На 9 октомври 2022 г. орбиталната обсерватория Суифт регистрира за първи път необичайно яркия гама-изблик GRB 221009A.
През следващите месеци изследователи от цял свят анализираха източника на гама лъчите, за да възстановят подробности за необичайното астрономическо събитие и да открият неговия източник.
Местоположението на гама-изригването GRB 221009A на фона на Млечния път. Изображение: Центърът за космически полети Годард на НАСА
Какво е изблик на гама лъчи?
Избухване на гама лъчи (GRB)астрофизиците наричат краткотраен изблик на гама лъчение, поток от фотони с изключително къса дължина на вълната (по-малко от 2⋅10−10 m) и висока енергия. Такива астрономически събития представляват освобождаване на огромни количества енергия и като правило се записват в далечни галактики. Избухването на гама лъчи е едно от най-ярките събития във Вселената.
Изследователите са открили изблици на гама лъчи относителнонаскоро: през 60-те години на миналия век. През 1963 г. НАСА изпраща в орбита военния спътник Vela, оборудван с детектори за неутрони, рентгенови и гама лъчи. Той трябваше да следи за спазването от страна на СССР и други страни на Договора за забрана на ядрените опити. Инструментите на спътника не откриха ядрени опити, но случайно откриха изблици на гама радиация, излъчвана от дълбокия космос.
Изследователите разграничават два вида гама-лъчи,които се различават по продължителност: кратки и дълги. Първата категория включва светкавици, които продължават от няколко милисекунди до две секунди. Смята се, че източникът на такова събитие е сливането на две неутронни звезди с образуването на килонова или поглъщането на неутронна звезда от черна дупка.
Вторият вид са дълги гама-изблици.Те могат да продължат от няколко секунди до няколко минути. Основната хипотеза предполага, че дългите изблици на гама лъчи са свързани с експлозия на свръхнова: последният етап от еволюцията на звездите, чиято маса е 10 или повече пъти по-голяма от слънцето. Но през 2022 г. астрофизиците от обсерваторията Джемини съобщиха за откриването на килонова, образувана след сливането на неутронни звезди, на мястото на дългия гама-изблик GRB 211211A, записан година по-рано.
Анимирано изображение на дълъг гама-изблик, свързан с колапса на масивна звезда. Анимация: Центърът за космически полети Годард на НАСА
Какво е необичайното в гама-изригването GRB 221009A?
Гама-избликът на GRB 221009A продължи повече отпет минути. Това означава, че принадлежи към дългите изблици и най-вероятно е свързано с колапса на ядрото на масивна звезда в черна дупка и експлозия на свръхнова. Изненадващо, за времето, което е изминало от първото наблюдение на изблик на гама-лъчи, изследователите не са успели да потвърдят образуването на свръхнова на мястото на експлозията или да намерят алтернативен източник на радиация.
Освен това пръскането беше толкова ярко, чезаслепиха повечето детектори за космически гама лъчи, така че те не можаха директно да уловят действителния интензитет на радиацията. Изследователите са използвали данни, събрани от телескопа Fermi и спектрометъра Cone Gamma Ray, за да реконструират тази информация. Анализът показа, че GRB 221009A е 70 пъти по-ярък от всеки друг наблюдаван гама-изблик.
Сравнение на GRB 221009A и четирите регистрирани преди това най-мощни гама-изблици. Изображение: Центърът за космически полети Годард на НАСА и Адам Голдщайн (USRA)
Изчисления, извършени от астрофизиците на проекта"Интеграл" на Европейската космическа агенция (ЕКА), показват, че докато е траял взривът, в горните слоеве на земната атмосфера е паднал около един гигават мощност. Това е еквивалентно на мощността на наземна електроцентрала. Събитието беше толкова ярко, че дори и днес последващото сияние с по-голяма дължина на вълната все още се вижда.
Анализ на извадка от 7000 брGRB, записани от Fermi и Cone, показват, че такива мащабни GRB трябва да се появяват по-често от веднъж на всеки 10 000 години. „GRB 221009A беше може би най-яркият изблик на рентгенови и гама лъчи от зората на човешката цивилизация“, каза Ерик Бърнс, изследовател в Луизианския държавен университет в Батън Руж.
Последно сияние на GRB 221009A, уловено от телескопа Хъбъл. Изображение: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (University Radboud); Обработка на изображения: Гладис Кобер
Какво са научили астрофизиците?
За да възстановят по-добре историята на избухването на гама лъчи, изследователите са използвали инструменти, които откриват електромагнитно излъчване при различни дължини на вълните, от радиовълни до гама лъчи.
Първите научни резултати показват какРентгеновите лъчи осветяват облаци прах в Млечния път, докато се разпространяват. Изследователите изчисляват, че радиацията е пътувала през междугалактичното пространство за около 1,9 милиарда години, преди да навлезе в нашата галактика. Той се сблъска с първия облак прах в "покрайнините" на Млечния път преди около 60 хиляди години, а с последния - около хиляда.
Всеки път, когато рентгеновите лъчи се сблъскватс облака прах те разпръснаха част от радиацията, създавайки концентрични пръстени, които сякаш се разширяваха навън. Космическият рентгенов телескоп ESA XMM-Newton наблюдава тези пръстени в продължение на няколко дни след гама-избухването. Близките облаци образуват най-големите пръстени, просто защото изглеждат по-големи в перспектива, обясняват учените.
Прахови пръстени от GRB 221009A, наблюдавани от рентгенов телескоп. Изображение: ESA/XMM-Newton/M. Ригозели (INAF)
Пътуване през Млечния път, рентгенови лъчипоследователно осветени 20 облака прах от нашата галактика. Анализът на радиацията помогна да се изчисли разстоянието до тях и да се анализират свойствата на съставните им частици.
През годините изследователите предложиха редицаразлични теории, описващи свойствата на праховите зърна. Изследователите наслагват тези модели върху събраните данни. Те откриха, че модел, който предполага, че частиците са съставени предимно от графит, кристална форма на въглерод, най-добре отговаря на наблюденията.
Мистериозен източник
Въпреки голямото количество събрани данниостава загадка какво точно е причинило такъв ярък гама-изблик. Тъй като основната версия свързва дълги изблици на гама лъчи с експлозия на свръхнова, изследователите са използвали космическите телескопи Джеймс Уеб и Хъбъл, за да търсят началото на бъдеща мъглявина. Но нито един от телескопите не откри нищо на мястото на предполагаемата експлозия.
Една от възможните причини е, чеGRB се появи в част от небето, която е само на няколко градуса над равнината на Млечния път, където гъсти облаци прах могат силно да замъглят падащата светлина. Ако е така, може би по-нататъшни наблюдения ще помогнат да се намерят останките от свръхновата.
Илюстрация на основните компоненти на дълъгизбухване на гама лъчи, най-често срещаният тип. Ядрото на масивна звезда (вляво) се е сринало, образувайки черна дупка, която изпраща поток от частици, движещи се през материала на звездата в космоса с почти скоростта на светлината. Излъчванията в целия спектър възникват от горещ йонизиран газ в близост до новородената черна дупка, сблъсъци между обвивки от бързо движещ се газ в струята (вътрешни ударни вълни) и от водещия ръб на струята, докато тя се отдалечава и взаимодейства със заобикалящата я среда (външен удар). Изображение: Центърът за космически полети Годард на НАСА
Алтернативна хипотеза предполага, че звездатабеше толкова масивна, че след първоначалната експлозия веднага образува черна дупка, която погълна целия материал, който иначе би образувал газов облак.
Астрофизиците продължават да търсят останкиексплодираща звезда. Сега изследователите търсят следи от тежки елементи като златото, за които се смята, че се образуват при мощни експлозии, свързани с колапса на ядрото на масивна звезда.
Изследователите също така отбелязват, че е вероятно товаНеобичайната мощност на гама-изблика се дължи на факта, че струята енергия (джет), изхвърлена при образуването на черната дупка, е била насочена директно към Земята. Анализирането на последващото сияние и поляризацията на светлината от такава експлозия ще помогне да научите повече за това как се образуват струи.
Прочетете още:
Биолозите откриват как раковите клетки избягват имунната система
Най-накрая ключовата теория на квантовата физика е доказана. Основен
Назовани продукти, които предпазват мозъка от деменция, и кога да ги използвате
На корицата: художествена илюстрация на гама-лъчи. Изображение: NASA/Swift/Cruz deWilde