Groot belangstelling vir moderne astrofisika en kosmologie is 'n spesiale klas verskynsels wat gammastraaluitbarstings genoem word. Vir etlike dekades, en veral aktief in onlangse jare, versamel die wetenskap waarnemingsdata rakende hierdie grootskaalse kosmiese verskynsel. Die aard daarvan is nog nie volledig toegelig nie, maar daar is voldoende gestaafde teoretiese modelle wat daarop aanspraak maak om dit te verklaar.
Die konsep van die verskynsel
Gammastraling is die hardste gebied van die elektromagnetiese spektrum, gevorm deur hoëfrekwensiefotone vanaf ongeveer 6∙1019 Hz. Die golflengtes van gammastrale kan vergelykbaar wees met die grootte van 'n atoom, en kan ook verskeie ordes van grootte kleiner wees.
Gammastraaluitbarsting is 'n kort en uiters helder uitbarsting van kosmiese gammastrale. Die duur daarvan kan van etlike tientalle millisekondes tot etlike duisende sekondes wees; meestal geregistreerflitse wat ongeveer 'n sekonde duur. Die helderheid van sarsies kan aansienlik wees, honderde kere hoër as die totale helderheid van die lug in die sagte gamma-reeks. Kenmerkende energieë wissel van etlike tiene tot duisende kilo-elektronvolts per stralingskwantum.
Bronne van fakkels is eweredig oor die hemelsfeer versprei. Dit is bewys dat hul bronne uiters ver weg is, op kosmologiese afstande van die orde van biljoene ligjare. Nog 'n kenmerk van sarsies is hul gevarieerde en komplekse ontwikkelingsprofiel, andersins bekend as die ligkurwe. Registrasie van hierdie verskynsel vind feitlik elke dag plaas.
Studiegeskiedenis
Die ontdekking het in 1969 plaasgevind terwyl inligting van die Amerikaanse militêre Vela-satelliete verwerk is. Dit het geblyk dat die satelliete in 1967 twee kort pulse gammastraling aangeteken het, waarmee die spanlede met niks kon identifiseer nie. Oor die jare het die aantal sulke gebeurtenisse toegeneem. In 1973 is Vela se data gedeklassifiseer en gepubliseer, en wetenskaplike navorsing het oor die verskynsel begin.
In die laat 1970's en vroeë 1980's in die Sowjetunie het 'n reeks KONUS-eksperimente die bestaan van kort sarsies van tot 2 sekondes lank vasgestel, en het ook bewys dat sarsies gammastraling ewekansig versprei word.
In 1997 is die verskynsel van "nagloei" ontdek - die stadige verval van die uitbarsting by langer golflengtes. Daarna het wetenskaplikes vir die eerste keer daarin geslaag om die gebeurtenis met 'n optiese voorwerp te identifiseer - 'n baie verre rooiverskuiwingsterrestelsel.z=0, 7. Dit het dit moontlik gemaak om die kosmologiese aard van die verskynsel te bevestig.
In 2004 is die Swift-orbitale gammastraal-sterrewag gelanseer, met die hulp waarvan dit moontlik geword het om vinnig gamma-reeksgebeurtenisse met X-straal- en optiese bestralingsbronne te identifiseer. Tans werk nog verskeie toestelle in 'n wentelbaan, insluitend die Gammastraal-ruimteteleskoop. Fermi.
Klassifikasie
Tans, gebaseer op die waargenome kenmerke, word twee tipes gammastraaluitbarstings onderskei:
- Lang, gekenmerk deur 'n duur van 2 sekondes of meer. Daar is ongeveer 70% van sulke uitbrake. Hul gemiddelde duur is 20–30 sekondes, en die maksimum aangetekende duur van die GRB 130427A-vlam was meer as 2 uur. Daar is 'n standpunt waarvolgens sulke lang gebeurtenisse (daar is nou drie van hulle) as 'n spesiale tipe ultra-lang sarsies onderskei moet word.
- Kort. Hulle ontwikkel en vervaag in 'n nou tydraamwerk - minder as 2 sekondes, maar hou gemiddeld sowat 0,3 sekondes. Die rekordhouer tot dusver is die flits, wat net 11 millisekondes geduur het.
Volgende gaan ons kyk na die mees waarskynlike oorsake van GRB'e van die twee hooftipes.
Hypernova eggo
Volgens die meeste astrofisici is lang sarsies die gevolg van die ineenstorting van uiters massiewe sterre. Daar is 'n teoretiese model wat 'n vinnig roterende ster met 'n massa van meer as 30 sonmassas beskryf, wat aan die einde van sy lewe aanleiding gee tot 'n swart gat. Die aanwasskyfso 'n voorwerp, 'n collapsar, ontstaan as gevolg van die stof van die steromhulsel wat vinnig op die swart gat val. Die swart gat sluk dit binne 'n paar sekondes in.
Gevolglik word kragtige polêre ultrarelativistiese gasstrale gevorm - strale. Die spoed van die uitvloei van materie in strale is naby aan die spoed van lig, die temperatuur en die magnetiese velde in hierdie streek is enorm. So 'n straal is in staat om 'n vloed van gammastraling te genereer. Die verskynsel is 'n hipernova genoem, na analogie van die term "supernova".
Baie van die lang sarsies gammastrale word redelik betroubaar geïdentifiseer met supernovas met 'n ongewone spektrum in verafgeleë sterrestelsels. Hulle waarneming in die radioreeks het die moontlike bestaan van ultrarelativistiese strale aangedui.
Neutron-sterbotsings
Volgens die model vind kort sarsies plaas wanneer massiewe neutronsterre of 'n neutronster-swartgatpaar saamsmelt. So 'n gebeurtenis het 'n spesiale naam gekry - "kilon", aangesien die energie wat in hierdie proses vrygestel word die energievrystelling van nuwe sterre met drie ordes grootte kan oorskry.
'n Paar supermassiewe komponente vorm eers 'n binêre stelsel wat gravitasiegolwe uitstuur. As gevolg hiervan verloor die stelsel energie, en sy komponente val vinnig op mekaar langs spiraalbane. Hulle samesmelting genereer 'n vinnig roterende voorwerp met 'n sterk magnetiese veld van 'n spesiale konfigurasie, waardeur weer ultrarelativistiese strale gevorm word.
Simulasie wys dat die resultaat 'n swart gat is met 'n akkresionêre plasmatoroïed wat binne 0.3 sekondes op die swart gat val. Die bestaan van ultrarelativistiese strale wat deur aanwas gegenereer word, duur dieselfde tyd. Die waarnemingsdata stem oor die algemeen ooreen met hierdie model.
In Augustus 2017 het gravitasiegolfverklikkers LIGO en Virgo 'n neutronstersamesmelting in 'n sterrestelsel 130 miljoen ligjare daarvandaan opgespoor. Die numeriese parameters van die kilonova het geblyk nie heeltemal dieselfde te wees as wat die simulasie voorspel nie. Maar die gravitasiegolfgebeurtenis het gepaard gegaan met 'n kort sarsie in die gammastraalreeks, sowel as effekte in die X-straal tot infrarooi golflengtes.
Vreemde flits
Op 14 Junie 2006 het die Swift Gamma-sterrewag 'n ongewone gebeurtenis opgespoor in 'n nie te massiewe sterrestelsel wat 1,6 miljard ligjare ver geleë is. Die kenmerke het nie ooreengestem met die parameters van beide lang en kort flitse nie. Die gammastraaluitbarsting GRB 060614 het twee pulse gehad: eerstens 'n harde puls van minder as 5 sekondes lank, en dan 'n 100-sekonde "stert" van sagter gammastrale. Tekens van 'n supernova in die sterrestelsel kon nie opgespoor word nie.
Nie so lank gelede is soortgelyke gebeurtenisse reeds waargeneem nie, maar hulle was omtrent 8 keer swakker. Hierdie hibriede oplewing pas dus nog nie in die raamwerk van die teoretiese model nie.
Daar was verskeie hipoteses oor die oorsprong van die anomale gammastraaluitbarsting GRB 060614. in-Eerstens kan ons aanneem dat dit regtig lank is, en vreemde kenmerke is te wyte aan sekere spesifieke omstandighede. Tweedens was die flits kort, en die "stert" van die geleentheid het om een of ander rede 'n groot lengte gekry. Derdens kan aanvaar word dat astrofisici 'n nuwe soort uitbarstings teëgekom het.
Daar is ook 'n heeltemal eksotiese hipotese: op die voorbeeld van GRB 060614, het wetenskaplikes die sogenaamde "wit gat" teëgekom. Dit is 'n hipotetiese gebied van ruimte-tyd wat 'n gebeurtenishorison het, maar langs die tyd-as beweeg teenoor 'n normale swart gat. In beginsel voorspel die vergelykings van die algemene relatiwiteitsteorie die bestaan van wit gate, maar daar is geen voorvereistes vir hul identifikasie nie en geen teoretiese idees oor die meganismes van vorming van sulke voorwerpe nie. Heel waarskynlik sal die romantiese hipotese laat vaar moet word en moet fokus op die herberekening van modelle.
Potensiele gevaar
Gammastraaluitbarstings in die heelal is alomteenwoordig en kom redelik gereeld voor. 'n Natuurlike vraag ontstaan: hou hulle 'n gevaar vir die Aarde in?
Teoreties bereken die gevolge vir die biosfeer, wat intense gammastraling kan veroorsaak. Dus, met 'n energievrystelling van 1052 erg (wat ooreenstem met 1039 MJ of ongeveer 3.3∙1038 kWh) en 'n afstand van 10 ligjare, sou die effek van die uitbarsting katastrofies wees. Daar is bereken dat dit op elke vierkante sentimeter van die aarde se oppervlak in die halfrond die ongeluk sou hê om deur gammastrale getref te wordvloei, 1013 erg, of 1 MJ, of 0.3 kWh energie sal vrygestel word. Die ander halfrond sal ook nie in die moeilikheid wees nie - alle lewende dinge sal daar sterf, maar 'n bietjie later, as gevolg van sekondêre effekte.
Dit is egter onwaarskynlik dat so 'n nagmerrie ons sal bedreig: daar is eenvoudig geen sterre naby die Son wat so 'n monsteragtige energievrystelling kan verskaf nie. Die lot om 'n swart gat of 'n neutronster te word, bedreig ook nie sterre naby ons nie.
Natuurlik sal 'n gammastraaluitbarsting 'n ernstige bedreiging vir die biosfeer inhou en op 'n baie groter afstand, moet egter in gedagte gehou word dat die bestraling daarvan nie isotropies voortplant nie, maar in 'n taamlik nou stroom, en die waarskynlikheid om van die Aarde af daarin te val is baie minder as wat in die algemeen nie opgemerk word nie.
Leerperspektiewe
Kosmiese gammastraaluitbarstings is al amper 'n halfeeu een van die grootste astronomiese raaisels. Nou is die vlak van kennis oor hulle baie gevorderd as gevolg van die vinnige ontwikkeling van waarnemingsinstrumente (insluitend ruimtes), dataverwerking en modellering.
Byvoorbeeld, nie so lank gelede nie is 'n belangrike stap geneem om die oorsprong van die bars-verskynsel te verduidelik. Toe data van die Fermi-satelliet ontleed is, is gevind dat gammastraling gegenereer word deur botsings van protone van ultrarelativistiese strale met protone van interstellêre gas, en die besonderhede van hierdie proses is verfyn.
Dit is veronderstel om die nagloed van verafgeleë gebeurtenisse te gebruik vir meer akkurate metings van die verspreiding van intergalaktiese gas tot op afstande bepaal deur die rooiverskuiwing Z=10.
TerselfdertydBaie van die aard van uitbarstings is nog onbekend, en ons moet wag vir die verskyning van nuwe interessante feite en verdere vordering in die studie van hierdie voorwerpe.
