ב-9 באוקטובר 2022, מצפה הכוכבים סוויפט המקיף את התפרצות קרינת הגמא הבהירה יוצאת הדופן GRB 221009A בפעם הראשונה.
במהלך החודשים הבאים, חוקרים ברחבי העולם ניתחו את מקור קרני הגמא כדי לשחזר פרטים על האירוע האסטרונומי החריג ולמצוא את מקורו.
מיקומו של התפרצות קרני הגמא GRB 221009A על רקע שביל החלב. תמונה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
מהו התפרצות קרן גמא?
התפרצות קרני גמא (GRB)אסטרופיזיקאים מכנים פרץ קצר טווח של קרינת גמא, זרם של פוטונים עם אורך גל קצר במיוחד (פחות מ-2⋅10-10 מ') ואנרגיה גבוהה. אירועים אסטרונומיים כאלה מייצגים שחרור של כמויות עצומות של אנרגיה, וככלל, מתועדים בגלקסיות רחוקות. התפרצות קרני גמא היא אחד האירועים הבהירים ביותר ביקום.
חוקרים גילו התפרצויות קרני גמא יחסיתלאחרונה: בשנות ה-60 של המאה הקודמת. בשנת 1963 שלחה נאס"א למסלול את הלוויין הצבאי Vela, מצויד בגלאי נויטרונים, קרני רנטגן וקרני גמא. הוא היה אמור לפקח על ציות ברית המועצות ומדינות אחרות לאמנה על איסור ניסויים גרעיניים. מכשירי הלוויין לא זיהו ניסויים גרעיניים, אלא גילו בטעות התפרצויות של קרינת גמא הבוקעות מהחלל העמוק.
חוקרים מבחינים בין שני סוגים של התפרצויות קרני גמא,שנבדלים זה מזה במשך: קצר וארוך. הקטגוריה הראשונה כוללת הבזקים שנמשכים בין כמה אלפיות שניות לשתי שניות. מאמינים שהמקור לאירוע כזה הוא מיזוג של שני כוכבי נויטרונים עם היווצרות קילונובה או בליעה של כוכב נויטרונים על ידי חור שחור.
הסוג השני הוא התפרצויות קרני גמא ארוכים.הם יכולים להימשך בין מספר שניות למספר דקות. ההשערה העיקרית מציעה שהתפרצויות ארוכות של קרני גמא קשורות להתפוצצות סופרנובה: השלב האחרון בהתפתחות הכוכבים, שמסתם גדולה פי 10 או יותר מהשמש. אבל בשנת 2022, אסטרופיזיקאים ממצפה הכוכבים ג'מיני דיווחו על גילוי קילונובה, שנוצרה לאחר מיזוג כוכבי נויטרונים, באתר של התפרצות קרני הגמא הארוכה GRB 211211A שתועדה שנה קודם לכן.
תמונה מונפשת של התפרצות קרני גמא ארוכה הקשורה להתמוטטות של כוכב מסיבי. אנימציה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
מה יוצא דופן בהתפרצות קרני גמא GRB 221009A?
התפרצות קרני הגמא של GRB 221009A נמשכה יותר מחמש דקות. משמעות הדבר היא שהוא שייך להתפרצויות ארוכות וקשור ככל הנראה להתמוטטות ליבת כוכב מסיבי לחור שחור ולפיצוץ סופרנובה. באופן מפתיע, בזמן שחלף מאז התצפית הראשונה בהתפרצות קרני גמא, החוקרים לא הצליחו לאשר היווצרות סופרנובה במקום הפיצוץ או למצוא מקור קרינה חלופי.
בנוסף, השפריץ היה כל כך בהירעיוור את רוב גלאי קרני הגמא הקוסמיים, כך שהם לא יכלו ללכוד ישירות את עוצמת הקרינה בפועל. החוקרים השתמשו בנתונים שנאספו על ידי טלסקופ פרמי וספקטרומטר קרני גמא חרוט כדי לשחזר מידע זה. הניתוח הראה ש-GRB 221009A היה בהיר פי 70 מכל פרץ קרני גמא אחר שנצפה.
השוואה בין GRB 221009A לבין ארבעת התפרצויות קרני הגמא החזקים ביותר שהוקלטו בעבר. תמונה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א ואדם גולדשטיין (USRA)
חישובים שבוצעו על ידי האסטרופיזיקאים של הפרויקט"אינטגרל" של סוכנות החלל האירופית (ESA), מראים שבזמן שהפיצוץ נמשך, כג'יגה וואט אחד של כוח נפל לתוך השכבות העליונות של האטמוספירה של כדור הארץ. זה שווה ערך להספק של תחנת כוח קרקעית. האירוע היה כה בהיר שאפילו היום עדיין נראה הזוהר באורך הגל הארוך יותר, הזוהר.
ניתוח מדגם של 7,000GRBs שתועדו על ידי Fermi and Cone מראה כי GRB בקנה מידה גדול כזה צריך להתרחש לעתים קרובות יותר מפעם אחת בכל 10,000 שנים. "GRB 221009A היה כנראה ההתפרצות הבהירה ביותר של קרני רנטגן וקרני גמא מאז שחר הציוויליזציה האנושית", אמר אריק ברנס, חוקר באוניברסיטת לואיזיאנה בבאטון רוז'.
הזוהר של GRB 221009A, שנלכד על ידי טלסקופ האבל. תמונה: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (אוניברסיטת רדבוד); עיבוד תמונה: גלדיס קובר
מה למדו אסטרופיזיקאים?
כדי לשחזר טוב יותר את ההיסטוריה של התפרצות קרני הגמא, החוקרים השתמשו במכשירים המזהים קרינה אלקטרומגנטית במגוון אורכי גל, מגלי רדיו ועד קרני גמא.
התוצאות המדעיות הראשונות מראות כיצדקרני רנטגן האירו את ענני האבק בשביל החלב כשהם התפשטו. החוקרים חישבו שהקרינה עברה בחלל הבין-גלקטי במשך כ-1.9 מיליארד שנים לפני שנכנסה לגלקסיה שלנו. הוא התנגש בענן האבק הראשון ב"פאתי" שביל החלב לפני כ-60 אלף שנה, ובאחרון - כאלף.
בכל פעם שקרני הרנטגן התנגשועם ענן האבק, הם פיזרו חלק מהקרינה, ויצרו טבעות קונצנטריות שנראו מתרחבות כלפי חוץ. טלסקופ רנטגן החלל ESA XMM-Newton צפה בטבעות אלו במשך מספר ימים לאחר התפרצות קרני הגמא. עננים בקרבת מקום יצרו את הטבעות הגדולות ביותר פשוט משום שהן נראות גדולות יותר בפרספקטיבה, מסבירים המדענים.
טבעות אבק מ-GRB 221009A שנצפו באמצעות טלסקופ רנטגן. תמונה: ESA/XMM-Newton/M. ריגוסלי (INAF)
נסיעה דרך שביל החלב, צילומי רנטגןהאיר ברצף 20 ענני אבק של הגלקסיה שלנו. ניתוח קרינה עזר לחשב את המרחק אליהם ולנתח את תכונות החלקיקים המרכיבים אותם.
במהלך השנים, חוקרים הציעו מספרתיאוריות שונות המתארות את תכונות גרגרי האבק. החוקרים הציבו דפוסים אלה על הנתונים שנאספו. הם מצאו שמודל המצביע על כך שהחלקיקים מורכבים בעיקר מגרפיט, צורה גבישית של פחמן, מתאים ביותר לתצפיות.
מקור מסתורי
למרות כמות הנתונים הגדולה שנאספהזה נותר בגדר תעלומה מה בדיוק גרם להתפרצות כה בהיר של קרני גמא. מכיוון שהגרסה הראשית מקשרת התפרצויות קרני גמא ארוכות לפיצוץ סופרנובה, החוקרים השתמשו בטלסקופי החלל ג'יימס ווב והאבל כדי לחפש את תחילתה של ערפילית עתידית. אבל אף אחד מהטלסקופים לא מצא דבר באתר הפיצוץ לכאורה.
סיבה אפשרית אחת היא זאתה-GRB הופיע בחלק של השמים שנמצא רק כמה מעלות מעל המישור של שביל החלב, שבו ענני אבק סמיכים יכולים להעכיר מאוד את האור הנכנס. אם כן, אולי תצפיות נוספות יעזרו למצוא את שרידי הסופרנובה.
איור של המרכיבים העיקריים של ארוךהתפרצות קרני גמא, הסוג הנפוץ ביותר. הליבה של כוכב מסיבי (משמאל) קרסה ויצרה חור שחור ששולח זרם של חלקיקים הנעים דרך החומר של הכוכב לחלל כמעט במהירות האור. פליטות על פני כל הספקטרום נובעות מגז מיונן חם ליד החור השחור שנולד, התנגשויות בין קונכיות של גז הנעים במהירות בתוך הסילון (גלי הלם פנימיים), ומהקצה המוביל של הסילון כשהוא סוחף ומקיים אינטראקציה עם סביבתו. (הלם חיצוני). תמונה: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
השערה חלופית מציעה שהכוכבהיה כל כך מסיבי שלאחר הפיצוץ הראשוני, הוא יצר מיד חור שחור, שבלע את כל החומר שאחרת היה יוצר ענן גז.
אסטרופיזיקאים ממשיכים לחפש שרידיםכוכב מתפוצץ. חוקרים מחפשים כעת עקבות של יסודות כבדים כמו זהב, שלפי ההערכה נוצרו בהתפוצצויות עוצמתיות הקשורות לקריסת הליבה של כוכב מסיבי.
החוקרים מציינים גם כי סביר להניח שכןהכוח החריג של התפרצות קרני הגמא נובע מכך שסילון האנרגיה (סילון) שנפלט במהלך היווצרות החור השחור הופנה ישירות לכדור הארץ. ניתוח הזוהר והקיטוב של האור מפיצוץ כזה יעזור ללמוד יותר על האופן שבו נוצרים סילונים.
קרא עוד:
ביולוגים מגלים כיצד תאים סרטניים חומקים ממערכת החיסון
תורת המפתח של פיזיקת הקוונטים הוכחה סוף סוף. רָאשִׁי
מוצרים בעלי שם המגנים על המוח מפני דמנציה, ומתי להשתמש בהם
על הכריכה: איור אמנותי של התפרצות קרני גמא. תמונה: NASA/Swift/Cruz deWilde