Gåten gammaglimt løses

  • naturvitenskap

Når de tyngste stjernene dør, oppstår av og til de voldsomste eksplosjonene i Universet - hypernovaer. Dette skjer dersom den døende stjernen roterer raskt. I det kjernen dens klemmes tettere og tettere sammen, øker rotasjonsfarten tilsvarende dramatisk. Akkurat i det tyngdekreftene prøver å kræsje kjernen sammen til et sort hull, skjer det ytterst dramatiske ting!





En klem uten like!

Den aller innerste delen av kjernen har en så ekstrem tetthet at en teskjefull av stoffet ville veid 10 000 tonn!! Det er heller ikke særlig kaldt der - temperaturen er godt over 10 milliarder grader. Sentrifugalkreftene fra den enorme rotasjonen klemmer likevel den innerste kjernen sammen til en virvlende skive av superhet gass. I midten av denne malstrømmen oppstår etter noen sekunder et sort hull. Nå er alt lagt til rette for et realt ragnarokk!

Tenk deg at du slipper en stein ned på bakken. Det kommer et smell i det steinen treffer bakken og dersom steinen treffer fjellgrunn kan det sprute gnister. Dette skyldes at energi frigjøres når noe faller gjennom et tyngdefelt mot et tungt legeme slik som Jorden jo er. Det frigjøres like mye energi som du brukte på å løfte steinen.

Rundt et sort hull er tyngdekreftene enormt mye kraftigere. Dermed frigjøres det ufattelige energimengder når gassen suges inn i det sorte hullet. Kjernen i en slik tung stjerne veier flere millioner ganger mer enn Jorden, så energimengdene som frigjøres er virkelig ekstreme. Men slipper de ut? Dersom energien forsvinner inn i det sorte hullet sammen med gassen, skjer det ingen eksplosjon.

Uslåelige jetstråler

Beregninger som er utført de siste årene viser at en del av gassen nå blir slynget ut langs polene til malstrømmen. To intense søyler med superhet gass trenger seg ut gjennom det ytre av stjernen og ut i verdensrommet. Søylene kalles jetstråler og forårsaker at ekstreme mengder med gammastråling lages og sendes ut i rommet. Det er som om naturen skulle stått med en gigantisk lommelykt og sendt to lyskjegler utover i verdensrommet. Gammastrålene har hundre tusen ganger mer energi enn lyset vi er vant til.

Når strålingen etter kanskje milliarder år på farten når frem til Jorden og detektorene som går i bane rundt vår planet, registreres et såkalt gammaglimt. Fenomenet ble oppdaget på slutten av 1960-tallet og var lenge et av astronomiens virkelig store mysterier. Nå vet vi at døende tunge stjerner forårsaker de fleste gammaglimtene, men forklaringen er mer mystisk og utrolig enn noen kunne forestilt seg.

Men hva er motoren?

Gassen i jetstrålene kan bevege seg med opptil 99.99% av lysets hastighet og sender i et minutts tid ut like mye energi som resten av Universet gjør til sammen! Men hva er det egentlig som slynger jetstrålene utover?

La oss se nærmere på skiven av gass som virvler i spiral inn mot det sorte hullet. Beregninger utført de siste årene viser at trykket er mye mindre ved polene enn ved ekvator der de enorme gassmengdene utenfra trykker på for å komme innover. Effekten er omtrent som når du stikker hull på en fullt oppblåst ballong: Gassen farer eksplosivt ut gjennom hullet og på sin vei sprenger den resten av ballongen (stjernen i vårt tilfelle). Dette har imidlertid ikke gitt nok energi.

Forskerne har spekulert på om de merkelige nøytrinoene er involvert. Nøytrinoer er nesten masseløse partikler som dannes i enorme mengder i svært varme gasser. De passerer fritt gjennom nesten all materie. For eksempel passerer det 67 milliarder nøytrinoer fra Solen gjennom hver kvadratcentimeter av oss hvert sekund.

De samme nøytrinoene passerer også tvers gjennom Jorden uten å bli hindret. Faktisk passerer de fritt ut av Solen etter at de er dannet i kjernen. Nøytrinoene bruker 2 sekunder på å komme ut av Solen - lys bruker over 10 millioner år fordi det må sikksakke seg mellom alle atomene. Både positive og negative nøytrinoer vil bli dannet under så ekstremt varme og tette forhold som råder innerst i den døende stjernen. Motsatte partikler som kolliderer danner gammastråling og kan drive jetstrålene og dermed eksplosjonen. Men nå viser beregninger at det blir knapt med energi dersom dette er den fulle forklaringen.

Magnetfelt uten sidestykke

Gassene i stjerner er så varme at elektronene er sparket løs fra atomkjernene. Vi sier at gassen er ionisert. Når slik gass virvler rundt, vil det oppstå magnetfelt gjennom en dynamoprosess på samme måte som når vi gnir bestemte stoffer mot hverandre her på Jorden. I malstrømmen i kjernen av en døende meget tung stjerne kan det bli dannet svært voldsomme magnetfelter. Magnetfeltene blir på samme måte som rotasjonen dessuten komprimert når kjernen blir komprimert.

På en internasjonal konferanse på Lanzarote ble det i sommer vist at magnetfeltet kan lede mer enn nok energi over til jetstrålene til å lage selv de voldsomste gammaglimtene. Kanskje skjer noe lignende, men i noe mer moderate former, også i mer ordinære supernovaer. På den samme konferansen ble det vist at også mange supernovaer har svake jetstråler.

Fortsatt mysterier

Selv om forklaringen kanskje er funnet, er den fortsatt mye som ikke forstås. Forskerne må finne ut mer om hvordan magnetfeltene oppstår, hvordan kjernen roterer og dessuten undersøke de andre fenomenene som opptrer i disse spektakulære eksplosjonene.

Det er derfor viktig å oppdage lysglimtene som kan opptre sammen med enkelte gammaglimt. Bare i ett tilfelle har astronomene klart å være raske nok med teleskopene til å fange inn et slikt lysblaff - 23. januar 1999. I Norge har vi en kampanje der alarmer automatisk blir sendt til mobiltelefoner når observatoriene observerer et gammaglimt. Amatørastronomer kan dermed gjøre en enormt viktig jobb med å oppdage lysblaff.

I Norge forsøker vi dessuten å utvikle modeller som kan brukes til å forutsi gammaglimt i vår egen galakse og de nærmeste galaksene. Slike gammaglimt vil være farlige for oss og resten av livet på Jorden. Det ser ut til at eksplosjonene kan varsles opptil 1,5 år før de skjer.