MWAKO WA MIALE YA GAMMA WA 1991 UNALIA KAMA MAGNETA

Tarehe 11 Julai 1991, kifaa cha BATSE kilichokuwa ndani ya Compton Gamma Ray Observatory kilirekodi mwako wa miale ya gamma. GRB 910711 iliripotiwa kuwa mlipuko mfupi zaidi ambao misheni hiyo ilikuwa imeuona: kilele angavu cha takriban milisekunde 10, kisha mkia hafifu wa milisekunde 100 hadi 200. Mwaka 2023, uchambuzi wa milipuko mifupi 724 uliufanya kuwa mgombea mwenye nguvu zaidi wa mitetemo ya kilohezi (kilohertz oscillations) — mng’ao ukipanda na kushuka maelfu ya mara kwa sekunde — iliyosomwa kama mienendo ya nyota ya nyutroni “yenye uzito kupita kiasi” (hypermassive) iliyoachwa na muungano.

Washukiwa wawili kwa mwako mmoja mfupi

Milipuko mifupi ya miale ya gamma ina vyanzo viwili vinavyowezekana: muungano wa nyota zilizoshikamana, au mlipuko mkubwa wa magneta (magnetar giant flare), nyota ya nyutroni yenye uga wa sumaku wenye nguvu kupita kiasi. Baadhi ya milipuko mikubwa kutoka galaksi nyingine hufanana na milipuko ya muungano kwa muda na kwa nishati ya mwanga wake; bila mahali sahihi angani, ni vigumu kuvitofautisha. Mahali pa GRB 910711 pana kutokuwa na uhakika wa takriban nyuzi 6.

Run-Chao Chen na Bin-Bin Zhang (Nanjing University), Ore Gottlieb (Massachusetts Institute of Technology) na wenzao watano walianzia kwenye mvutano uliomo katika tafsiri ya muungano.

Mwanga mkali mno kubeba mdundo

Spektra ya GRB 910711 inalingana takriban vizuri vile vile na mnururisho wa kitu cheusi (blackbody) — mng’ao wa kitu cha moto kisichopitisha mwanga — kama ilivyo na umbo linalotumiwa kwa kawaida kwa milipuko ya muungano. Kwa umbo hilo la pili, inaonekana “kali” (hard) isivyo kawaida — ikiegemea fotoni zenye nishati ya juu — katika ncha ya mwisho kabisa ya milipuko ambayo BATSE ilipima.

Suluhisho la kawaida: mwanga unaotoka kwenye fotosfia (photosphere), tabaka ambapo wingu lisilopitisha mwanga huuachilia mwanga wake. Lakini hapo, mwanga hutoka mbali na injini ya kati, baada ya kutawanywa mara nyingi. Mdundo wa kilohezi unaoamuliwa na nyota ya nyutroni iliyo katikati ungehitaji utaratibu wa ziada ili kusalimika safari hiyo, au kujengwa upya njiani kutoka nje.

Pacha hafifu zaidi wa mlipuko unaojulikana

Kipimo chao cha kulinganisha ni GRB 200415A, iliyorekodiwa tarehe 15 Aprili 2020: mlipuko mkubwa wa magneta kutoka galaksi jirani NGC 253, umbali wa megaparseki 3.5 — megaparseki ikiwa kipimo cha wanaastronomia cha umbali kati ya galaksi.

Zikipangwa kulingana na vilele vyake, mikunjo miwili ya mwanga inafanana: kilele kile kile cha milisekunde 10, mkia ule ule dhaifu zaidi, sifa fupi kama takriban mikrosekunde 90 — milioni moja za sekunde — mwaka 1991, na 65 mwaka 2020. Modeli ya mlipuko wa 2020, iliyofanywa tu kuwa hafifu zaidi kana kwamba ulitokea mbali zaidi, huzalisha upya umbo la mlipuko wa 1991. Ni kielelezo tu, waandishi wanasisitiza, si kipimo cha umbali.

Sauti za ziada za takriban herzi 360

Ndani ya kilele, timu inapata kinundu kwenye herzi 360 — mara 360 kwa sekunde — katika mlipuko wa 1991, na kwenye herzi 350 mwaka 2020. Katika milisekunde 10, marudio yaliyo karibu zaidi ya takriban herzi 100 hayawezi kutofautishwa: vinundu hivyo viwili haviwezi kutenganishwa.

Ramani za mdundo dhidi ya muda zinaonyesha vilele vinavyowaka kwenye vigawe kamili vya herzi 360, kama sauti za ziada za noti moja: mara 1, 3, 5, 6 na 11 ya 360 katika GRB 910711; mara 2, 4, 6 na 12 katika GRB 200415A. Yote mawili yanashiriki ya sita, takriban herzi 2,160, karibu na mtetemo ulioripotiwa tayari katika mlipuko wa 2020.

Bispektra (bispectrum) hukagua kama mitetemo inahusiana: mitetemo inayohusiana huzalisha nguvu kwenye jumla ya marudio yake. Katika mlipuko wa 2020, kijenzi cha herzi 4,320 kinalingana na vijenzi viwili vinavyohusiana vya herzi 2,160, ambavyo vyenyewe vinalingana na herzi 720 na 1,440 zinazohusiana.

Milipuko bandia 100,000

Ili kupima bahati, kwa kila mlipuko timu ilitengeneza mikunjo bandia ya mwanga 100,000 yenye umbo lile lile la kilele na kelele ile ile ya kuhesabu fotoni, lakini bila mtetemo wowote. Kinundu cha herzi 360 kilijitokeza chenye nguvu angalau sawa katika takriban 5% yake kwa GRB 910711, na 0.1% kwa GRB 200415A. Bandia hizo zilipobeba pia mitetemo ya kilohezi iliyoripotiwa tayari na kelele ya mandharinyuma iliyo halisi zaidi, takwimu hizo zilipanda hadi 15.5% na 33.4%: peke yake, kinundu hicho cha chini hakiwi tena cha kushangaza sana.

Sauti za ziada zilipimwa dhidi ya bandia zisizo na mitetemo tu, na huko zinastahimili. Tofauti ndogo katika marudio ya msingi huzidishwa katika kila sauti ya ziada, hivyo mpangilio huo huipima kwa usahihi zaidi kuliko kinundu peke yake. Kuchanganua kutoka herzi 260 hadi 460, milipuko yote miwili inapendelea takriban herzi 360; bandia hazipendelei. Dhidi ya bandia zisizo na mitetemo, nguvu ya pamoja ya mihusiano ilifikiwa mara 1.3 tu katika 10,000 kwa GRB 910711, na mara 4.5 kwa GRB 200415A.

Galaksi kumi na saba zinazowezekana

Katika umbali wowote, GRB 910711 ingekuwa hafifu mno kwa nishati ya mwanga wake, ikilinganishwa na milipuko ya muungano inayojulikana. Kama mlipuko mkubwa inalingana, ikiwa iko ndani ya takriban megaparseki 55, karibu mara 16 mbali zaidi kuliko NGC 253. Katika masafa hayo na sehemu yake ya anga, timu inaorodhesha galaksi 17, iliyo karibu zaidi ikiwa takriban megaparseki 9.1, zote zikiwa zimeainishwa kama hasa zinazounda nyota. Ikiwa tafsiri hii itasimama, BATSE ilinasa mlipuko wake mkubwa wa kwanza kutoka galaksi nyingine mwaka 1991.

Kipi kingeweza kulia kwa herzi 360

Katika milipuko mikubwa kutoka Galaksi yetu, mitetemo ya kasi ilijitokeza katika mikia inayofifia, si katika kilele; mmoja, wa takriban herzi 625, ulihusishwa na mtetemo wa ganda la nyota. Kwa dhana fulani unaweza kuangukia karibu na herzi 360, lakini unategemea ndani ya kila nyota na uga wake wa sumaku: magneta mbili zikiushiriki ingekuwa sadfa. Ya kubahatisha zaidi ni mtetemo kwenye mpaka ambapo mata ya kinyuklia hugeuka kuwa mata ya kwaki (quark matter) ndani kabisa ya kiini: marudio yake, kati ya herzi 100 na 1,000, hutegemea hasa fizikia ya kinyuklia, na kidogo tu uzito wa nyota. Jinsi mtetemo wowote kama huo ungeweza kuunda mwanga wa kilele bado haijulikani kwa uhakika.

Mdundo unaosikika katika miale ya gamma pekee

Matokeo “hayathibitishi kwa namna ya kipekee” chanzo cha magneta, waandishi wanaandika, lakini yanaifanya kuwa “tafsiri yenye gharama ndogo zaidi”: muungano lazima ueleze spektra kali, mdundo unaovuka fotosfia, kufanana na mlipuko wa 2020 na sauti za ziada zinazoshirikiwa, vyote kwa wakati mmoja. Ikiwa sauti za ziada kama hizo zitajitokeza katika milipuko mifupi ya baadaye, miale ya gamma peke yake ingeweza kusaidia kutofautisha milipuko ya magneta na miungano, kwa wakati wa kupanga uchunguzi wa ufuatiliaji. GRB 910711 inabaki na sehemu ya anga ya nyuzi 6, galaksi 17 zinazowezekana, na mdundo karibu na herzi 360.