9. lokakuuta 2022 kiertävä Swift-observatorio tallensi ensimmäistä kertaa epätavallisen kirkkaan gammapurkauksen GRB 221009A.
Seuraavien kuukausien aikana tutkijat ympäri maailmaa analysoivat gammasäteiden lähteen rekonstruoidakseen epätavallisen tähtitieteellisen tapahtuman yksityiskohdat ja löytääkseen sen lähteen.
Gammapurskeen GRB 221009A sijainti Linnunradan taustalla. Kuva: NASA:n Goddard Space Flight Center
Mikä on gammapurkaus?
Gammapurkaus (GRB)astrofyysikot kutsuvat lyhytaikaista gammasäteilypursketta, fotonivirtaa, jolla on erittäin lyhyt aallonpituus (alle 2⋅10-10 m) ja korkea energia. Tällaiset tähtitieteelliset tapahtumat edustavat valtavien energiamäärien vapautumista ja yleensä kirjataan kaukaisiin galakseihin. Gammapurkaus on yksi maailmankaikkeuden kirkkaimmista tapahtumista.
Tutkijat ovat havainneet gammasäteilypurkauksia suhteellisenäskettäin: viime vuosisadan 60-luvulla. Vuonna 1963 NASA lähetti kiertoradalle sotilassatelliitin Vela, joka oli varustettu neutroni-, röntgen- ja gamma-ilmaisimilla. Hänen piti valvoa, että Neuvostoliitto ja muut maat noudattavat ydinkoekieltosopimusta. Satelliitin instrumentit eivät havainneet ydinkokeita, mutta löysivät vahingossa syvästä avaruudesta lähteviä gammasäteilypurskeita.
Tutkijat erottavat kahden tyyppisiä gammapurskeita,jotka eroavat kestoltaan: lyhyt ja pitkä. Ensimmäinen luokka sisältää välähdykset, jotka kestävät muutamasta millisekunnista kahteen sekuntiin. Tällaisen tapahtuman lähteenä uskotaan olevan kahden neutronitähden yhdistyminen kilonovaksi tai neutronitähden absorptio mustaan aukkoon.
Toinen tyyppi on pitkät gammapurskeet.Ne voivat kestää muutamasta sekunnista useisiin minuutteihin. Päähypoteesi viittaa siihen, että pitkittyneet gammasäteiden purkaukset liittyvät supernovaräjähdukseen: viimeiseen vaiheeseen tähtien kehityksessä, joiden massa on vähintään 10 kertaa aurinko. Mutta vuonna 2022 Gemini-observatorion astrofyysikot ilmoittivat löytäneensä kilonovan, joka muodostui neutronitähtien sulautumisen jälkeen vuotta aiemmin tallennetun pitkän gammapurkauksen GRB 211211A paikalta.
Animoitu kuva pitkästä gammapurkauksesta, joka liittyy massiivisen tähden romahtamiseen. Animaatio: NASA:n Goddard Space Flight Center
Mitä epätavallista gammapurskeessa GRB 221009A on?
GRB 221009A:n gammapurkaus kesti yliviisi minuuttia. Tämä tarkoittaa, että se kuuluu pitkiin purkauksiin ja liittyy todennäköisimmin massiivisen tähden ytimen romahtamiseen mustaksi aukoksi ja supernovaräjähdystä. On yllättävää, että gammapurkauksen ensimmäisestä havainnosta kuluneen ajan aikana tutkijat eivät ole kyenneet vahvistamaan supernovan muodostumista räjähdyspaikalla tai löytämään vaihtoehtoista säteilylähdettä.
Lisäksi roiske oli niin kirkas, ettäsokaisivat useimmat avaruudessa sijaitsevat gammasädeilmaisimet, joten ne eivät pystyneet tallentamaan suoraan säteilyn todellista voimakkuutta. Tutkijat käyttivät Fermi Teleskoopin ja Cone Gamma-Ray Spectrometerin keräämiä tietoja rekonstruoidakseen nämä tiedot. Analyysi osoitti, että GRB 221009A oli 70 kertaa kirkkaampi kuin mikään muu havaittu gammapurkaus.
GRB 221009A:n ja neljän aiemmin tallennetun tehokkaimman gammapurskeen vertailu. Kuva: NASAn Goddard Space Flight Center ja Adam Goldstein (USRA)
Projektin astrofyysikot suorittaneet laskelmatEuroopan avaruusjärjestön (ESA) Integral osoittaa, että räjähdyksen keston aikana noin yksi gigawatti tehoa pääsi maan yläilmakehään. Tämä vastaa maalla toimivan voimalaitoksen tehoa. Tapahtuma oli niin kirkas, että vielä nykyäänkin näkyy pidemmän aallonpituuden jäännössäteily, jälkihehku.
7 tuhannen näytteen analyysi.Fermin ja Conen tallentamat gammapurskeet osoittavat, että tällaisia laajamittaisia gammapurskeita tulisi esiintyä useammin kuin kerran 10 000 vuodessa. "GRB 221009A oli todennäköisesti kirkkain röntgen- ja gammasäteilypurkaus sitten ihmissivilisaation", sanoi Eric Burns, tutkija Louisianan osavaltion yliopistosta Baton Rougessa.
Hubble-teleskoopin tallentama GRB 221009A:n jälkihehku. Kuva: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Kuvankäsittely: Gladys Kober
Mitä astrofyysikot ovat oppineet?
Gammapurskeen historian rekonstruoimiseksi paremmin tutkijat käyttivät instrumentteja, jotka havaitsivat sähkömagneettista säteilyä eri aallonpituuksilla radioaalloista gammasäteisiin.
Ensimmäiset tieteelliset tulokset osoittavat kuinkaRöntgensäteet valaisevat pölypilviä Linnunradalla niiden leviäessä. Tutkijat laskivat, että säteily kulki galaksien välisen avaruuden läpi noin 1,9 miljardia vuotta ennen kuin se saapui galaksiimme. Se törmäsi ensimmäisen pölypilven kanssa Linnunradan "laitamilla" noin 60 tuhatta vuotta sitten ja viimeiseen noin tuhat vuotta sitten.
Joka kerta kun röntgensäteet törmäsivätpölypilven mukana ne hajoittivat osan säteilystä luoden samankeskisiä renkaita, jotka näyttivät laajentuvan ulospäin. ESAn röntgenavaruusteleskooppi XMM-Newton tarkkaili näitä renkaita useita päiviä gammapurkauksen jälkeen. Läheiset pilvet muodostivat suurimmat renkaat yksinkertaisesti siksi, että ne näyttävät suuremmilta perspektiivistä, tutkijat selittävät.
Röntgenteleskoopin havaitsemat pölyrenkaat GRB 221009A:sta. Kuva: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Matkustaminen Linnunradan läpi, röntgenkuvatvalaisi peräkkäin galaksimme 20 pölypilveä. Säteilyn analyysi auttoi laskemaan, selventämään etäisyyttä niihin ja analysoimaan niitä muodostavien hiukkasten ominaisuuksia.
Vuosien varrella tutkijat ovat ehdottaneet useitaerilaisia teorioita, jotka kuvaavat pölyjyvien ominaisuuksia. Tutkijat asettivat nämä mallit kerättyjen tietojen päälle. He havaitsivat, että malli, jossa oletetaan, että hiukkaset koostuvat pääasiassa grafiitista, hiilen kiteisestä muodosta, sopii parhaiten havaintoihin.
Salaperäinen lähde
Huolimatta suuresta kerätystä datamäärästäOn edelleen mysteeri, mikä tarkalleen aiheutti niin kirkkaan gammapurkauksen. Koska johtava teoria yhdistää pitkät gammapurkaukset supernovaräjähdukseen, tutkijat käyttivät James Webb- ja Hubble-avaruusteleskooppeja etsiessään tulevan sumun alkua. Mutta mikään kaukoputki ei löytänyt mitään väitetyn räjähdyksen paikalta.
Yksi mahdollinen syy on seGammapurkaus ilmestyi osassa taivasta vain muutaman asteen Linnunradan tason yläpuolelle, missä paksut pölypilvet voivat sumentaa suuresti tulevaa valoa. Jos näin on, lisähavainnot voivat auttaa löytämään supernovajäänteitä.
Kuva pitkän pääkomponenteistagammapurske, yleisin tyyppi. Massiivisen tähden ydin (vasemmalla) on romahtanut ja muodostanut mustan aukon, joka lähettää hiukkasvirran, joka liikkuu tähden materiaalin läpi avaruuteen lähes valon nopeudella. Päästöt koko spektrillä syntyvät kuumasta ionisoidusta kaasusta lähellä vastasyntyneen mustaa aukkoa, nopeasti liikkuvan kaasun kuorien välisistä törmäyksistä suihkun sisällä (sisäiset shokkiaallot) ja suihkun etureunasta, kun se pyyhkäisee pois ja on vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. (ulkoinen isku). Kuva: NASA:n Goddard Space Flight Center
Vaihtoehtoinen hypoteesi ehdottaa, että tähtioli niin massiivinen, että ensimmäisen räjähdyksen jälkeen se muodosti heti mustan aukon, joka absorboi kaiken materiaalin, joka muuten muodostaisi kaasupilven.
Astrofyysikot jatkavat jäänteiden etsimistäräjähtävä tähti. Tutkijat etsivät nyt jälkiä raskaista alkuaineista, kuten kullasta, joiden uskotaan muodostuvan voimakkaissa räjähdyksissä, jotka liittyvät massiivisen tähden ytimen romahtamiseen.
Tutkijat huomauttavat myös, että se on todennäköistäGammapurkauksen epätavallinen voima johtuu siitä, että mustan aukon muodostumisen aikana ulos purkautunut energiasuihku oli suunnattu suoraan Maahan. Tällaisen räjähdyksen valon jälkihehkun ja polarisaation analysointi auttaa meitä oppimaan lisää suihkujen muodostumisesta.
Lue lisää:
Biologit selvittävät, kuinka syöpäsolut pääsevät eroon immuunijärjestelmästä
Kvanttifysiikan avainteoria on vihdoin todistettu. Main
Nimetyt tuotteet, jotka suojaavat aivoja dementialta ja milloin niitä tulee käyttää
Kannessa: taiteellinen kuva gammapurskeesta. Kuva: NASA/Swift/Cruz deWilde