Pe 9 octombrie 2022, Observatorul Swift care orbitează a înregistrat pentru prima dată explozia neobișnuit de strălucitoare de raze gamma GRB 221009A.
În lunile următoare, cercetătorii din întreaga lume au analizat sursa razelor gamma pentru a recupera detaliile evenimentului astronomic neobișnuit și a găsi sursa acestuia.
Locația exploziei de raze gamma GRB 221009A pe fundalul Căii Lactee. Imagine: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA
Ce este o explozie de raze gamma?
Explozie cu raze gamma (GRB)Astrofizicienii numesc o explozie pe termen scurt de radiație gamma, un flux de fotoni cu o lungime de undă extrem de scurtă (mai puțin de 2⋅10−10 m) și energie mare. Astfel de evenimente astronomice reprezintă eliberarea de cantități uriașe de energie și, de regulă, sunt înregistrate în galaxii îndepărtate. O explozie de raze gamma este unul dintre cele mai strălucitoare evenimente din Univers.
Cercetătorii au descoperit exploziile de raze gamma relativrecent: în anii 60 ai secolului trecut. În 1963, NASA a trimis pe orbită satelitul militar Vela, echipat cu detectoare de neutroni, raze X și raze gamma. Trebuia să monitorizeze respectarea de către URSS și alte țări a Tratatului de interzicere a testelor nucleare. Instrumentele satelitului nu au detectat teste nucleare, dar au descoperit accidental explozii de radiații gamma emanate din spațiul profund.
Cercetătorii disting două tipuri de explozii de raze gamma,care diferă ca durată: scurtă și lungă. Prima categorie include blițuri care durează de la câteva milisecunde până la două secunde. Se crede că sursa unui astfel de eveniment este fuziunea a două stele neutronice cu formarea unei kilonova sau absorbția unei stele neutronice de către o gaură neagră.
Al doilea tip este exploziile lungi de raze gamma.Acestea pot dura de la câteva secunde la câteva minute. Ipoteza principală sugerează că exploziile lungi de raze gamma sunt asociate cu o explozie de supernovă: etapa finală în evoluția stelelor, a căror masă este de 10 sau mai multe ori mai mare decât soarele. Însă în 2022, astrofizicienii de la observatorul Gemini au raportat descoperirea unei kilonova, formată după fuziunea stelelor neutronice, la locul exploziei lungi de raze gamma GRB 211211A înregistrată cu un an mai devreme.
Imagine animată a unei explozii lungi de raze gamma asociată cu prăbușirea unei stele masive. Animație: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA
Ce este neobișnuit la explozia de raze gamma GRB 221009A?
Explozia de raze gamma a lui GRB 221009A a durat mai mult decinci minute. Aceasta înseamnă că aparține exploziilor lungi și este cel mai probabil asociat cu prăbușirea nucleului unei stele masive într-o gaură neagră și cu o explozie de supernovă. În mod surprinzător, în timpul care a trecut de la prima observare a unei explozii de raze gamma, cercetătorii nu au reușit să confirme formarea unei supernove la locul exploziei sau să găsească o sursă alternativă de radiație.
În plus, stropirea era atât de strălucitoare încâtau orbit majoritatea detectorilor de raze gamma cosmice, astfel încât nu au putut capta direct intensitatea reală a radiației. Cercetătorii au folosit datele colectate de Telescopul Fermi și Spectrometrul Cone Gamma Ray pentru a reconstrui aceste informații. Analiza a arătat că GRB 221009A a fost de 70 de ori mai strălucitor decât orice altă explozie de raze gamma observată.
Comparație între GRB 221009A și cele patru cele mai puternice explozii de raze gamma înregistrate anterior. Imagine: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA și Adam Goldstein (USRA)
Calcule efectuate de astrofizicienii proiectului„Integral” al Agenției Spațiale Europene (ESA), arată că, în timp ce explozia a durat, aproximativ un gigawatt de putere a căzut în straturile superioare ale atmosferei Pământului. Aceasta este echivalentă cu puterea unei centrale electrice la sol. Evenimentul a fost atât de strălucitor încât și astăzi strălucirea cu lungime de undă mai lungă, strălucirea, este încă vizibilă.
Analiza unui eșantion de 7.000GRB-urile înregistrate de Fermi și Cone arată că astfel de GRB la scară largă ar trebui să apară mai des decât o dată la 10.000 de ani. „GRB 221009A a fost probabil cea mai strălucitoare explozie de raze X și raze gamma de la începuturile civilizației umane”, a spus Eric Burns, cercetător la Universitatea de Stat din Louisiana din Baton Rouge.
Lumina ulterioară a GRB 221009A, capturată de telescopul Hubble. Imagine: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Universitatea Radboud); Procesarea imaginii: Gladys Kober
Ce au învățat astrofizicienii?
Pentru a reconstrui mai bine istoria exploziei de raze gamma, cercetătorii au folosit instrumente care detectează radiația electromagnetică la o varietate de lungimi de undă, de la unde radio la raze gamma.
Primele rezultate științifice arată cumRazele X au iluminat norii de praf din Calea Lactee pe măsură ce se răspândeau. Cercetătorii au calculat că radiația a călătorit prin spațiul intergalactic timp de aproximativ 1,9 miliarde de ani înainte de a pătrunde în galaxia noastră. S-a ciocnit cu primul nor de praf de la „periferia” Căii Lactee în urmă cu aproximativ 60 de mii de ani, iar cu ultimul - aproximativ o mie.
De fiecare dată când razele X se ciocneauodată cu norul de praf, au împrăștiat o parte din radiație, creând inele concentrice care păreau să se extindă în exterior. Telescopul spațial cu raze X ESA XMM-Newton a observat aceste inele timp de câteva zile după izbucnirea razelor gamma. Norii din apropiere au format cele mai mari inele pur și simplu pentru că par mai mari în perspectivă, explică oamenii de știință.
Inele de praf de la GRB 221009A observate de un telescop cu raze X. Imagine: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Călătorind prin Calea Lactee, cu raze Xiluminați secvențial 20 de nori de praf ai galaxiei noastre. Analiza radiațiilor a ajutat la calcularea distanței până la acestea și la analiza proprietăților particulelor lor constitutive.
De-a lungul anilor, cercetătorii au propus o serie dediverse teorii care descriu proprietățile boabelor de praf. Cercetătorii au suprapus aceste modele pe datele colectate. Ei au descoperit că un model care sugerează că particulele sunt alcătuite în principal din grafit, o formă cristalină de carbon, se potrivește cel mai bine observațiilor.
Sursă misterioasă
În ciuda cantității mari de date colectaterămâne un mister ce anume a cauzat o explozie de raze gamma atât de strălucitoare. Deoarece versiunea principală leagă exploziile lungi de raze gamma de o explozie de supernovă, cercetătorii au folosit telescoapele spațiale James Webb și Hubble pentru a căuta începuturile unei viitoare nebuloase. Dar niciunul dintre telescoape nu a găsit nimic la locul presupusei explozii.
Un posibil motiv este căGRB a apărut într-o parte a cerului care se află la doar câteva grade deasupra planului Căii Lactee, unde norii groși de praf pot tulbura foarte mult lumina incidentă. Dacă da, poate observații suplimentare vor ajuta la găsirea rămășițelor supernovei.
Ilustrație a principalelor componente ale unui lungexplozie de raze gamma, cel mai comun tip. Miezul unei stele masive (stânga) s-a prăbușit, formând o gaură neagră care trimite un flux de particule care se deplasează prin materialul stelei în spațiu cu aproape viteza luminii. Emisiile din întregul spectru apar din gazul ionizat fierbinte din apropierea găurii negre nou-născute, ciocnirile între învelișurile de gaz cu mișcare rapidă în interiorul jetului (unde de șoc interne) și de la marginea anterioară a jetului în timp ce mătură și interacționează cu mediul înconjurător. (șoc extern). Imagine: Centrul de zbor spațial Goddard al NASA
O ipoteză alternativă sugerează că steauaa fost atât de masiv încât, după explozia inițială, a format imediat o gaură neagră, care a înghițit tot materialul care altfel ar forma un nor de gaz.
Astrofizicienii continuă să caute rămășițestea care explodează. Cercetătorii caută acum urme de elemente grele, cum ar fi aurul, despre care se crede că s-au format în explozii puternice asociate cu prăbușirea nucleului unei stele masive.
Cercetătorii notează, de asemenea, că este probabil caPuterea neobișnuită a exploziei de raze gamma se datorează faptului că jetul de energie (jet) ejectat în timpul formării găurii negre a fost direcționat direct către Pământ. Analiza luminii și polarizarea luminii de la o astfel de explozie va ajuta să aflați mai multe despre modul în care se formează jeturile.
Citeste mai mult:
Biologii descoperă cum celulele canceroase elud sistemul imunitar
Teoria cheie a fizicii cuantice a fost în sfârșit dovedită. Principal
Produse numite care protejează creierul de demență și când să le folosești
Pe copertă: ilustrație artistică a unei explozii de raze gamma. Imagine: NASA/Swift/Cruz deWilde