9. listopada 2022. zvjezdarnica Swift u orbiti prvi je put zabilježila neuobičajeno svijetlu eksploziju gama zraka GRB 221009A.
Tijekom sljedećih mjeseci istraživači diljem svijeta analizirali su izvor gama zraka kako bi otkrili detalje neobičnog astronomskog događaja i pronašli njegov izvor.
Lokacija praska gama zraka GRB 221009A na pozadini Mliječne staze. Slika: NASA-in centar za svemirske letove Goddard
Što je eksplozija gama zraka?
Eksplozija gama zraka (GRB)astrofizičari kratkotrajnim izljevom gama zračenja nazivaju struju fotona izrazito kratke valne duljine (manje od 2⋅10−10 m) i visoke energije. Takvi astronomski događaji predstavljaju oslobađanje ogromne količine energije i u pravilu se bilježe u udaljenim galaksijama. Prasak gama zraka jedan je od najsjajnijih događaja u svemiru.
Istraživači su relativno otkrili izboje gama zrakanedavno: 60-ih godina prošlog stoljeća. Godine 1963. NASA je poslala u orbitu vojni satelit Vela, opremljen detektorima neutrona, X-zraka i gama-zraka. Trebao je nadzirati pridržavanje SSSR-a i drugih zemalja Ugovora o zabrani nuklearnih proba. Instrumenti satelita nisu detektirali nuklearne pokuse, ali su slučajno otkrili izljeve gama zračenja koje je dolazilo iz dubokog svemira.
Istraživači razlikuju dvije vrste eksplozija gama zraka,koji se razlikuju po trajanju: kratki i dugi. U prvu kategoriju spadaju bljeskovi koji traju od nekoliko milisekundi do dvije sekunde. Vjeruje se da je izvor takvog događaja spajanje dviju neutronskih zvijezda s nastankom kilonove ili apsorpcija neutronske zvijezde crnom rupom.
Drugi tip su dugi izboji gama zraka.Mogu trajati od nekoliko sekundi do nekoliko minuta. Glavna hipoteza sugerira da su dugi izboji gama zraka povezani s eksplozijom supernove: završnom fazom u evoluciji zvijezda, čija je masa 10 ili više puta veća od Sunca. No 2022. godine astrofizičari iz zvjezdarnice Gemini izvijestili su o otkriću kilonove, nastale spajanjem neutronskih zvijezda, na mjestu dugog izbijanja gama zraka GRB 211211A zabilježenog godinu dana ranije.
Animirana slika dugog praska gama zraka povezanog s kolapsom masivne zvijezde. Animacija: NASA-in centar za svemirske letove Goddard
Što je neobično u vezi s praskom gama zraka GRB 221009A?
Eksplozija gama zraka GRB 221009A trajala je više odpet minuta. To znači da pripada dugim praskovima i najvjerojatnije je povezan s kolapsom jezgre masivne zvijezde u crnu rupu i eksplozijom supernove. Iznenađujuće, u vremenu koje je proteklo od prvog opažanja praska gama zraka, istraživači nisu uspjeli potvrditi nastanak supernove na mjestu eksplozije niti pronaći alternativni izvor zračenja.
Osim toga, prskanje je bilo tako svijetlo dazaslijepio većinu kozmičkih detektora gama zraka, tako da nisu mogli izravno uhvatiti stvarni intenzitet zračenja. Istraživači su koristili podatke prikupljene Fermijevim teleskopom i konusnim spektrometrom gama zraka kako bi rekonstruirali ove informacije. Analiza je pokazala da je GRB 221009A bio 70 puta svjetliji od bilo koje druge opažene eksplozije gama zraka.
Usporedba GRB 221009A i četiri prethodno zabilježena najsnažnija praska gama zračenja. Slika: NASA-in Goddard Space Flight Center i Adam Goldstein (USRA)
Proračuni koje su proveli astrofizičari projektaIntegral Europske svemirske agencije (ESA), pokazuju da je dok je trajala eksplozija u gornje slojeve Zemljine atmosfere palo oko jedan gigavat snage. To je ekvivalentno snazi zemaljske elektrane. Događaj je bio toliko svijetao da je i danas vidljiv naknadni sjaj duže valne duljine, naknadni sjaj.
Analiza uzorka od 7.000GRB-ovi koje su zabilježili Fermi i Cone pokazuju da bi se GRB-ovi velikih razmjera trebali javljati češće nego jednom svakih 10 000 godina. "GRB 221009A bio je vjerojatno najsjajniji prasak X-zraka i gama zraka od osvita ljudske civilizacije", rekao je Eric Burns, istraživač na Državnom sveučilištu Louisiana u Baton Rougeu.
Naknadni sjaj GRB 221009A, snimljen teleskopom Hubble. Slika: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Sveučilište Radboud); Obrada slike: Gladys Kober
Što su astrofizičari naučili?
Kako bi bolje rekonstruirali povijest eksplozije gama zraka, istraživači su koristili instrumente koji detektiraju elektromagnetsko zračenje na različitim valnim duljinama, od radiovalova do gama zraka.
Prvi znanstveni rezultati pokazuju kakoX-zrake su osvijetlile oblake prašine u Mliječnoj stazi dok su se širili. Istraživači su izračunali da je zračenje putovalo međugalaktičkim prostorom oko 1,9 milijardi godina prije nego što je ušlo u našu galaksiju. S prvim oblakom prašine na "rubici" Mliječne staze sudario se prije otprilike 60 tisuća godina, a s posljednjim - oko tisuću.
Svaki put kad bi se x-zrake sudariles oblakom prašine, raspršili su dio zračenja, stvarajući koncentrične prstenove koji kao da se šire prema van. Svemirski rendgenski teleskop ESA XMM-Newton promatrao je ove prstenove nekoliko dana nakon eksplozije gama zraka. Obližnji oblaci formirali su najveće prstenove jednostavno zato što izgledaju veći u perspektivi, objašnjavaju znanstvenici.
Prstenovi prašine iz GRB 221009A promatrani rendgenskim teleskopom. Slika: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Putovanje Mliječnom stazom, X-zrakeuzastopno osvijetlio 20 oblaka prašine naše galaksije. Analiza zračenja pomogla je izračunati udaljenost do njih i analizirati svojstva njihovih sastavnih čestica.
Tijekom godina, istraživači su predložili nizrazne teorije koje opisuju svojstva zrnaca prašine. Istraživači su te uzorke preklopili na prikupljene podatke. Otkrili su da model koji sugerira da se čestice sastoje prvenstveno od grafita, kristalnog oblika ugljika, najbolje odgovara promatranjima.
Tajanstveni izvor
Unatoč velikoj količini prikupljenih podatakaostaje misterij što je točno uzrokovalo tako sjajan prasak gama zraka. Budući da glavna verzija povezuje duge izboje gama zraka s eksplozijom supernove, istraživači su koristili svemirske teleskope James Webb i Hubble u potrazi za počecima buduće maglice. No nijedan od teleskopa nije pronašao ništa na mjestu navodne eksplozije.
Jedan od mogućih razloga je tajGRB se pojavio na dijelu neba koji je samo nekoliko stupnjeva iznad ravnine Mliječnog puta, gdje gusti oblaci prašine mogu jako zamutiti upadnu svjetlost. Ako je tako, možda će daljnja promatranja pomoći pronaći ostatke supernove.
Ilustracija glavnih komponenti dugogeksplozija gama zraka, najčešći tip. Jezgra masivne zvijezde (lijevo) se urušila, formirajući crnu rupu koja šalje struju čestica koje se kreću kroz materijal zvijezde u svemir gotovo brzinom svjetlosti. Emisije u cijelom spektru proizlaze iz vrućeg ioniziranog plina u blizini novorođene crne rupe, sudara između ljuski plina koji se brzo kreće unutar mlaza (unutarnji udarni valovi) i od vodećeg ruba mlaza dok odlazi i stupa u interakciju s okolinom (vanjski udar). Slika: NASA-in centar za svemirske letove Goddard
Alternativna hipoteza sugerira da zvijezdabio je toliko masivan da je nakon početne eksplozije odmah formirao crnu rupu, koja je progutala sav materijal koji bi inače formirao oblak plina.
Astrofizičari nastavljaju potragu za ostacimaeksplodirajuća zvijezda. Istraživači sada traže tragove teških elemenata kao što je zlato, za koje se vjeruje da su nastali u snažnim eksplozijama povezanim s kolapsom jezgre masivne zvijezde.
Istraživači također napominju da je vjerojatno daNeobična snaga praska gama zraka posljedica je činjenice da je mlaz energije (mlaz) izbačen tijekom nastanka crne rupe bio usmjeren izravno na Zemlju. Analiza naknadnog sjaja i polarizacije svjetlosti od takve eksplozije pomoći će da se sazna više o tome kako nastaju mlazovi.
Čitaj više:
Biolozi otkrivaju kako stanice raka izmiču imunološkom sustavu
Ključna teorija kvantne fizike konačno je dokazana. Glavni
Naziv proizvoda koji štite mozak od demencije i kada ih koristiti
Na naslovnici: likovna ilustracija praska gama zračenja. Slika: NASA/Swift/Cruz deWilde