Nowe analizy prawie dwóch tysięcy błysków gamma – najpotężniejszych we Wszechświecie, a zarazem tajemniczych eksplozji, w których powstają czarne dziury – wykazały, że dwie ich główne odmiany (długie i krótkie błyski) powstają w wyniku różnych wydarzeń.

W programie spieranym przez NASA i węgierską Narodową Fundację Badań, zespół europejskich i amerykańskich naukowców przebadał dane 1972 błysków gamma zebrane przez instrument BATSE Obserwatorium Promieni Gamma Comptona NASA w latach 1991-2000. Dostrzeżono znaczne rozbieżności między wzorami promieniowania błysków krótkich (trwających poniżej dwóch sekund) i błysków długich, co wskazuje ich różne pochodzenie.

„Z dużym stopniem pewności statystycznej możemy powiedzieć, że prezentuje to odmienne zachowanie fizyczne” – mówi Lajos Balazs z Obserwatorium Konkoly w Budapeszcie, główny autor pracy opublikowanej w magazynie Astronomy & Astrophysics. Analizy przemawiają za rosnącym przekonaniem, że długie błyski gamma pochodzą z niezwykłych wybuchów gwiazd ponad 30 razy masywniejszych od Słońca. Krótkie błyski miałyby powstawać podczas gwałtownych zderzeń dwóch ciał: gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury, bądź w zupełnie innych fizycznie okolicznościach zapadania się.

„Podejrzewa się, że w obu przypadkach błysk gamma kończy się powstaniem nowej czarnej dziury” – mówi profesor Peter Meszaros z Wydziału Astronomii i Astrofizyki Uniwersytetu Stanowego Penn. Problem tkwi w próbie odnalezienia wskazówek, które pomogą objaśnić, czy dwa typy błysków powstają w wyniku różnych zachowań tych samych obiektów, czy też tych samych zachowań różnych ciał.

Błyski gamma są jak 10⁴⁵-watowa żarówka, ponad tryliard razy jaśniejsza niż Słońce. Choć są dość częste – wykrywa się około jednego dziennie – to szybko bledną i występują w losowych miejscach, nigdy dwa razy w tym samym miejscu. Trwają od kilku milisekund do około 100 sekund, najczęściej jest to około 10 sekund. Większość błysków powstaje w odległych zakątkach Wszechświata, miliardy lat świetlnych od naszej Galaktyki.

Wyniki poprzednich badań wykazały, że krótkie błyski mają twardsze spektra, co oznacza, że zawierają fotony o relatywnie większej energii niż w długich błyskach. W przypadku krótkich błysków fotony uderzają w detektor blisko siebie w przeciwieństwie do fotonów pochodzących z długich błysków, co również wskazuje na różne ich źródło.

Informacje te są cenne ponieważ wskazują na mechanizm powstawania promieniowania gamma, choć ich źródła nie zostały jeszcze scharakteryzowane. W badaniach Balazs i jego koledzy poszukiwali korelacji między właściwościami rejestrowanego promieniowania gdy są znamienne dla długich lub krótkich błysków.

Zespół przebadał czas trwania i wypływ energii (energia wszystkich fotonów wyemitowanych podczas aktywnej fazy wybuchu będąca iloczynem energii pojedynczego fotonu, ich strumienia i czasu trwania) 1972 błysków gamma. W obu kategoriach błysków występuje korelacja między energią a czasem – im dłuższy błysk tym większa jego energia. Ale siła tej współzależności w obu kategoriach jest statystycznie różna (przy poziomie sigma-istotności 4,5 czyli z ponad 99,8% pewnością). Ta różnica nakłada ograniczenia na potencjalne źródła błysków lub ich działanie.

W długich błyskach czas trwania i wypływ energii są wprost proporcjonalne, sugerując, że promieniowanie gamma powstaje mniej więcej w stałym tempie. W krótkich błyskach to tempo spada, źródło jest więc mniej efektywne.

Wydaje się niemożliwe, aby dwa typu błysków gamma powstawały w tym samym mechanizmie. Choć zespół naukowców wstrzymuje się przed dokładnym określeniem źródeł błysków, to wskazuje, że długie mogą pochodzić z masywnych eksplozji gwiazd, a krótkie z zupełnie innego procesu: zderzeń lub przebiegających w zupełnie inny sposób wybuchów gwiazd. Takie wyraźne różnice w zależności między okresem błysku a wypływającą w jego trakcie energią będą musiały być ilościowo określone w przyszłych modelach fizyki błysków gamma.