2022. gada 9. oktobrī orbītā esošā Sviftas observatorija pirmo reizi fiksēja neparasti spilgtu gamma staru uzliesmojumu GRB 221009A.
Nākamo mēnešu laikā pētnieki visā pasaulē analizēja gamma staru avotu, lai iegūtu sīkāku informāciju par neparasto astronomisko notikumu un atrastu tā avotu.
Gamma staru uzliesmojuma GRB 221009A atrašanās vieta uz Piena ceļa fona. Attēls: NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs
Kas ir gamma staru uzliesmojums?
Gamma staru uzliesmojums (GRB)astrofiziķi sauc par īslaicīgu gamma starojuma uzliesmojumu, fotonu plūsmu ar ārkārtīgi īsu viļņa garumu (mazāk nekā 2⋅10-10 m) un augstu enerģiju. Šādi astronomiski notikumi atspoguļo milzīgu enerģijas daudzumu izdalīšanos un, kā likums, tiek reģistrēti tālās galaktikās. Gamma staru uzliesmojums ir viens no spilgtākajiem notikumiem Visumā.
Pētnieki ir salīdzinoši atklājuši gamma staru uzliesmojumusnesen: pagājušā gadsimta 60. gados. 1963. gadā NASA nosūtīja orbītā militāro pavadoni Vela, kas aprīkots ar neitronu, rentgena un gamma staru detektoriem. Viņam bija jāuzrauga, kā PSRS un citas valstis ievēro Kodolieroču izmēģinājumu aizlieguma līgumu. Satelīta instrumenti nekonstatēja kodolizmēģinājumus, bet nejauši atklāja gamma starojuma uzliesmojumus, kas izplūst no dziļā kosmosa.
Pētnieki izšķir divu veidu gamma staru uzliesmojumus,kas atšķiras pēc ilguma: īsas un garas. Pirmajā kategorijā ietilpst uzplaiksnījumi, kas ilgst no dažām milisekundēm līdz divām sekundēm. Tiek uzskatīts, ka šāda notikuma avots ir divu neitronu zvaigžņu saplūšana ar kilonovas veidošanos vai neitronu zvaigznes absorbcija melnajā caurumā.
Otrs veids ir gari gamma staru uzliesmojumi.Tie var ilgt no dažām sekundēm līdz vairākām minūtēm. Galvenā hipotēze liecina, ka ilgi gamma staru uzliesmojumi ir saistīti ar supernovas sprādzienu: pēdējo zvaigžņu evolūcijas posmu, kuru masa ir 10 vai vairāk reižu lielāka par Sauli. Bet 2022. gadā Gemini observatorijas astrofiziķi ziņoja par kilonovas atklāšanu, kas izveidojās pēc neitronu zvaigžņu saplūšanas, gadu iepriekš reģistrētā garā gamma staru uzliesmojuma vietā GRB 211211A.
Animēts attēls ar garu gamma staru uzliesmojumu, kas saistīts ar masīvas zvaigznes sabrukumu. Animācija: NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs
Kas ir neparasts gamma staru uzliesmojumā GRB 221009A?
GRB 221009A gamma staru uzliesmojums ilga vairāk nekāpiecas minūtes. Tas nozīmē, ka tas pieder pie gariem uzliesmojumiem un, visticamāk, ir saistīts ar masīvas zvaigznes kodola sabrukumu melnajā caurumā un supernovas sprādzienu. Pārsteidzoši, ka laikā, kas pagājis kopš pirmā gamma staru uzliesmojuma novērojuma, pētniekiem nav izdevies apstiprināt supernovas veidošanos sprādziena vietā vai atrast alternatīvu starojuma avotu.
Turklāt šļakatas bija tik spilgtas, kaapžilbināja lielāko daļu kosmisko gamma staru detektoru, tāpēc tie nevarēja tieši uztvert starojuma faktisko intensitāti. Lai rekonstruētu šo informāciju, pētnieki izmantoja Fermi teleskopa un konusa gamma staru spektrometra savāktos datus. Analīze parādīja, ka GRB 221009A bija 70 reizes spilgtāks nekā jebkurš cits novērotais gamma staru uzliesmojums.
GRB 221009A un četru iepriekš reģistrēto visspēcīgāko gamma staru uzliesmojumu salīdzinājums. Attēls: NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs un Ādams Goldšteins (USRA)
Aprēķinus veica projekta astrofiziķiEiropas Kosmosa aģentūras (ESA) "Integral" liecina, ka sprādziena ilguma laikā Zemes atmosfēras augšējos slāņos nokrita aptuveni viens gigavats jaudas. Tas ir līdzvērtīgs zemes elektrostacijas jaudai. Pasākums bija tik spilgts, ka vēl šodien ir redzams ilgāka viļņa garuma pēcspīdums, pēcspīdums.
7000 izlases analīzeFermi un Cone reģistrētie GRB liecina, ka šādiem liela mēroga GRB vajadzētu rasties biežāk nekā reizi 10 000 gados. "GRB 221009A, iespējams, bija spilgtākais rentgena un gamma staru uzliesmojums kopš cilvēces civilizācijas rītausmas," sacīja Ēriks Bērnss, pētnieks no Luiziānas štata universitātes Batonrūžā.
GRB 221009A pēcspīdums, kas tverts ar Habla teleskopu. Attēls: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Attēlu apstrāde: Gledisa Kobere
Ko astrofiziķi ir iemācījušies?
Lai labāk rekonstruētu gamma staru uzliesmojuma vēsturi, pētnieki izmantoja instrumentus, kas nosaka elektromagnētisko starojumu dažādos viļņu garumos, sākot no radioviļņiem līdz gamma stariem.
Pirmie zinātniskie rezultāti parāda, kāRentgenstari apgaismoja putekļu mākoņus Piena ceļā, tiem izplatoties. Pētnieki aprēķināja, ka starojums ceļoja pa starpgalaktisko telpu aptuveni 1,9 miljardus gadu, pirms tas nonāca mūsu galaktikā. Tas sadūrās ar pirmo putekļu mākoni Piena Ceļa "nomalēs" pirms aptuveni 60 tūkstošiem gadu, bet ar pēdējo - aptuveni tūkstoti.
Katru reizi, kad rentgena stari sadūrāsar putekļu mākoni tie izkliedēja daļu starojuma, radot koncentriskus gredzenus, kas, šķiet, izplešas uz āru. ESA XMM-Newton kosmiskais rentgena teleskops novēroja šos gredzenus vairākas dienas pēc gamma staru uzliesmojuma. Tuvumā esošie mākoņi veidoja lielākos gredzenus tikai tāpēc, ka tie šķiet lielāki perspektīvā, skaidro zinātnieki.
Putekļu gredzeni no GRB 221009A, kas novēroti ar rentgena teleskopu. Attēls: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Ceļošana pa Piena ceļu, rentgenstarisecīgi izgaismoti 20 mūsu galaktikas putekļu mākoņi. Radiācijas analīze palīdzēja aprēķināt attālumu līdz tiem un analizēt to sastāvā esošo daļiņu īpašības.
Gadu gaitā pētnieki ir ierosinājuši vairākusdažādas teorijas, kas apraksta putekļu graudu īpašības. Pētnieki šos modeļus pārklāja ar savāktajiem datiem. Viņi atklāja, ka novērojumiem vislabāk atbilst modelis, kas liek domāt, ka daļiņas galvenokārt sastāv no grafīta, oglekļa kristāliskas formas.
Noslēpumains avots
Neskatoties uz lielo savākto datu apjomujoprojām ir noslēpums, kas tieši izraisīja tik spilgtu gamma staru uzliesmojumu. Tā kā galvenā versija saista garus gamma staru uzliesmojumus ar supernovas sprādzienu, pētnieki izmantoja Džeimsa Veba un Habla kosmosa teleskopus, lai meklētu nākotnes miglāja pirmsākumus. Taču neviens no teleskopiem iespējamā sprādziena vietā neko neatrada.
Viens no iespējamiem iemesliem ir tasGRB parādījās debesu daļā, kas atrodas tikai dažus grādus virs Piena ceļa plaknes, kur biezi putekļu mākoņi var ievērojami aptumšot krītošo gaismu. Ja tā, iespējams, turpmākie novērojumi palīdzēs atrast supernovas paliekas.
Garuma galveno sastāvdaļu ilustrācijagamma staru uzliesmojums, visizplatītākais veids. Masīvas zvaigznes kodols (pa kreisi) ir sabrucis, veidojot melno caurumu, kas sūta daļiņu straumi, kas cauri zvaigznes materiālam pārvietojas kosmosā gandrīz ar gaismas ātrumu. Emisijas visā spektrā rodas no karstas jonizētas gāzes pie jaundzimušā melnā cauruma, sadursmēm starp ātri kustīgas gāzes čaulām strūklas iekšienē (iekšējie triecienviļņi) un no strūklas priekšējās malas, kad tā aizplūst un mijiedarbojas ar apkārtējo vidi. (ārējais trieciens). Attēls: NASA Godāras kosmosa lidojumu centrs
Alternatīva hipotēze liecina, ka zvaigznebija tik masīvs, ka pēc sākotnējā sprādziena tajā uzreiz izveidojās melnais caurums, kas aprija visu materiālu, kas citādi veidotos gāzes mākonī.
Astrofiziķi turpina meklēt mirstīgās atliekassprāgstoša zvaigzne. Pētnieki tagad meklē smago elementu, piemēram, zelta, pēdas, kuras, domājams, veidojušās spēcīgos sprādzienos, kas saistīti ar masīvas zvaigznes kodola sabrukumu.
Pētnieki arī atzīmē, ka tas ir iespējamsGamma staru uzliesmojuma neparastais spēks ir saistīts ar faktu, ka melnā cauruma veidošanās laikā izmestā enerģijas strūkla tika vērsta tieši uz Zemi. Šāda sprādziena gaismas pēcspīduma un polarizācijas analīze palīdzēs mums uzzināt vairāk par to, kā veidojas strūklas.
Lasīt vairāk:
Biologi atklāj, kā vēža šūnas izvairās no imūnsistēmas
Kvantu fizikas galvenā teorija beidzot ir pierādīta. Galvenā
Nosauktie produkti, kas aizsargā smadzenes no demences, un kad tos lietot
Uz vāka: mākslinieciska gamma staru uzliesmojuma ilustrācija. Attēls: NASA/Swift/Cruz deWilde