Εκλάμψεις ακτίνων γ

Οι εκρήξεις ή εκλάμψεις ακτίνων γ, με διεθνή αναφορά και συμβολισμό GRB (Gamma-Ray Burst), είναι συγκεντρώσεις συμπυκνωμένης ακτινοβολίας γ που δημιουργούνται κατά τη γέννηση μαύρων οπών, από τη σύγκρουση αστέρων νετρονίων, από εκρήξεις σουπερνόβα, από άστρα νετρονίων που τρώγονται από μαύρες τρύπες και από άστρα που καταρρέουν.

Πρώτη ανίχνευση

Η πρώτη ανίχνευση των εκρήξεων ακτίνων γ έγινε από στρατιωτικούς, και όχι επιστημονικούς, τεχνητούς δορυφόρους. Συγκεκριμένα, η απαγόρευση διεξαγωγής δοκιμών πυρηνικών όπλων στην ατμόσφαιρα το 1963, ώθησε το αμερικανικό Πεντάγωνο να εκτοξεύσει μια σειρά δορυφόρων, τους Vela, εξοπλισμένων με ανιχνευτές ακτίνων Χ και γ ικανούς να καταγράφουν ακτίνες από όλες τις κατευθύνσεις, για να «προσέχουν» μήπως κάποια χώρα δοκίμαζε παράνομα πυρηνικές κεφαλές στην επιφάνεια της Γης, στον αέρα ή στο διάστημα. Αποτελεί ειρωνεία της τύχης το γεγονός ότι οι δορυφόροι αυτοί δεν ανίχνευσαν ποτέ έκρηξη πυρηνικού όπλου, αλλά συνέλαβαν από την αρχή (2 Ιουλίου 1967) εκρήξεις ακτίνων γ (Gamma-Ray Bursts, GRB) από τα βάθη του Σύμπαντος.

Περαιτέρω μελέτες

Τριάντα χρόνια αργότερα, μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του επιστημονικού δορυφόρου-αστεροσκοπείου ακτίνων γ "Compton GRO" αφορούσε τη φύση των εκρήξεων ακτίνων γ. Μέχρι τότε, οι περισσότεροι αστρονόμοι πίστευαν ότι προέρχονταν από αστέρες νετρονίων στην άλω του δικού μας Γαλαξία, σε αποστάσεις κάτω των 200.000 ετών φωτός. Λίγοι μόνο αστρονόμοι, όπως ο Bohdan Paczynski του Πανεπιστημίου Πρίνστον, υποστήριζαν ότι οι ξαφνικοί αυτοί συρμοί ακτίνων γ έφθαναν σε μας από δεκάδες χιλιάδες φορές μεγαλύτερες αποστάσεις, ίσως και από τα όρια του ορατού Σύμπαντος, και επομένως πρόδιδαν την ύπαρξη φαινομένων ισχυρότερων κατά εκατοντάδες εκατομμύρια φορές, βίαιων γεγονότων στα οποία ενέργεια ίση με τη συνολική παραγωγή του Ήλιου τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια απελευθερώνεται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα. Το GRO ανακάλυψε ότι η κατανομή τους στην ουράνια σφαίρα ήταν ισοτροπική, δηλαδή προέρχονταν εξίσου από όλες τις διευθύνσεις και δεν έδειχναν συγκέντρωση προς το ημισφαίριο που περιλάμβανε το κέντρο του Γαλαξία μας ή προς τον Μεγάλο Γαλαξία της Ανδρομέδας (M31). Με τον τρόπο αυτό δόθηκε ισχυρότατη υποστήριξη στην άποψη του Paczynski. Μία πιθανή εξήγηση της δημιουργίας των συρμών αυτών είναι ότι συνιστούν τα ίχνη του θανάτου διπλών συστημάτων αστέρων νετρονίων σε μακρινούς γαλαξίες, με τη σύγκρουση των δύο αστέρων μεταξύ τους και τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας.
Η συνεργασία του GRO με τον ευρωπαϊκό τεχνητό δορυφόρο BeppoSAX, που ανιχνεύει ακτίνες Χ, έδειξε ότι εκρήξεις ακτίνων γ (στις 28 Φεβρουαρίου 1997 και το Μάιο 1997 στους αστερισμούς Ωρίωνα και Καμηλοπάρδαλη αντίστοιχα) συνοδεύονταν από εκπομπή ακτίνων Χ. Επειδή οι ανιχνευτές του BeppoSAX μπορούν να εντοπίσουν με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια τη θέση της πηγής στον ουρανό, πραγματικός συναγερμός σήμανε σε αμφότερες τις περιπτώσεις στη διεθνή αστρονομική κοινότητα και, όσο γινόταν γρηγορότερα, τα ισχυρότερα τηλεσκόπια του κόσμου στράφηκαν προς τις διευθύνσεις που υπέδειξαν οι δορυφόροι. Στην πρώτη περίπτωση εντοπίσθηκε ένα αμυδρό φωτεινό σημείο, ένα εκατομμύριο φορές αμυδρότερο απ' ό,τι μπορεί να διακρίνει το γυμνό μάτι, που εξαφανίσθηκε πριν μελετηθεί καλά. Στη δεύτερη περίπτωση όμως εντοπίσθηκε ένα λίγο φωτεινότερο σημείο λίγες ώρες μετά τον συρμό ακτίνων γ, και οι αστρονόμοι πρόλαβαν να καταγράψουν το φάσμα του με το τηλεσκόπιο Keck II στη Χαβάη τρεις ημέρες αργότερα (11 Μαΐου 1997). Γραμμές σιδήρου και μαγνησίου στο φάσμα αυτό εμφανίζουν μετατόπιση προς το ερυθρό ίση με 0,8, που αντιστοιχεί σε απόσταση 4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός.
Τις 25 Δεκεμβρίου 2010 παρατηρήθηκε μια έκλαμψη ακτίνων γ η οποία διήρκησε περίπου 2 ώρες, πολύ περισσότερο από τις συνήθεις εκλάμψεις που διαρκούν λίγα δευτερόλεπτα. Άλλη μια τέτοια έκρηξη παρατηρήθηκε τον Δεκέμβριο του 2011 και διήρκησε 7 ώρες, η διαρκέστερη που έχει παρατηρηθεί. Θεωρείται ότι η πηγή αυτών των τεράστιων εκλάμψεων είναι η καταστροφή αστέρων που έχουν μάζα μέχρι και 1000 φορές μεγαλύτερη από του Ήλιου.

Ισοκατανομή

Ο χάρτης των εκρήξεων ακτίνων γ που εντόπισε το GRO κατά τα πρώτα έτη της λειτουργίας του δείχνει καθαρά την ισότροπη κατανομή τους σε όλη την ουράνια σφαίρα. Δεν υπάρχει συγκέντρωση προς το γαλαξιακό επίπεδο ή προς την περιοχή του κέντρου. Ούτε μία δεν έχει επαναληφθεί στο ίδιο σημείο.

Σενάριο καταστροφής

Αν μία έκλαμψη ακτίνων γ συμβεί από απόσταση 6.500 ετών φωτός και διαρκέσει μόλις 10 δευτερόλεπτα, τα αποτελέσματα θα είναι καταστροφικά και θα διαρκέσουν μέχρι και για 15 χρόνια. Στην διάρκεια της έκλαμψης οι ακτίνες γ σπάνε τους δεσμούς του οξυγόνου και του αζώτου, και τα μετατρέπουν σε μονοξείδιο του αζώτου, που καταστρέφει το όζον, και σε διοξείδιο του αζώτου, ένα καφέ τοξικό αέριο. 
Μετά από μερικές εβδομάδες το μονοξείδιο και το διοξείδιο του αζώτου αργά αργά καταστρέφουν το στρώμα του όζοντος. Καθώς το όζον καταστρέφεται η ποσότητα των υπεριωδών ακτίνων που προσκρούουν στην επιφάνεια της Γης αυξάνεται κατά 50%, αρκετό για να καταστρέψει το DNA των ζωντανών οργανισμών. Οι άνεμοι μεταφέρουν τα αέρια σε όλο τον πλανήτη, καλύπτοντας τον με καφέ διοξείδιο του αζώτου. Μετά από μερικούς μήνες όλος ο πλανήτης θα καλυφτεί με διοξείδιο του αζώτου. Αν και το όζον αποκαθίσταται (20% κάτω από το κανονικό) η υπεριώδης ακτινοβολία εξακολουθεί να προκαλεί ζημιά στη ζωή πάνω στη Γη.
Δέκα χρόνια μετά το μονοξείδιο και το διοξείδιο του αζώτου μεταφέρονται σε χαμηλότερα υψόμετρα και αντιδρούν με το νερό δημιουργώντας νιτρικό οξύ, ενώ ξεσπούν παντού όξινες βροχές.
Μετά από 15 χρόνια η ατμόσφαιρα επιστρέφει στο κανονικό, αλλά η ζημιά έχει γίνει ήδη. Το μεγαλύτερο τμήμα της ζωής έχει αφανιστεί ενώ το καφέ νέφος έχει καλύψει τον Ήλιο και έχει μπλοκάρει το φως και την θερμότητα, προκαλώντας μια νέα Εποχή Παγετώνων.