Den 9. oktober 2022 registrerte Swift-observatoriet i bane det uvanlig lyse gammastråleutbruddet GRB 221009A for første gang.
I løpet av de påfølgende månedene analyserte forskere over hele verden kilden til gammastrålene for å finne detaljer om den uvanlige astronomiske hendelsen og finne kilden.
Plasseringen av gammastråleutbruddet GRB 221009A mot bakgrunnen av Melkeveien. Bilde: NASAs Goddard Space Flight Center
Hva er et gammastråleutbrudd?
Gammastråleutbrudd (GRB)astrofysikere kaller et kortvarig utbrudd av gammastråling, en strøm av fotoner med ekstremt kort bølgelengde (mindre enn 2⋅10−10 m) og høy energi. Slike astronomiske hendelser representerer frigjøring av enorme mengder energi og er som regel registrert i fjerne galakser. Et gammastråleutbrudd er en av de lyseste hendelsene i universet.
Forskere har oppdaget gammastråleutbrudd relativtnylig: på 60-tallet av forrige århundre. I 1963 sendte NASA i bane den militære satellitten Vela, utstyrt med nøytron-, røntgen- og gammastråledetektorer. Han skulle overvåke overholdelse av USSR og andre land med atomprøveforbudstraktaten. Satellittens instrumenter oppdaget ikke kjernefysiske tester, men oppdaget ved et uhell utbrudd av gammastråling som kom fra verdensrommet.
Forskere skiller to typer gammastråleutbrudd,som er forskjellige i varighet: kort og lang. Den første kategorien inkluderer blink som varer fra noen få millisekunder til to sekunder. Det antas at kilden til en slik hendelse er sammenslåingen av to nøytronstjerner med dannelsen av en kilonova eller absorpsjonen av en nøytronstjerne av et svart hull.
Den andre typen er lange gammastråleutbrudd.De kan vare fra noen få sekunder til flere minutter. Hovedhypotesen antyder at lange utbrudd av gammastråler er assosiert med en supernovaeksplosjon: det siste stadiet i utviklingen av stjerner, hvis masse er 10 eller flere ganger større enn solen. Men i 2022 rapporterte astrofysikere fra Gemini-observatoriet oppdagelsen av en kilonova, dannet etter sammenslåingen av nøytronstjerner, på stedet for den lange gammastråleutbruddet GRB 211211A registrert et år tidligere.
Animert bilde av et langt gammastråleutbrudd assosiert med kollapsen av en massiv stjerne. Animasjon: NASAs Goddard Space Flight Center
Hva er uvanlig med gammastråleutbruddet GRB 221009A?
GRB 221009As gammastråleutbrudd varte mer ennfem minutter. Dette betyr at den tilhører lange utbrudd og er mest sannsynlig assosiert med kollapsen av kjernen til en massiv stjerne i et svart hull og en supernovaeksplosjon. Overraskende nok, i løpet av tiden som har gått siden den første observasjonen av et gammastråleutbrudd, har forskere ikke vært i stand til å bekrefte dannelsen av en supernova på eksplosjonsstedet eller finne en alternativ kilde til stråling.
I tillegg var sprutet så lyst atblindet de fleste kosmiske gammastråledetektorer, slik at de ikke direkte kunne fange opp den faktiske intensiteten til strålingen. Forskerne brukte data samlet inn av Fermi-teleskopet og Cone Gamma Ray Spectrometer for å rekonstruere denne informasjonen. Analysen viste at GRB 221009A var 70 ganger lysere enn noen annen observert gammastråleutbrudd.
Sammenligning av GRB 221009A og de fire tidligere registrerte kraftigste gammastråleutbruddene. Bilde: NASAs Goddard Space Flight Center og Adam Goldstein (USRA)
Beregninger utført av astrofysikere i prosjektet"Integral" fra European Space Agency (ESA), viser at mens eksplosjonen varte, falt omtrent én gigawatt kraft ned i de øvre lagene av jordens atmosfære. Dette tilsvarer kraften til et bakkekraftverk. Begivenheten var så lys at selv i dag er den lengre bølgelengde ettergløden, ettergløden, fortsatt synlig.
Analyse av et utvalg på 7000GRB-er registrert av Fermi og Cone viser at slike store GRB-er bør forekomme oftere enn én gang hvert 10.000. "GRB 221009A var sannsynligvis det lyseste utbruddet av røntgen- og gammastråler siden begynnelsen av den menneskelige sivilisasjonen," sa Eric Burns, en forsker ved Louisiana State University i Baton Rouge.
Ettergløden til GRB 221009A, fanget av Hubble-teleskopet. Bilde: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Bildebehandling: Gladys Kober
Hva har astrofysikere lært?
For bedre å rekonstruere historien til gammastråleutbruddet, brukte forskere instrumenter som oppdager elektromagnetisk stråling ved en rekke bølgelengder, fra radiobølger til gammastråler.
De første vitenskapelige resultatene viser hvordanRøntgenstråler opplyste støvskyer i Melkeveien mens de spredte seg. Forskerne regnet ut at strålingen reiste gjennom det intergalaktiske rommet i omtrent 1,9 milliarder år før den kom inn i galaksen vår. Den kolliderte med den første støvskyen i "utkanten" av Melkeveien for rundt 60 tusen år siden, og med den siste - rundt tusen.
Hver gang røntgenbildene kollidertemed støvskyen spredte de noe av strålingen, og skapte konsentriske ringer som så ut til å utvide seg utover. ESA XMM-Newton Space X-ray Telescope observerte disse ringene i flere dager etter gammastråleutbruddet. Nærliggende skyer dannet de største ringene ganske enkelt fordi de ser større ut i perspektiv, forklarer forskerne.
Støvringer fra GRB 221009A observert av et røntgenteleskop. Bilde: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Reiser gjennom Melkeveien, røntgenstrålersekvensielt opplyste 20 støvskyer i galaksen vår. Strålingsanalyse hjalp til med å beregne avstanden til dem og analysere egenskapene til deres bestanddeler.
Gjennom årene har forskere foreslått en rekkeulike teorier som beskriver egenskapene til støvkorn. Forskerne la disse mønstrene over de innsamlede dataene. De fant at en modell som antyder at partiklene hovedsakelig består av grafitt, en krystallinsk form for karbon, passer best med observasjonene.
Mystisk kilde
Til tross for den store mengden data som er samlet inndet er fortsatt et mysterium hva som forårsaket et så sterkt gammastråleutbrudd. Siden hovedversjonen knytter lange gammastråleutbrudd til en supernovaeksplosjon, brukte forskerne romteleskopene James Webb og Hubble for å søke etter begynnelsen på en fremtidig tåke. Men ingen av teleskopene fant noe på stedet for den angivelige eksplosjonen.
En mulig årsak er detGRB-en dukket opp på en del av himmelen som er bare noen få grader over Melkeveiens plan, der tykke støvskyer kan skygge det innfallende lyset kraftig. I så fall vil kanskje ytterligere observasjoner hjelpe til med å finne restene av supernovaen.
Illustrasjon av hovedkomponentene i en langgammastråleutbrudd, den vanligste typen. Kjernen til en massiv stjerne (til venstre) har kollapset og danner et sort hull som sender en strøm av partikler som beveger seg gjennom stjernens materiale ut i verdensrommet med nesten lysets hastighet. Utslipp over hele spekteret oppstår fra varm ionisert gass nær det nyfødte sorte hullet, kollisjoner mellom skjell av raskt bevegende gass inne i jetstrålen (interne sjokkbølger), og fra forkanten av jetstrålen når den feier bort og samhandler med omgivelsene. (ytre sjokk). Bilde: NASAs Goddard Space Flight Center
En alternativ hypotese antyder at stjernenvar så massiv at den etter den første eksplosjonen umiddelbart dannet et sort hull, som slukte opp alt materialet som ellers ville dannet en gassky.
Astrofysikere fortsetter å lete etter levningereksploderende stjerne. Forskere leter nå etter spor av tunge elementer som gull, som antas å være dannet i kraftige eksplosjoner knyttet til kollapsen av kjernen til en massiv stjerne.
Forskerne bemerker også at det er sannsynlig atDen uvanlige kraften til gammastråleutbruddet skyldes det faktum at strålen av energi (jet) som ble kastet ut under dannelsen av det sorte hullet ble rettet direkte mot jorden. Å analysere ettergløden og polariseringen av lys fra en slik eksplosjon vil bidra til å lære mer om hvordan jetfly dannes.
Les mer:
Biologer oppdager hvordan kreftceller unngår immunsystemet
Nøkkelteorien om kvantefysikk har endelig blitt bevist. Hoved
Navngitte produkter som beskytter hjernen mot demens, og når de skal brukes
På omslaget: kunstnerisk illustrasjon av et gammastråleutbrudd. Bilde: NASA/Swift/Cruz deWilde