NỀN GAMMA VÀ CÁC PUNXA GAMMA
Nguồn bức xạ gamma là những hạt năng lượng siêu cao dù là những hạt khí nóng với nhiệt độ hàng tỷ độ hoặc là những hạt tích điện được truyền cho tốc độ lớn không thể tưởng tượng được trong các máy gia tốc thiên nhiên.
Khi các thiết bị ghi tia gamma được đưa lên Vũ Trụ, các nhà thiên văn đã phát hiện được cái mà họ đã chờ đợi từ trước - bức xạ gamma nền "được phết" trên bầu trời thành một vệt bao trùm dải Ngân Hà. Đó là hệ quả cấu trúc đơn giản hoá của thiên hà của chúng ta. Bức xạ gamma được sinh ra trong môi trường giữa các vì sao mà chủ yếu được tập trung vào thành phần mặt phẳng của hệ thống sao của chúng ta: trong đĩa Thiên Hà. Ở đây bức xạ gamma được sinh ra do quá trình va đập của các prôton có nhiều năng lượng của các tia vũ trụ với những nguyên tử khí giữa các vì sao. Dĩ nhiên một phần bức xạ nguồn có liên quan tới những nguồn ngoài Thiên Hà, tuy vậy số lượng của chúng không lớn. Ngoài tấm nền "được phết" đều, còn nhìn thấy rõ những vết sáng - đó là những nguồn tia gamma rời rạc (riêng biệt). Đã tìm thấy hàng chục nguồn như vậy, chúng được quan sát thấy ở gần mặt phẳng xích đạo Thiên Hà thường xuyên hơn cả. Và điều đó minh chứng về sự gần gũi trong Vũ Trụ của chúng, rằng chúng thuộc về Thiên Hà của chúng ta.
Độ phân giải của những kính thiên văn tia gamma hiện đại không lớn. Tuy thế một loạt các nguồn rời rạc đã được xác định đồng nhất với những thiên thể vũ trụ đã biết. Một bộ phận trong số đó gắn với các punxa. Điều này xác định được trên cơ sở chu kỳ "nhấp nháy" của các punxa bằng chu kỳ dao động của cường độ nguồn bức xạ gamma. Thí dụ, punxa trong tinh vân Cua là một nguồn gamma. Cùng với tia gamma nó phát ra cả sóng vô tuyến tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy được bức xạ tử ngoại và bức xạ Rơnghen. Và tất cả đều cùng một chu kỳ "nhấp nháy"!
Punxa chòm sao Cánh Buồm (Vela), được quan sát thấy trước đó trong phạm vi sóng dài hơn là đối tượng khác bức xạ các xung gamma. Đó là nguồn tia X Vela X, cũng là phần còn lại của một ngôi sao siêu mới nhưng lâu đời hơn so với ngôi sao trong tinh vân Cua. Một số nguồn gamma đã được xác định đồng nhất với các hệ sao kép khăng khít, trong đó khí chảy từ ngôi sao nặng sang ngôi sao đặc nhỏ (thí dụ: Hercules X- 1, Cignus X-3). Việc sản sinh ra các lượng tử gamma ở đây gắn với những quá trình vật lý phức tạp gia tốc hạt trong từ trường mạnh gần sao đặc nhỏ.
Nguồn tia gamma gần gũi chúng ta nhất là Mặt Trời. Sự bức xạ gamma xuất hiện trong các vụ nổ rất mạnh của Mặt Trời. Trong số những nguồn gamma xa xôi nhất có thể quan sát được có thể kể đến các nhân phát xạ của các thiên hà và quada (thí dụ thiên hà Marcarian 412, các quada 3C 273, 3C 279). Nhưng nhiều nguồn gamma cho tới nay vẫn chưa xác định đồng nhất được với bất kỳ thiên thể nào. Vấn đề ở chỗ là xác định chính xác vị trí của các nguồn gamma trên bầu trời rất khó. Kính thiên văn gamma có độ phân giải góc thấp (chỉ một vài độ), và chỉ có sự quan sát đồng thời một nguồn gamma thay đổi độ sáng rất nhanh bằng hai hay nhiều thiết bị đặt cách xa nhau mới cho phép xác định được toạ độ chính xác của nó.
Bí ẩn hơn là hiện tượng được gọi là sự bừng sáng (vụ nổ) gamma, trung bình xảy ra một lần trong một ngày đêm trong thời gian ngắn (từ một vài giây đến hàng chục phút), chúng bùng cháy lên ở những vùng khác nhau trên bầu trời. Chúng được phát hiện vào những năm 1960 bởi các vệ tinh của Mỹ, phóng lên để theo dõi việc thử nghiệm vũ khí nguyên tử nhưng đến tận ngày nay vẫn giữ kín bí mật bản chất của nó. Hàng nghìn vụ bùng nổ gamma được đưa vào bản đồ bầu trời. Chúng rải gần như đồng đều ở khắp mọi nơi, không tập trung ở những ngôi sao gần mặt phẳng của Thiên hà hoặc nhân của nó, cũng không tập trung ở những quần thiên hà xa xôi. Những xác định đồng nhất đầu tiên của các vụ nổ gamma với các thiên thể quang học rất yếu chỉ mới có được vào năm 1997.
Tồn tại một vài giả định khác nhau về sự xuất hiện các vụ nổ gamma. Nhiều nhà nghiên cứu đã gắn bản chất của chúng với những đối tượng lạ kì, như hệ sao kép khăng khít gồm những ngôi sao nơtron hoặc những lỗ đen. Quay quanh tâm khối lượng chung, chúng dần dần xích lại gần nhau và sớm hay muộn cũng sẽ va đập vào nhau vì sự mất mát năng lượng không thể tránh khỏi của chuyển động quỹ đạo cho bức xạ sóng hấp dẫn. Năng lượng được giải phóng ra bởi sự va đập như vậy, lớn tới mức khó tưởng tượng: khoảng 1046J. Nghĩa là gấp khoảng 100 lần năng lượng mà Mặt Trời có thể bức xạ trong suốt cuộc đời! Những đối tượng như vậy có thể quan sát thấy từ khoảng cách hàng nghìn mêgaparsec. Tuy vậy đây mới là giả thuyết.
Để giải thích cặn kẽ bản chất của các vụ nổ gamma, cần phải quan sát không những chỉ sự bức xạ điện từ ở những dải phổ khác nhau mà cả bức xạ nơtrinô và sóng hấp dẫn chắc chắn đi kèm theo vụ nổ. Và đây là việc của tương lai không quá xa xôi nữa.
