponenseit egy 30 cm-es Schmidt-Cassegrain t�vcs�vel. Az AAVSO adatai egy 30 �vperces (telihold-m�ret�) ter�letet jel�ltek ki. Monard �szlel�seit j�l. 29-�n a chilei La Silla-i Obszervat�rium 1,5 m-es t�vcs�v�vel is meger�s�tett�k, az objektum akkor m�r mind�ssze 20 magnit�d�s volt. Fontos esem�ny ez az amat�r�k sz�m�ra, hiszen olyan falakat rombolt le Monard ezzel, amik �vtizedeken kereszt�l h�z�dtak k�zt�k �s a professzion�lis csillag�szok k�z�tt a gamma-felvillan�sok kutat�s�ban.

A k�vetkez� nagy l�p�s el�rel�that�an a GLAST (Gamma-ray Large Area Telescope) 2006-os �zembe helyez�se lesz.

Hogy mi�rt �rdemes gamma-kit�r�sekkel foglalkozni? Azt hiszem, akit ebben az �r�somban nem siker�lt meggy�zn�m ennek a ter�letnek a sz�ps�g�r�l, azt hi�ba pr�b�ln�m befoly�solni. Mindenesetre, akik egy �letre elk�telezik magukat a GRB- jelens�g kutat�sa mellett, olyan utat v�lasztanak, amit a titokzatoss�g �s rejt�lyek sokas�ga �vez.

Sosem szabad azonban szem el�l t�veszten�nk, hogy ez a ter�let is csak egy kis r�szlete a modern asztrofizika sz�mos probl�m�i egyik�nek, �s jelmondatnak �gy Stephen Hawking szavait id�zn�m:

„A c�lom egyszer�: az Univerzum teljes meg�rt�se.”