Dane z należącego do NASA Chandra X-ray Observatory dotyczące obserwacji rentgenowskiej poświaty towarzyszącej błyskowi gamma, posłużyły grupie naukowców do wysunięcia interesującej hipotezy. Według nich te tajemnicze błyski powstają podczas tworzenia się elektromagnetycznej czarnej dziury. Może być to pierwsze potwierdzenie tezy o gwałtownym wydobywaniu się energii z naładowanej czarnej dziury.

Zespół, kierowany przez pracującego na Uniwersytecie Rzymskim Rema Ruffiniego, korzystał z danych Chandry, włosko-holenderskiego satelity Beppo-Sax oraz satelity Rossi-XTE, aby skonfrontować swój teoretyczny model błysków gamma z obserwacjami. Błyski gamma to kosmiczne eksplozje obserwowane jako wyjątkowo silne, punktowe źródła promieniowania gamma i rentgenowskiego, uwalnianego w krótkim czasie.

Jak odnotowano w artykule, który ukazał się 10 lipca w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, Ruffini i jego współpracownicy odkryli, że intensywność i czas emisji zarówno promieniowania gamma, jak i rentgenowskiej poświaty, mogą być wyjaśnione za pomocą ich modelu. Zakłada on tworzenie się nieobracającej się (dla uproszczenia), naładowanej elektrycznie czarnej dziury.

Model ten opiera się na możliwości powstania bardzo silnego pola elektrycznego podczas zapadania się masywnej gwiazdy do postaci czarnej dziury. Energia tego pola może w jednej miliardowej części nanosekundy zostać zamieniona w pary elektronów i pozytonów (antyelektronów). Cząstki te szybko anihilują ze sobą, wytwarzając ogromną falę energii, rozchodzącą się z prędkością bliską prędkości światła. Powoduje to podgrzanie tej części gwiazdy, która pozostaje jeszcze poza czarną dziurą do temperatury miliardów stopni Celsjusza. Następnie rozgrzana materia zostaje odrzucona z prędkością porównywalną z prędkością światła, co owocuje eksplozją obserwowaną jako błysk gamma.

Ruffini wraz ze współpracownikami obliczyli szczegółową ewolucję tej teoretycznej kuli ognia i porównali ją z obserwacjami promieniowania rentgenowskiego powstałego podczas błysku gamma z 12 grudnia 1999 roku (GRB 991216). Na podstawie swoich obliczeń zespół ustalił, że teoria zgadza się z obserwacjami, jeżeli 99,99 procent początkowej masy gwiazdy (równej 12 masom Słońca) zapadło się do postaci czarnej dziury, mającej ładunek równy około 10 procentom maksymalnego.

Zgodność pomiędzy teorią a danymi obserwacyjnymi jest doskonała” – mówi Ruffini. “Obserwacje błysków gamma to świetne narzędzie do testowania modelu, a te dane wskazują, że możemy mieć do czynienia z formacją elektromagnetycznej czarnej dziury i z ubytkiem jej energii“.

W 1971 roku, Demetrios Christosdoulous i Ruffini (wtedy na Princeton) obliczyli, że czarne dziury to nie tylko pożeracze energii, ale że mogą to być największe źródła energii we Wszechświecie. Każda z nich wypromieniowuje nawet 50 procent energii zawartej w swojej masie. To właśnie Ruffini razem z Thibau Damourem, obecnie najmłodszym członkiem Francuskiej Akademii Nauk, wykazali w 1975 roku podczas pracy w Princeton, że proces kreacji elektronów i pozytonów może prowadzić do ubytku energii czarnej dziury.

W innym artykule, który także ukazał się w The Astrophysical Journal Letters, Ruffini i jego zespół wysuwają hipotezę, że kolizja rozszerzającej się kuli ognia z niedaleką gwiazdą może doprowadzić do wybuchu tej gwiazdy jako supernowej. Sugerują, że wyjaśni to związek pomiędzy niektórymi błyskami gamma a supernowymi, oraz uczyni zrozumiałymi szczegóły dotyczące emisji promieniowania rentgenowskiego przez jony żelaza, zaobserwowanego przez Chandre podczas błysku GRB 991216. Inne teorie dotyczące błysków gamma miały trudności z opisaniem tych zjawisk.

Współautorami tych artykułów są Carlo Bianco, Federico Fraschetti i She-Sheng Xue z Uniwersytetu Rzymskiego, oraz Pascal Chardonnet z Uniwersytetu Sabaudzkiego (LAPTH) we Francji.

Autor

Jan Urbański