9 października 2022 roku orbitujące Obserwatorium Swift po raz pierwszy zarejestrowało niezwykle jasny rozbłysk gamma GRB 221009A.
W ciągu następnych miesięcy naukowcy z całego świata analizowali źródło promieni gamma, aby odzyskać szczegóły niezwykłego zdarzenia astronomicznego i znaleźć jego źródło.
Lokalizacja rozbłysku gamma GRB 221009A na tle Drogi Mlecznej. Zdjęcie: NASA Goddard Space Flight Center
Co to jest rozbłysk gamma?
Rozbłysk gamma (GRB)astrofizycy nazywają krótkotrwały rozbłysk promieniowania gamma, strumień fotonów o niezwykle krótkiej długości fali (poniżej 2⋅10−10 m) i wysokiej energii. Takie zdarzenia astronomiczne oznaczają uwolnienie ogromnych ilości energii i z reguły są rejestrowane w odległych galaktykach. Rozbłysk gamma to jedno z najjaśniejszych wydarzeń we Wszechświecie.
Naukowcy odkryli stosunkowo rozbłyski promieniowania gammaostatnio: w latach 60. ubiegłego wieku. W 1963 roku NASA wysłała na orbitę wojskowego satelitę Vela, wyposażonego w detektory neutronów, promieniowania rentgenowskiego i gamma. Miał monitorować przestrzeganie przez ZSRR i inne kraje Traktatu o zakazie prób jądrowych. Instrumenty satelity nie wykryły testów nuklearnych, ale przypadkowo odkryły rozbłyski promieniowania gamma pochodzące z głębokiego kosmosu.
Naukowcy rozróżniają dwa rodzaje rozbłysków gamma,które różnią się czasem trwania: krótkie i długie. Pierwsza kategoria obejmuje błyski trwające od kilku milisekund do dwóch sekund. Uważa się, że źródłem takiego zdarzenia jest połączenie dwóch gwiazd neutronowych z utworzeniem kilonowej lub pochłonięcie gwiazdy neutronowej przez czarną dziurę.
Drugi rodzaj to długie rozbłyski gamma.Mogą trwać od kilku sekund do kilku minut. Główna hipoteza sugeruje, że długie rozbłyski gamma są związane z wybuchem supernowej: końcowym etapem ewolucji gwiazd, których masa jest 10 lub więcej razy większa od masy Słońca. Ale w 2022 roku astrofizycy z obserwatorium Gemini poinformowali o odkryciu kilonowej, powstałej w wyniku połączenia gwiazd neutronowych, w miejscu długiego rozbłysku gamma GRB 211211A zarejestrowanego rok wcześniej.
Animowany obraz długiego rozbłysku gamma związanego z zapadnięciem się masywnej gwiazdy. Animacja: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda należące do NASA
Co jest niezwykłego w rozbłysku gamma GRB 221009A?
Rozbłysk gamma GRB 221009A trwał ponadpięć minut. Oznacza to, że należy do długich rozbłysków i najprawdopodobniej jest związany z zapadnięciem się jądra masywnej gwiazdy do czarnej dziury i wybuchem supernowej. Co zaskakujące, w czasie, jaki upłynął od pierwszej obserwacji rozbłysku gamma, naukowcom nie udało się potwierdzić powstania supernowej w miejscu wybuchu ani znaleźć alternatywnego źródła promieniowania.
Ponadto plusk był tak jasny, żeoślepiły większość kosmicznych detektorów promieniowania gamma, więc nie mogły bezpośrednio uchwycić rzeczywistej intensywności promieniowania. Naukowcy wykorzystali dane zebrane przez Teleskop Fermiego i Cone Gamma Ray Spectrometer, aby zrekonstruować te informacje. Analiza wykazała, że GRB 221009A był 70 razy jaśniejszy niż jakikolwiek inny obserwowany rozbłysk gamma.
Porównanie GRB 221009A i czterech wcześniej zarejestrowanych najpotężniejszych rozbłysków gamma. Zdjęcie: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA i Adam Goldstein (USRA)
Obliczenia przeprowadzone przez astrofizyków projektu"Integral" Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) pokazują, że podczas trwania eksplozji około jednego gigawata mocy wpadło w górne warstwy ziemskiej atmosfery. Odpowiada to mocy elektrowni naziemnej. Zdarzenie było tak jasne, że nawet dzisiaj poświata o większej długości fali, poświata, jest nadal widoczna.
Analiza próby 7 tysGRB zarejestrowane przez Fermiego i Cone'a pokazują, że takie GRB na dużą skalę powinny pojawiać się częściej niż raz na 10 000 lat. „GRB 221009A był prawdopodobnie najjaśniejszym rozbłyskiem promieniowania rentgenowskiego i gamma od zarania ludzkiej cywilizacji” – powiedział Eric Burns, badacz z Louisiana State University w Baton Rouge.
Poświata GRB 221009A uchwycona przez teleskop Hubble'a. Zdjęcie: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Uniwersytet Radboud); Przetwarzanie obrazu: Gladys Kober
Czego nauczyli się astrofizycy?
Aby lepiej zrekonstruować historię rozbłysku gamma, badacze wykorzystali instrumenty wykrywające promieniowanie elektromagnetyczne o różnych długościach fal, od fal radiowych po promienie gamma.
Pierwsze wyniki naukowe pokazują, jak to zrobićPromienie rentgenowskie oświetlały obłoki pyłu w Drodze Mlecznej podczas ich rozprzestrzeniania się. Naukowcy obliczyli, że promieniowanie podróżowało przez przestrzeń międzygalaktyczną przez około 1,9 miliarda lat, zanim dotarło do naszej galaktyki. Zderzył się z pierwszą chmurą pyłu na „obrzeżach” Drogi Mlecznej około 60 tysięcy lat temu, a z ostatnią – około tysiąca.
Za każdym razem, gdy promienie rentgenowskie się zderzaływraz z chmurą pyłu rozproszyły część promieniowania, tworząc koncentryczne pierścienie, które zdawały się rozszerzać na zewnątrz. Kosmiczny teleskop rentgenowski ESA XMM-Newton obserwował te pierścienie przez kilka dni po rozbłysku gamma. Naukowcy wyjaśniają, że pobliskie chmury utworzyły największe pierścienie po prostu dlatego, że wydają się większe w perspektywie.
Pierścienie pyłu z GRB 221009A obserwowane przez teleskop rentgenowski. Zdjęcie: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Podróż przez Drogę Mleczną, promieniowanie rentgenowskiesekwencyjnie oświetlone 20 obłoków pyłu naszej galaktyki. Analiza promieniowania pomogła obliczyć odległość do nich i przeanalizować właściwości ich cząstek składowych.
Przez lata naukowcy zaproponowali szeregróżne teorie opisujące właściwości ziaren pyłu. Naukowcy nałożyli te wzorce na zebrane dane. Odkryli, że model, który sugeruje, że cząstki składają się głównie z grafitu, krystalicznej formy węgla, najlepiej pasuje do obserwacji.
Tajemnicze źródło
Pomimo dużej ilości zebranych danychpozostaje tajemnicą, co dokładnie spowodowało tak jasny rozbłysk gamma. Ponieważ główna wersja łączy długie rozbłyski gamma z eksplozją supernowej, naukowcy wykorzystali teleskopy kosmiczne Jamesa Webba i Hubble'a do poszukiwania początków przyszłej mgławicy. Ale żaden z teleskopów nie znalazł niczego w miejscu rzekomej eksplozji.
Jednym z możliwych powodów jest toGRB pojawił się w części nieba, która znajduje się zaledwie kilka stopni nad płaszczyzną Drogi Mlecznej, gdzie grube chmury pyłu mogą znacznie zaciemnić padające światło. Jeśli tak, być może dalsze obserwacje pomogą znaleźć pozostałości po supernowej.
Ilustracja przedstawiająca główne elementy długiegorozbłysk gamma, najpowszechniejszy typ. Jądro masywnej gwiazdy (po lewej) zapadło się, tworząc czarną dziurę, która wysyła strumień cząstek przemieszczających się przez materię gwiazdy w przestrzeń kosmiczną z prędkością niemal równą prędkości światła. Emisje w całym spektrum powstają w wyniku gorącego zjonizowanego gazu w pobliżu nowonarodzonej czarnej dziury, zderzeń pomiędzy powłokami szybko poruszającego się gazu w dżecie (wewnętrzne fale uderzeniowe) oraz przedniej krawędzi dżetu podczas jego oddalania się i interakcji z otoczeniem (szok zewnętrzny). Zdjęcie: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda należące do NASA
Alternatywna hipoteza sugeruje, że gwiazdabył tak masywny, że po początkowej eksplozji natychmiast utworzył czarną dziurę, która pochłonęła całą materię, która w przeciwnym razie utworzyłaby chmurę gazu.
Astrofizycy nadal poszukują szczątkóweksplodująca gwiazda. Naukowcy szukają obecnie śladów ciężkich pierwiastków, takich jak złoto, które, jak się uważa, powstają w wyniku potężnych eksplozji związanych z zapadnięciem się jądra masywnej gwiazdy.
Naukowcy zauważają również, że jest to prawdopodobneNiezwykła moc rozbłysku gamma wynika z faktu, że strumień energii (dżet) wyrzucony podczas formowania się czarnej dziury był skierowany bezpośrednio na Ziemię. Analiza poświaty i polaryzacji światła z takiej eksplozji pomoże dowiedzieć się więcej o tym, jak powstają dżety.
Czytaj więcej:
Biolodzy odkrywają, w jaki sposób komórki rakowe wymykają się układowi odpornościowemu
Kluczowa teoria fizyki kwantowej została w końcu udowodniona. Główny
Nazwane produkty, które chronią mózg przed demencją i kiedy ich używać
Na okładce: artystyczna ilustracja rozbłysku gamma. Zdjęcie: NASA/Swift/Cruz deWilde