Observatórium Swift na obežnej dráhe zaznamenalo 9. októbra 2022 prvýkrát nezvyčajne jasný záblesk gama žiarenia GRB 221009A.
Počas nasledujúcich mesiacov výskumníci z celého sveta analyzovali zdroj gama lúčov, aby získali podrobnosti o nezvyčajnej astronomickej udalosti a našli jej zdroj.
Miesto záblesku gama žiarenia GRB 221009A na pozadí Mliečnej dráhy. Obrázok: Goddard Space Flight Center NASA
Čo je to záblesk gama žiarenia?
Záblesk gama (GRB)astrofyzici nazývajú krátkodobý výbuch gama žiarenia, prúd fotónov s extrémne krátkou vlnovou dĺžkou (menej ako 2⋅10−10 m) a vysokou energiou. Takéto astronomické udalosti predstavujú uvoľnenie obrovského množstva energie a spravidla sa zaznamenávajú vo vzdialených galaxiách. Záblesk gama žiarenia je jednou z najjasnejších udalostí vo vesmíre.
Výskumníci relatívne objavili gama zábleskynedávno: v 60. rokoch minulého storočia. V roku 1963 vyslala NASA na obežnú dráhu vojenský satelit Vela, vybavený detektormi neutrónového, röntgenového a gama žiarenia. Mal kontrolovať dodržiavanie Zmluvy o zákaze jadrových skúšok zo strany ZSSR a ďalších krajín. Prístroje satelitu nezaznamenali jadrové testy, ale náhodne objavili výbuchy gama žiarenia vychádzajúce z hlbokého vesmíru.
Výskumníci rozlišujú dva typy gama zábleskov,ktoré sa líšia trvaním: krátke a dlhé. Prvá kategória zahŕňa záblesky, ktoré trvajú niekoľko milisekúnd až dve sekundy. Predpokladá sa, že zdrojom takejto udalosti je zlúčenie dvoch neutrónových hviezd s vytvorením kilonovy alebo absorpciou neutrónovej hviezdy čiernou dierou.
Druhým typom sú dlhé gama záblesky.Môžu trvať niekoľko sekúnd až niekoľko minút. Hlavná hypotéza naznačuje, že dlhé záblesky gama lúčov sú spojené s výbuchom supernovy: posledným štádiom vývoja hviezd, ktorých hmotnosť je 10-krát alebo viackrát väčšia ako Slnko. V roku 2022 však astrofyzici z observatória Gemini oznámili objav kilonovy, ktorá vznikla po zlúčení neutrónových hviezd, na mieste dlhého vzplanutia gama žiarenia GRB 211211A zaznamenaného o rok skôr.
Animovaný obrázok dlhého záblesku gama žiarenia spojeného s kolapsom masívnej hviezdy. Animácia: Goddard Space Flight Center NASA
Čo je nezvyčajné na gama záblesku GRB 221009A?
Záblesk gama žiarenia GRB 221009A trval viac akopäť minút. To znamená, že patrí k dlhým výbuchom a s najväčšou pravdepodobnosťou súvisí s kolapsom jadra masívnej hviezdy na čiernu dieru a výbuchom supernovy. V čase, ktorý uplynul od prvého pozorovania výbuchu gama žiarenia, sa výskumníkom prekvapivo nepodarilo potvrdiť vznik supernovy na mieste výbuchu ani nájsť alternatívny zdroj žiarenia.
Navyše šplech bol taký jasný, žeoslepili väčšinu kozmických detektorov gama žiarenia, takže nemohli priamo zachytiť skutočnú intenzitu žiarenia. Na rekonštrukciu týchto informácií výskumníci použili údaje zozbierané teleskopom Fermi a spektrometrom Cone Gamma Ray Spectrometer. Analýza ukázala, že GRB 221009A bol 70-krát jasnejší ako ktorýkoľvek iný pozorovaný záblesk gama žiarenia.
Porovnanie GRB 221009A a štyroch predtým zaznamenaných najsilnejších gama zábleskov. Obrázok: Goddard Space Flight Center NASA a Adam Goldstein (USRA)
Výpočty, ktoré vykonali astrofyzici projektu"Integrál" Európskej vesmírnej agentúry (ESA) ukazujú, že kým výbuch trval, do horných vrstiev zemskej atmosféry spadol približne jeden gigawatt výkonu. To je ekvivalentné výkonu pozemnej elektrárne. Udalosť bola taká jasná, že aj dnes je dosvit dlhšej vlnovej dĺžky, dosvit, stále viditeľný.
Analýza vzorky 7000GRB zaznamenané Fermi a Coneom ukazujú, že takéto rozsiahle GRB by sa mali vyskytovať častejšie ako raz za 10 000 rokov. „GRB 221009A bol pravdepodobne najjasnejším zábleskom röntgenových a gama lúčov od úsvitu ľudskej civilizácie,“ povedal Eric Burns, výskumník z Louisianskej štátnej univerzity v Baton Rouge.
Dosvit GRB 221009A, zachytený Hubblovým teleskopom. Obrázok: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Levan (Radboud University); Spracovanie obrazu: Gladys Kober
Čo sa astrofyzici naučili?
Na lepšiu rekonštrukciu histórie gama záblesku výskumníci použili prístroje, ktoré detegujú elektromagnetické žiarenie rôznych vlnových dĺžok, od rádiových vĺn až po gama lúče.
Prvé vedecké výsledky ukazujú akoRöntgenové lúče osvetľovali oblaky prachu v Mliečnej dráhe, keď sa šírili. Vedci vypočítali, že žiarenie putovalo medzigalaktickým priestorom približne 1,9 miliardy rokov, kým vstúpilo do našej galaxie. Zrazila sa s prvým oblakom prachu na „krajine“ Mliečnej dráhy asi pred 60 000 rokmi a s posledným - asi tisíc.
Zakaždým, keď sa röntgenové lúče zrazilis oblakom prachu rozptýlili časť žiarenia a vytvorili sústredné prstence, ktoré sa zdalo, že sa rozširujú smerom von. Kozmický röntgenový teleskop ESA XMM-Newton pozoroval tieto prstence niekoľko dní po vzplanutí gama žiarenia. Neďaleké oblaky vytvorili najväčšie prstence jednoducho preto, že sa zdajú väčšie v perspektíve, vysvetľujú vedci.
Prachové prstence z GRB 221009A pozorované röntgenovým teleskopom. Obrázok: ESA/XMM-Newton/M. Rigoselli (INAF)
Cestovanie po Mliečnej dráhe, röntgenové lúčepostupne osvetlilo 20 prachových oblakov našej galaxie. Radiačná analýza pomohla vypočítať vzdialenosť k nim a analyzovať vlastnosti ich častíc.
V priebehu rokov výskumníci navrhli niekoľkorôzne teórie popisujúce vlastnosti prachových zŕn. Výskumníci prekryli tieto vzorce na zhromaždených údajoch. Zistili, že pozorovaniam najlepšie vyhovuje model, ktorý naznačuje, že častice sú tvorené predovšetkým grafitom, kryštalickou formou uhlíka.
Tajomný zdroj
Napriek veľkému množstvu zozbieraných údajovzostáva záhadou, čo presne spôsobilo taký jasný gama záblesk. Keďže hlavná verzia spája dlhé záblesky gama žiarenia s výbuchom supernovy, výskumníci použili vesmírne teleskopy Jamesa Webba a Hubblea na hľadanie počiatkov budúcej hmloviny. Žiadny z teleskopov ale na mieste údajného výbuchu nič nenašiel.
Jedným z možných dôvodov je toGRB sa objavil v časti oblohy, ktorá je len niekoľko stupňov nad rovinou Mliečnej dráhy, kde husté oblaky prachu môžu značne zahmliť dopadajúce svetlo. Ak áno, možno ďalšie pozorovania pomôžu nájsť zvyšky supernovy.
Ilustrácia hlavných komponentov dlhéhogama záblesk, najbežnejší typ. Jadro masívnej hviezdy (vľavo) sa zrútilo a vytvorilo čiernu dieru, ktorá vysiela prúd častíc pohybujúcich sa materiálom hviezdy do vesmíru takmer rýchlosťou svetla. Emisie v celom spektre vznikajú z horúceho ionizovaného plynu v blízkosti novozrodenej čiernej diery, kolízií medzi obalmi rýchlo sa pohybujúceho plynu vo vnútri výtrysku (vnútorné rázové vlny) a z prednej hrany výtrysku, keď sa odnáša a interaguje s okolím. (vonkajší šok). Obrázok: Goddard Space Flight Center NASA
Alternatívna hypotéza naznačuje, že hviezdabola taká masívna, že po počiatočnom výbuchu okamžite vytvorila čiernu dieru, ktorá pohltila všetok materiál, ktorý by inak vytvoril oblak plynu.
Astrofyzici pokračujú v hľadaní pozostatkovvybuchujúca hviezda. Výskumníci teraz hľadajú stopy ťažkých prvkov, ako je zlato, o ktorých sa predpokladá, že sa tvoria pri silných výbuchoch spojených s kolapsom jadra masívnej hviezdy.
Vedci tiež poznamenávajú, že je to pravdepodobnéNezvyčajná sila gama záblesku je spôsobená tým, že prúd energie (výtrysk) vyvrhnutý pri vzniku čiernej diery smeroval priamo na Zem. Analýza dosvitu a polarizácie svetla z takejto explózie pomôže dozvedieť sa viac o tom, ako vznikajú prúdy.
Čítaj viac:
Biológovia zisťujú, ako rakovinové bunky unikajú imunitnému systému
Kľúčová teória kvantovej fyziky bola konečne dokázaná. Hlavná
Vymenované produkty, ktoré chránia mozog pred demenciou, a kedy ich použiť
Na obálke: umelecká ilustrácia gama záblesku. Obrázok: NASA/Swift/Cruz deWilde