2022 m. spalio 9 d. orbitoje skriejanti Swift observatorija pirmą kartą užfiksavo neįprastai ryškų gama spindulių pliūpsnį GRB 221009A.
Per kitus mėnesius mokslininkai visame pasaulyje analizavo gama spindulių šaltinį, siekdami atkurti neįprasto astronominio įvykio detales ir rasti jo šaltinį.
Gama spindulių sprogimo GRB 221009A vieta Paukščių Tako fone. Vaizdas: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras
Kas yra gama spindulių pliūpsnis?
Gama spindulių pliūpsnis (GRB)astrofizikai trumpalaikį gama spinduliuotės pliūpsnį vadina itin trumpo bangos ilgio (mažiau nei 2⋅10−10 m) ir didelės energijos fotonų srautu. Tokie astronominiai įvykiai reiškia didžiulio energijos kiekio išleidimą ir, kaip taisyklė, registruojami tolimose galaktikose. Gama spindulių pliūpsnis yra vienas ryškiausių įvykių Visatoje.
Tyrėjai santykinai atrado gama spindulių pliūpsniusneseniai: praėjusio amžiaus 60-aisiais. 1963 metais NASA išsiuntė į orbitą karinį palydovą Vela, aprūpintą neutronų, rentgeno ir gama spindulių detektoriais. Jis turėjo stebėti, kaip SSRS ir kitos šalys laikosi Branduolinių bandymų uždraudimo sutarties. Palydovo prietaisai neaptiko branduolinių bandymų, bet atsitiktinai aptiko gama spinduliuotės pliūpsnius, sklindančius iš gilios erdvės.
Tyrėjai išskiria dviejų tipų gama spindulių pliūpsnius,kurios skiriasi trukme: trumpos ir ilgos. Pirmajai kategorijai priskiriami blyksniai, trunkantys nuo kelių milisekundžių iki dviejų sekundžių. Manoma, kad tokio įvykio šaltinis yra dviejų neutroninių žvaigždžių susijungimas su kilonovos susidarymu arba neutroninės žvaigždės absorbcija juodojoje skylėje.
Antrasis tipas yra ilgi gama spindulių pliūpsniai.Jie gali trukti nuo kelių sekundžių iki kelių minučių. Pagrindinė hipotezė rodo, kad ilgi gama spindulių pliūpsniai yra susiję su supernovos sprogimu: paskutiniu žvaigždžių, kurių masė yra 10 ar daugiau kartų didesnė už saulės, evoliucijos stadija. Tačiau 2022 m. astrofizikai iš Gemini observatorijos pranešė apie kilnovą, susidariusią susiliejus neutroninėms žvaigždėms, ilgo gama spindulių sprogimo GRB 211211A vietoje, užfiksuoto prieš metus.
Animuotas ilgo gama spindulių pliūpsnio vaizdas, susijęs su masyvios žvaigždės žlugimu. Animacija: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras
Kuo neįprastas gama spindulių pliūpsnis GRB 221009A?
GRB 221009A gama spindulių pliūpsnis truko ilgiau neipenkios minutės. Tai reiškia, kad jis priklauso ilgiems sprogimams ir greičiausiai yra susijęs su masyvios žvaigždės šerdies griūtimi į juodąją skylę ir supernovos sprogimu. Keista, kad per tą laiką, praėjusį nuo pirmojo gama spindulių pliūpsnio stebėjimo, tyrėjams nepavyko patvirtinti supernovos susidarymo sprogimo vietoje ar rasti alternatyvaus radiacijos šaltinio.
Be to, purslai buvo tokie ryškūs, kadapakino daugumą kosminių gama spindulių detektorių, todėl jie negalėjo tiesiogiai užfiksuoti tikrojo spinduliuotės intensyvumo. Šiai informacijai atkurti tyrėjai naudojo Fermi teleskopo ir kūgio gama spindulių spektrometro surinktus duomenis. Analizė parodė, kad GRB 221009A buvo 70 kartų ryškesnis nei bet kuris kitas pastebėtas gama spindulių pliūpsnis.
GRB 221009A ir keturių anksčiau įrašytų galingiausių gama spindulių pliūpsnių palyginimas. Vaizdas: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras ir Adamas Goldsteinas (USRA)
Skaičiavimus atliko projekto astrofizikaiEuropos kosmoso agentūros (ESA) „Integralis“ rodo, kad kol sprogimas tęsėsi, į viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius pateko apie vienas gigavatas galios. Tai prilygsta antžeminės elektrinės galiai. Renginys buvo toks ryškus, kad ir šiandien vis dar matomas ilgesnio bangos ilgio atšvaitas, atspalvis.
7 000 mėginio analizėFermi ir Cone užfiksuoti GRB rodo, kad tokie didelio masto GRB turėtų atsirasti dažniau nei kartą per 10 000 metų. „GRB 221009A buvo bene ryškiausias rentgeno ir gama spindulių pliūpsnis nuo žmonijos civilizacijos aušros“, – sakė Ericas Burnsas, Luizianos valstijos universiteto Baton Ružo tyrėjas.
GRB 221009A atšvaitas, užfiksuotas Hablo teleskopu. Vaizdas: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levanas (Radboud universitetas); Vaizdo apdorojimas: Gladys Kober
Ko išmoko astrofizikai?
Siekdami geriau atkurti gama spindulių pliūpsnio istoriją, mokslininkai naudojo instrumentus, kurie aptinka įvairių bangų ilgių elektromagnetinę spinduliuotę – nuo radijo bangų iki gama spindulių.
Pirmieji moksliniai rezultatai rodo, kaipRentgeno spinduliai apšvietė dulkių debesis Paukščių Take, kai jie plinta. Tyrėjai apskaičiavo, kad spinduliuotė tarpgalaktine erdve keliavo apie 1,9 milijardo metų, kol pateko į mūsų galaktiką. Su pirmuoju dulkių debesiu Paukščių Tako „pakraščiuose“ jis susidūrė maždaug prieš 60 tūkstančių metų, o su paskutiniuoju – apie tūkstantį.
Kiekvieną kartą, kai susidurdavo rentgeno nuotraukossu dulkių debesiu jie išsklaidė dalį spinduliuotės, sukurdami koncentrinius žiedus, kurie tarsi išsiplėtė į išorę. ESA XMM-Newton kosminis rentgeno teleskopas stebėjo šiuos žiedus keletą dienų po gama spindulių sprogimo. Netoliese esantys debesys sudarė didžiausius žiedus vien todėl, kad perspektyvoje atrodo didesni, aiškina mokslininkai.
Rentgeno teleskopu stebimi dulkių žiedai iš GRB 221009A. Vaizdas: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Kelionė Paukščių Taku, rentgeno spinduliainuosekliai apšvietė 20 mūsų galaktikos dulkių debesų. Radiacinė analizė padėjo apskaičiuoti atstumą iki jų ir išanalizuoti juos sudarančių dalelių savybes.
Per daugelį metų mokslininkai pasiūlė daugybęįvairios teorijos, apibūdinančios dulkių grūdelių savybes. Tyrėjai šiuos modelius perkėlė į surinktus duomenis. Jie nustatė, kad modelis, rodantis, kad dalelės daugiausia sudarytos iš grafito, kristalinės anglies formos, geriausiai atitinka stebėjimus.
Paslaptingas šaltinis
Nepaisant didelio surinktų duomenų kiekiolieka paslaptis, kas tiksliai sukėlė tokį ryškų gama spindulių pliūpsnį. Kadangi pagrindinė versija sieja ilgus gama spindulių pliūpsnius su supernovos sprogimu, mokslininkai naudojo Jameso Webb ir Habble kosminius teleskopus, kad ieškotų būsimo ūko pradžios. Tačiau nė vienas teleskopas tariamo sprogimo vietoje nieko nerado.
Viena iš galimų priežasčių yra taGRB pasirodė dangaus dalyje, kuri yra vos keliais laipsniais aukščiau Paukščių Tako plokštumos, kur tiršti dulkių debesys gali labai aptemdyti krintantį šviesą. Jei taip, galbūt tolesni stebėjimai padės surasti supernovos liekanas.
Pagrindinių ilgo komponentų iliustracijagama spindulių pliūpsnis, labiausiai paplitęs tipas. Masyvios žvaigždės šerdis (kairėje) žlugo ir susidarė juodoji skylė, kuri beveik šviesos greičiu siunčia dalelių srautą, judantį žvaigždės medžiaga į kosmosą. Išmetimai visame spektre kyla dėl karštų jonizuotų dujų šalia naujagimio juodosios skylės, susidūrimų tarp greitai judančių dujų sviedinių čiurkšlėje (vidinės smūginės bangos) ir iš priekinio purkštuko krašto, kai jis nuplaukia ir sąveikauja su aplinka. (išorinis šokas). Vaizdas: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras
Alternatyvi hipotezė rodo, kad žvaigždėbuvo toks masyvus, kad po pirminio sprogimo iš karto susidarė juodoji skylė, kuri prarijo visą medžiagą, kuri kitu atveju susidarytų dujų debesis.
Astrofizikai ir toliau ieško palaikųsprogstanti žvaigždė. Mokslininkai dabar ieško sunkiųjų elementų, tokių kaip auksas, pėdsakų, kurie, kaip manoma, susidarė per galingus sprogimus, susijusius su masyvios žvaigždės šerdies griūtimi.
Tyrėjai taip pat pažymi, kad tikėtinaNeįprasta gama spindulių pliūpsnio galia atsirado dėl to, kad formuojantis juodajai skylei išmestas energijos srautas (jet) buvo nukreiptas tiesiai į Žemę. Išanalizavus tokio sprogimo šviesos švytėjimą ir poliarizaciją, galėsite sužinoti daugiau apie tai, kaip susidaro purkštukai.
Skaityti daugiau:
Biologai išsiaiškina, kaip vėžio ląstelės išvengia imuninės sistemos
Pagaliau įrodyta pagrindinė kvantinės fizikos teorija. Pagrindinis
Pavadinti produktai, apsaugantys smegenis nuo demencijos ir kada juos vartoti
Viršelyje: meninė gama spindulių pliūpsnio iliustracija. Vaizdas: NASA / Swift / Cruz deWilde