Hvor mye energi frigjøres i et gammaglimt?

Av Knut Jørgen Røed Ødegaard
Publisert 10. okt. 2013

Illustrasjonen viser en intens akkresjonsskive (smultringen) der materien virvler i vanvittig fart i spiral inn mot sentrum der et sort hull dannes. Samtidig kastes en del gass med ekstrem hastighet ut i to jetstråler langs rotasjonsaksen. Snittet i akkresjonsskiven viser hvordan denne skiven ser ut inn mot det sorte hullet. Illustrasjon: Peter Mészáros, Department of Astronomy and Astrophysics Pennsylvania State University

Eksplosjonene som forårsaker GRBer (GRB er forkortelse for Gamma Ray Burst som betyr gammaglimt) finner gjerne sted på kolossale avstander fra oss - typisk 7 - 10 milliarder lysår eller mer. Likevel er enkelte relativt lyssterke både i gammaområdet og i synlig lys (f.eks. GRB990123). Fenomenene må derfor sende ut ekstreme energimengder. Dersom GRB990123 sendte ut like mye stråling i alle retninger, var dens utstråling av synlig lys 5 * 1042 J/s (Akerlof et al., Nature 1. april 99). Totalt utsendt energi svarer til 2 soler omgjort til energi. Objektets absolutte lysstyrke var oppe i omtrent -36,5! Dette betyr at dersom objektet hadde vært på standardavstanden 10 pc, 32,6 lysår, ville det lyst 8000 ganger kraftigere enn Solen! Solen sett fra samme avstand er bare svakt synlig for det blotte øye.

Fordi energien stort sett sendes ut i jetstråler fra polområdene, er energimengden som stråles ut mindre. Likevel viser estimater at f.eks. GRB 990123 sendte ut energi som tilsvarer 0.22 solmasser gjort om til energi (ifølge Einsteins E=mc2 er masse og energi ekvivalente). Dette er også omtrent 100 ganger mer energi enn Solen stråler ut i løpet av hele sin levetid på 10 milliarder år! Objektet klarer å frigjøre disse ekstreme energimengdene på under ett minutt! De kraftigste gammaglimtene lyser 3 milliarder ganger kraftigere enn Melkeveien.

De aller kraftigste gammaglimtene

  • Det kraftigste gammaglimtet som noensinne ble registrert med BATSE: GRB 930131 med 105 gammafotoner cm-2 s-1.
  • Det aller kraftigste gammaglimtet som er målt: GRB 830801 med ca. 1400 fotoner cm-2 s-1.
  • I forbindelse med dette gammaglimtet ble den øvre atmosfæren på Jorden ionisert slik at radiosambandet ble påvirket.

GRB 010222 påvirket atmosfæren på omtrent samme måte. Litt avhengig av hvordan man teller, var dette gammaglimtet det nest kraftigste eller 3. kraftigste som er registrert. Det har vært argumentert for at GRB 830801 var usedvanlig nære og at det totalt sett sendte ut lite energi til gammaglimt å være. I tilfellet GRB 010222 kjenner vi imidlertid avstanden - ca. 9 milliarder lysår! Regner man på dette og tar hensyn til at energien kun blir sendt ut i to tynne jetstråler, ser man at ca. 0,2–0,3 solmasser må ha blitt gjort om til energi på noen sekunder!

Gammaglimtet 22.02.2001 var svært kraftig. Les mer om dette voldsomme gammaglimtet her.

Under utbruddet kan objektet sende ut omtrent like mye energi som resten av Universet til sammen. Deretter avtar lysstyrken temmelig raskt. Likevel:

Selv ettergløden er flere hundre ganger mer lyssterk enn de kraftigste supernovaene. Noen måneder etter maksimum er lysstyrken fortsatt større enn lysstyrken til de kraftigste supernovaene.

Gammaglimt er virkelig Universets aller voldsomste fenomener. Her kan vi sammenligne noen voldsomme fenomener (FUOR= utbrudd på stjerner av typen FU Orionis, med jetstråler menes de enorme jetstrålene i endel aktive galakser (f.eks. kvasarer):

Eksplosjon Energi (Joule) Tidsskala (s) Kraft (J/s)
Sol-flare 1025 104 1021
FUOR 1038 109 1029
Nova 1037 106 1031
Supernova 1043 106 1037
Hypernova 1046 102 1044
Jetstråler 1054 1014 1040

Merk at f.eks. kvasarer tilsammen frigjør mer energi enn et gammaglimt, men prosessen tar millioner av år og strekker seg over meget store områder. Et gammaglimt frigør all sin energi på et veldig lite område (som Oslo) og på usedvanlig kort tid (under ett minutt). Når dette tas hensyn til, savner gammaglimtene sidestykke hva angår voldsomhet.

Tilsammen sender de kraftigste GRBene ut hundre ganger mer energi på ett minutt enn Solen vil sende ut i hele sin 10 milliarder år lange levetid. For å forsøke å sette dette i et perspektiv: På ett sekund sender Solen ut nok energi til å dekke Norges samlede strømforbruk i 640 millioner år!

Forekommer mega-gammaglimt?

Gammaglimt oppstår når noen sorte hull dannes fra stjerner. Slike sorte hull er observert (januar 2000). I sentrum av mange galakser befinner det seg supermassive sorte hull. Disse hullene har masser på millioner til milliarder solmasser. Hva skjedde da disse oppstod?

Når sorte hull med stjernemasser dannes, blir 0,001 til 10 solmasser slukt per sekund. Med 1 solmasse per sekund ville det tatt 32 år å danne et sort hull med 1 milliard solmasser.

Ett mulig alternativ er at disse sorte hullene dannes i kvasarer. Kvasarer og andre aktive galakser oppstår når et supermassivt sort hull i en ellers relativt normal galakse sluker store mengder materie. Man regner med at kvasarer kan eksistere i millioner av år. Intensiteten er i dette tilfellet langt lavere enn i et gammaglimt.

Et annet alternativ er at det supermassive sorte hullet dannes gjennom et mega-gammaglimt med mye høyere intensitet enn "vanlige" gammaglimt. Slike glimt ville være mye mer langvarige enn "vanlige" gammaglimt; kanskje ville de vare noen uker?

Mega-gammaglimt er aldri observert. Dette er kanskje ikke så merkelig heller - det er "bare" omtrent 10 milliarder galakser i det observerbare univers. Tilsammen er det muligens så mange som noen få hundre millioner supermassive sorte hull, kanskje færre. Disse er dannet i løpet av Universets levetid, ca. 13 milliarder år. Dermed kan det forventes å gå flere tiår eller lengre tid mellom hvert mega-utbrudd. Det er også mulig at slike utbrudd ikke oppstår. Nærmere drøfting finnes på s. 32 i "Cosmic Explosions", Tenth Astrophysics Conference 1999, AIP Conference Proceedings 522.

Publisert 10. okt. 2013 11:08 - Sist endret 28. juli 2014 10:40