Στις 9 Οκτωβρίου 2022, το παρατηρητήριο Swift κατέγραψε για πρώτη φορά την ασυνήθιστα φωτεινή έκρηξη ακτίνων γάμμα GRB 221009A.
Τους επόμενους μήνες, ερευνητές σε όλο τον κόσμο ανέλυσαν την πηγή των ακτίνων γάμμα για να ανακτήσουν λεπτομέρειες του ασυνήθιστου αστρονομικού γεγονότος και να βρουν την πηγή του.
Η θέση της έκρηξης ακτίνων γάμμα GRB 221009A στο φόντο του Γαλαξία. Εικόνα: Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA
Τι είναι μια έκρηξη ακτίνων γάμμα;
Έκρηξη ακτίνων γάμμα (GRB)Οι αστροφυσικοί ονομάζουν μια βραχυπρόθεσμη έκρηξη ακτινοβολίας γάμμα, ένα ρεύμα φωτονίων με εξαιρετικά μικρό μήκος κύματος (λιγότερο από 2⋅10−10 m) και υψηλή ενέργεια. Τέτοια αστρονομικά γεγονότα αντιπροσωπεύουν την απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας και, κατά κανόνα, καταγράφονται σε μακρινούς γαλαξίες. Μια έκρηξη ακτίνων γάμμα είναι ένα από τα λαμπρότερα γεγονότα στο Σύμπαν.
Οι ερευνητές έχουν ανακαλύψει εκρήξεις ακτίνων γάμμα σχετικάπρόσφατα: στη δεκαετία του '60 του περασμένου αιώνα. Το 1963, η NASA έστειλε σε τροχιά τον στρατιωτικό δορυφόρο Vela, εξοπλισμένο με ανιχνευτές νετρονίων, ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα. Υποτίθεται ότι θα παρακολουθούσε τη συμμόρφωση της ΕΣΣΔ και άλλων χωρών με τη Συνθήκη για την απαγόρευση των πυρηνικών δοκιμών. Τα όργανα του δορυφόρου δεν ανίχνευσαν πυρηνικές δοκιμές, αλλά κατά λάθος ανακάλυψαν εκρήξεις ακτινοβολίας γάμμα που προέρχονταν από το βαθύ διάστημα.
Οι ερευνητές διακρίνουν δύο τύπους εκρήξεων ακτίνων γάμμα,που διαφέρουν ως προς τη διάρκεια: σύντομη και μεγάλη. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει φλας που διαρκούν από μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου έως δύο δευτερόλεπτα. Πιστεύεται ότι η πηγή ενός τέτοιου γεγονότος είναι η συγχώνευση δύο αστέρων νετρονίων με το σχηματισμό ενός kilonova ή η απορρόφηση ενός αστέρα νετρονίων από μια μαύρη τρύπα.
Ο δεύτερος τύπος είναι οι μακριές εκρήξεις ακτίνων γάμμα.Μπορούν να διαρκέσουν από μερικά δευτερόλεπτα έως αρκετά λεπτά. Η κύρια υπόθεση προτείνει ότι οι μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα συνδέονται με μια έκρηξη σουπερνόβα: το τελικό στάδιο στην εξέλιξη των άστρων, η μάζα των οποίων είναι 10 ή περισσότερες φορές μεγαλύτερη από τον ήλιο. Αλλά το 2022, αστροφυσικοί από το αστεροσκοπείο Gemini ανέφεραν την ανακάλυψη μιας κιλόνοβας, που σχηματίστηκε μετά τη συγχώνευση άστρων νετρονίων, στη θέση της μακράς έκρηξης ακτίνων γάμμα GRB 211211A που καταγράφηκε ένα χρόνο νωρίτερα.
Κινούμενη εικόνα μιας μεγάλης έκρηξης ακτίνων γάμμα που σχετίζεται με την κατάρρευση ενός τεράστιου αστεριού. Κινούμενα σχέδια: Κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA
Τι είναι ασυνήθιστο με την έκρηξη ακτίνων γάμμα GRB 221009A;
Η έκρηξη ακτίνων γάμμα του GRB 221009A διήρκεσε περισσότερο απόπέντε λεπτά. Αυτό σημαίνει ότι ανήκει σε μεγάλες εκρήξεις και πιθανότατα σχετίζεται με την κατάρρευση του πυρήνα ενός τεράστιου άστρου σε μια μαύρη τρύπα και μια έκρηξη σουπερνόβα. Παραδόξως, στο χρόνο που έχει παρέλθει από την πρώτη παρατήρηση μιας έκρηξης ακτίνων γάμμα, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να επιβεβαιώσουν το σχηματισμό ενός σουπερνόβα στο σημείο της έκρηξης ή να βρουν μια εναλλακτική πηγή ακτινοβολίας.
Επιπλέον, ο παφλασμός ήταν τόσο λαμπερός πουτύφλωσε τους περισσότερους κοσμικούς ανιχνευτές ακτίνων γάμμα, έτσι δεν μπορούσαν να συλλάβουν άμεσα την πραγματική ένταση της ακτινοβολίας. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν δεδομένα που συλλέχθηκαν από το τηλεσκόπιο Fermi και το φασματόμετρο ακτίνων γάμμα κώνου για να ανασυνθέσουν αυτές τις πληροφορίες. Η ανάλυση έδειξε ότι το GRB 221009A ήταν 70 φορές πιο φωτεινό από οποιαδήποτε άλλη παρατηρούμενη έκρηξη ακτίνων γάμμα.
Σύγκριση του GRB 221009A και των τεσσάρων ισχυρότερων εκρήξεων ακτίνων γάμμα που είχαν καταγραφεί προηγουμένως. Εικόνα: Goddard Space Flight Center της NASA και Adam Goldstein (ΗΠΑ)
Υπολογισμοί που πραγματοποιήθηκαν από τους αστροφυσικούς του έργου«Integral» του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA), δείχνουν ότι όσο διήρκεσε η έκρηξη, περίπου ένα γιγαβάτ ισχύος έπεσε στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας της Γης. Αυτό ισοδυναμεί με την ισχύ ενός επίγειου σταθμού ηλεκτροπαραγωγής. Το συμβάν ήταν τόσο φωτεινό που ακόμα και σήμερα είναι ορατή η μεταλάμψη μεγαλύτερου μήκους κύματος, η μεταλάμψη.
Ανάλυση δείγματος 7.000Τα GRBs που καταγράφηκαν από τους Fermi και Cone δείχνουν ότι τέτοια μεγάλης κλίμακας GRBs θα πρέπει να εμφανίζονται συχνότερα από μία φορά κάθε 10.000 χρόνια. «Το GRB 221009A ήταν ίσως η πιο φωτεινή έκρηξη ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα από την αυγή του ανθρώπινου πολιτισμού», δήλωσε ο Έρικ Μπερνς, ερευνητής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα στο Μπατόν Ρουζ.
Η μεταλάμψη του GRB 221009A, που καταγράφηκε από το τηλεσκόπιο Hubble. Εικόνα: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Πανεπιστήμιο Radboud); Επεξεργασία εικόνας: Gladys Kober
Τι έμαθαν οι αστροφυσικοί;
Για να ανασυνθέσουν καλύτερα την ιστορία της έκρηξης των ακτίνων γάμμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν όργανα που ανιχνεύουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε διάφορα μήκη κύματος, από ραδιοκύματα έως ακτίνες γάμμα.
Τα πρώτα επιστημονικά αποτελέσματα δείχνουν πώςΟι ακτίνες Χ φώτισαν σύννεφα σκόνης στον Γαλαξία καθώς εξαπλώθηκαν. Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι η ακτινοβολία ταξίδεψε μέσω του διαγαλαξιακού χώρου για περίπου 1,9 δισεκατομμύρια χρόνια πριν εισέλθει στον γαλαξία μας. Συγκρούστηκε με το πρώτο σύννεφο σκόνης στα «προάστια» του Γαλαξία πριν από περίπου 60 χιλιάδες χρόνια, και με το τελευταίο - περίπου χίλια.
Κάθε φορά που οι ακτινογραφίες συγκρούοντανμε το σύννεφο σκόνης, σκόρπισαν μέρος της ακτινοβολίας, δημιουργώντας ομόκεντρους δακτυλίους που φαινόταν να διαστέλλονται προς τα έξω. Το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων Χ ESA XMM-Newton παρατήρησε αυτούς τους δακτυλίους για αρκετές ημέρες μετά την έκρηξη των ακτίνων γάμμα. Τα κοντινά σύννεφα σχημάτισαν τους μεγαλύτερους δακτυλίους απλώς και μόνο επειδή φαίνονται μεγαλύτερα σε προοπτική, εξηγούν οι επιστήμονες.
Δακτύλιοι σκόνης από το GRB 221009A που παρατηρήθηκαν από τηλεσκόπιο ακτίνων Χ. Εικόνα: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Ταξιδεύοντας μέσω του Γαλαξία, ακτίνες Χφώτισε διαδοχικά 20 σύννεφα σκόνης του γαλαξία μας. Η ανάλυση ακτινοβολίας βοήθησε στον υπολογισμό της απόστασης από αυτά και στην ανάλυση των ιδιοτήτων των συστατικών τους σωματιδίων.
Με τα χρόνια, οι ερευνητές έχουν προτείνει μια σειρά απόδιάφορες θεωρίες που περιγράφουν τις ιδιότητες των κόκκων σκόνης. Οι ερευνητές επικάλυψαν αυτά τα μοτίβα στα δεδομένα που συλλέχθηκαν. Βρήκαν ότι ένα μοντέλο που υποδηλώνει ότι τα σωματίδια αποτελούνται κυρίως από γραφίτη, μια κρυσταλλική μορφή άνθρακα, ταιριάζει καλύτερα στις παρατηρήσεις.
Μυστηριώδης πηγή
Παρά τον μεγάλο όγκο δεδομένων που συλλέχθηκανπαραμένει μυστήριο τι ακριβώς προκάλεσε μια τόσο φωτεινή έκρηξη ακτίνων γάμμα. Δεδομένου ότι η κύρια έκδοση συνδέει μεγάλες εκρήξεις ακτίνων γάμμα με μια έκρηξη σουπερνόβα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Hubble για να αναζητήσουν τις απαρχές ενός μελλοντικού νεφελώματος. Όμως κανένα από τα τηλεσκόπια δεν βρήκε τίποτα στο σημείο της υποτιθέμενης έκρηξης.
Ένας πιθανός λόγος είναι αυτόςΤο GRB εμφανίστηκε σε ένα μέρος του ουρανού που βρίσκεται μόνο μερικές μοίρες πάνω από το επίπεδο του Γαλαξία μας, όπου τα πυκνά σύννεφα σκόνης μπορούν να θολώσουν πολύ το προσπίπτον φως. Αν ναι, ίσως περαιτέρω παρατηρήσεις θα βοηθήσουν στην εύρεση των υπολειμμάτων του σουπερνόβα.
Απεικόνιση των κύριων συστατικών ενός μακρούέκρηξη ακτίνων γάμμα, ο πιο συνηθισμένος τύπος. Ο πυρήνας ενός τεράστιου αστεριού (αριστερά) έχει καταρρεύσει, σχηματίζοντας μια μαύρη τρύπα που στέλνει ένα ρεύμα σωματιδίων που κινούνται μέσω του υλικού του άστρου στο διάστημα με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Οι εκπομπές σε ολόκληρο το φάσμα προκύπτουν από θερμό ιονισμένο αέριο κοντά στη νεογέννητη μαύρη τρύπα, συγκρούσεις μεταξύ κελυφών ταχέως κινούμενων αερίων εντός του πίδακα (εσωτερικά κρουστικά κύματα) και από το πρόσθιο άκρο του πίδακα καθώς παρασύρεται και αλληλεπιδρά με το περιβάλλον του (εξωτερικό σοκ). Εικόνα: Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Γκόνταρντ της NASA
Μια εναλλακτική υπόθεση υποδηλώνει ότι το αστέριήταν τόσο μαζική που μετά την αρχική έκρηξη σχημάτισε αμέσως μια μαύρη τρύπα, η οποία κατάπιε όλο το υλικό που διαφορετικά θα σχημάτιζε ένα νέφος αερίου.
Οι αστροφυσικοί συνεχίζουν να αναζητούν λείψαναεκρηκτικό αστέρι. Οι ερευνητές αναζητούν τώρα ίχνη βαρέων στοιχείων όπως ο χρυσός, τα οποία πιστεύεται ότι σχηματίζονται σε ισχυρές εκρήξεις που σχετίζονται με την κατάρρευση του πυρήνα ενός τεράστιου αστεριού.
Οι ερευνητές σημειώνουν επίσης ότι είναι πιθανό ότιΗ ασυνήθιστη ισχύς της έκρηξης των ακτίνων γάμμα οφείλεται στο γεγονός ότι ο πίδακας ενέργειας (πίδακας) που εκτοξεύτηκε κατά τον σχηματισμό της μαύρης τρύπας κατευθύνθηκε απευθείας στη Γη. Η ανάλυση της μεταγενέστερης λάμψης και της πόλωσης του φωτός από μια τέτοια έκρηξη θα σας βοηθήσει να μάθετε περισσότερα για το πώς σχηματίζονται οι πίδακες.
Διαβάστε περισσότερα:
Οι βιολόγοι ανακαλύπτουν πώς τα καρκινικά κύτταρα ξεφεύγουν από το ανοσοποιητικό σύστημα
Η βασική θεωρία της κβαντικής φυσικής έχει επιτέλους αποδειχθεί. Κύριος
Επώνυμα προϊόντα που προστατεύουν τον εγκέφαλο από την άνοια και πότε πρέπει να τα χρησιμοποιείτε
Στο εξώφυλλο: καλλιτεχνική απεικόνιση έκρηξης ακτίνων γάμμα. Εικόνα: NASA/Swift/Cruz deWilde