Stor interesse for moderne astrofysikk og kosmologi er en spesiell klasse av fenomener som kalles gammastråleutbrudd. I flere tiår, og spesielt aktivt de siste årene, har vitenskapen samlet observasjonsdata angående dette storskala kosmiske fenomenet. Dens natur er ennå ikke fullt ut belyst, men det er tilstrekkelig underbyggede teoretiske modeller som hevder å forklare det.
Konseptet med fenomenet
Gammastråling er det hardeste området i det elektromagnetiske spekteret, dannet av høyfrekvente fotoner fra omtrent 6∙1019 Hz. Bølgelengdene til gammastråler kan sammenlignes med størrelsen på et atom, og kan også være flere størrelsesordener mindre.
Gammastråleutbrudd er et kort og ekstremt sterkt utbrudd av kosmiske gammastråler. Dens varighet kan være fra flere titalls millisekunder til flere tusen sekunder; oftest registrertblinker som varer omtrent et sekund. Lysstyrken til utbrudd kan være betydelig, hundrevis av ganger høyere enn den totale lysstyrken på himmelen i det myke gammaområdet. Karakteristiske energier varierer fra flere titalls til tusenvis av kiloelektronvolt per strålingskvante.
Kilder til bluss er jevnt fordelt over himmelsfæren. Det er bevist at kildene deres er ekstremt langt unna, i kosmologiske avstander i størrelsesorden milliarder lysår. Et annet trekk ved utbrudd er deres varierte og komplekse utviklingsprofil, ellers kjent som lyskurven. Registrering av dette fenomenet skjer nesten hver dag.
Studiehistorikk
Funnet skjedde i 1969 under behandling av informasjon fra det amerikanske militæret Vela-satellitter. Det viste seg at satellittene i 1967 registrerte to korte pulser med gammastråling, som teammedlemmene ikke kunne identifisere med noe. Gjennom årene har antallet slike arrangementer økt. I 1973 ble Velas data avklassifisert og publisert, og vitenskapelig forskning startet på fenomenet.
På slutten av 1970-tallet og begynnelsen av 1980-tallet i Sovjetunionen, etablerte en serie KONUS-eksperimenter eksistensen av korte utbrudd på opptil 2 sekunder, og viste også at utbrudd av gammastråling er tilfeldig fordelt.
I 1997 ble fenomenet "etterglød" oppdaget - det langsomme forfallet av utbruddet ved lengre bølgelengder. Etter det klarte forskere for første gang å identifisere hendelsen med et optisk objekt - en veldig fjern rødforskyvningsgalakse.z=0, 7. Dette gjorde det mulig å bekrefte fenomenets kosmologiske natur.
I 2004 ble Swift orbital gammastråleobservatorium lansert, ved hjelp av dette ble det mulig å raskt identifisere gammarekkeviddehendelser med røntgenstråler og optiske strålingskilder. For tiden opererer flere enheter i bane, inkludert Gamma-ray Space Telescope. Fermi.
klassifisering
For øyeblikket, basert på de observerte funksjonene, skilles det mellom to typer gammastråleutbrudd:
- Lang, preget av en varighet på 2 sekunder eller mer. Det er omtrent 70 % av slike utbrudd. Deres gjennomsnittlige varighet er 20–30 sekunder, og den maksimale registrerte varigheten av GRB 130427A-blusset var mer enn 2 timer. Det er et synspunkt at slike lange hendelser (det er nå tre av dem) bør skilles ut som en spesiell type ultralange serier.
- Kort. De utvikler seg og blekner i en smal tidsramme - mindre enn 2 sekunder, men varer i gjennomsnitt ca. 0,3 sekunder. Rekordholderen så langt er blitsen, som varte i bare 11 millisekunder.
Deretter skal vi se på de mest sannsynlige årsakene til GRB-er av de to hovedtypene.
Hypernova-ekko
I følge de fleste astrofysikere er lange utbrudd et resultat av kollapsen av ekstremt massive stjerner. Det finnes en teoretisk modell som beskriver en raskt roterende stjerne med en masse på mer enn 30 solmasser, som ved slutten av sin levetid gir opphav til et sort hull. Akkresjonsdiskenet slikt objekt, en kollapsar, oppstår på grunn av at stjernens konvolutt raskt faller ned i det sorte hullet. Det sorte hullet svelger det opp på noen få sekunder.
Som et resultat dannes det kraftige polare ultrarelativistiske gassstråler - jetfly. Hastigheten på utstrømningen av materie i jetfly er nær lysets hastighet, temperaturen og magnetfeltene i denne regionen er enorme. En slik stråle er i stand til å generere en fluks av gammastråling. Fenomenet ble k alt en hypernova, i analogi med begrepet "supernova".
Mange av de lange utbruddene av gammastråler er ganske pålitelig identifisert med supernovaer med et uvanlig spekter i fjerne galakser. Observasjonen deres i radiorekkevidden indikerte mulig eksistens av ultrarelativistiske jetfly.
Nøytronstjernekollisjoner
I følge modellen oppstår korte utbrudd når massive nøytronstjerner eller et nøytronstjerne-svart hull-par smelter sammen. En slik hendelse har fått et spesielt navn - "kilon", siden energien som sendes ut i denne prosessen kan overstige energifrigjøringen av nye stjerner med tre størrelsesordener.
Et par supermassive komponenter danner først et binært system som sender ut gravitasjonsbølger. Som et resultat mister systemet energi, og komponentene faller raskt på hverandre langs spiralbaner. Sammenslåingen deres genererer et raskt roterende objekt med et sterkt magnetfelt med en spesiell konfigurasjon, på grunn av hvilket det igjen dannes ultrarelativistiske jetfly.
Simulering viser at resultatet er et sort hull med en akkresjonær plasmatoroid som faller ned på det sorte hullet på 0,3 sekunder. Eksistensen av ultrarelativistiske jetfly generert av akkresjon varer like lang tid. Observasjonsdataene er generelt konsistente med denne modellen.
I august 2017 oppdaget gravitasjonsbølgedetektorer LIGO og Virgo en nøytronstjernesammenslåing i en galakse 130 millioner lysår unna. De numeriske parametrene til kilonovaen viste seg å ikke være helt de samme som simuleringen forutsier. Men gravitasjonsbølgehendelsen ble ledsaget av et kort utbrudd i gammastråleområdet, samt effekter i røntgen til infrarøde bølgelengder.
Strange flash
Den 14. juni 2006 oppdaget Swift Gamma Observatory en uvanlig hendelse i en ikke altfor massiv galakse som ligger 1,6 milliarder lysår unna. Dens egenskaper samsvarte ikke med parametrene for både lange og korte blink. Gammastråleutbruddet GRB 060614 hadde to pulser: først en hard puls på mindre enn 5 sekunder, og deretter en 100 sekunders "hale" av mykere gammastråler. Tegn på en supernova i galaksen kunne ikke oppdages.
For ikke så lenge siden ble lignende hendelser allerede observert, men de var omtrent 8 ganger svakere. Så denne hybride bølgen passer ennå ikke inn i rammen av den teoretiske modellen.
Det har vært flere hypoteser om opprinnelsen til den uregelmessige gammastrålingen GRB 060614. I-For det første kan vi anta at den er veldig lang, og merkelige funksjoner skyldes noen spesifikke omstendigheter. For det andre var blitsen kort, og "halen" av arrangementet fikk av en eller annen grunn stor lengde. For det tredje kan det antas at astrofysikere har møtt en ny type utbrudd.
Det er også en helt eksotisk hypotese: på eksemplet med GRB 060614, møtte forskere det såk alte "hvite hullet". Dette er et hypotetisk område av rom-tid som har en hendelseshorisont, men beveger seg langs tidsaksen motsatt av et norm alt sort hull. I prinsippet forutsier ligningene til den generelle relativitetsteorien eksistensen av hvite hull, men det er ingen forutsetninger for deres identifikasjon og ingen teoretiske ideer om mekanismene for dannelse av slike objekter. Mest sannsynlig vil den romantiske hypotesen måtte forlates og fokusere på å beregne modeller på nytt.
Potensiell fare
Gammastråleutbrudd i universet er allestedsnærværende og forekommer ganske ofte. Et naturlig spørsmål dukker opp: utgjør de en fare for jorden?
Teoretisk beregnet konsekvensene for biosfæren, som kan forårsake intens gammastråling. Så, med en energifrigjøring på 1052 erg (som tilsvarer 1039 MJ eller ca. 3,3∙1038 kWh) og en avstand på 10 lysår, ville effekten av utbruddet være katastrofal. Det har blitt beregnet at på hver kvadratcentimeter av jordoverflaten i halvkulen som ville ha den ulykke å bli truffet av gammastrålerflow, 1013 erg, eller 1 MJ, eller 0,3 kWh energi frigjøres. Den andre halvkulen vil heller ikke være i trøbbel - alle levende ting vil dø der, men litt senere, på grunn av sekundære effekter.
Det er imidlertid lite sannsynlig at et slikt mareritt vil true oss: det er rett og slett ingen stjerner i nærheten av solen som kan gi en så monstrøs energifrigjøring. Skjebnen med å bli et sort hull eller en nøytronstjerne truer heller ikke stjerner i nærheten av oss.
Selvfølgelig vil et gammastråleutbrudd utgjøre en alvorlig trussel mot biosfæren og på mye større avstand, men man bør huske på at strålingen ikke forplanter seg isotropisk, men i en ganske smal strøm, og sannsynligheten for å falle ned i den fra jorden er mye mindre enn generelt sett ikke.
Læringsperspektiver
Kosmiske gammastråleutbrudd har vært et av de største astronomiske mysteriene i nesten et halvt århundre. Nå er kunnskapsnivået om dem mye avansert på grunn av den raske utviklingen av observasjonsverktøy (inkludert rom), databehandling og modellering.
For ikke så lenge siden ble det for eksempel tatt et viktig skritt for å avklare opprinnelsen til eksplosjonsfenomenet. Når man analyserte data fra Fermi-satellitten, ble det funnet at gammastråling genereres ved kollisjoner av protoner fra ultrarelativistiske jetfly med protoner av interstellar gass, og detaljene i denne prosessen ble foredlet.
Det er ment å bruke ettergløden fra fjerne hendelser for mer nøyaktige målinger av fordelingen av intergalaktisk gass opp til avstander bestemt av rødforskyvningen Z=10.
SamtidigMye av utbruddets natur er fortsatt ukjent, og vi bør vente på fremveksten av nye interessante fakta og ytterligere fremskritt i studiet av disse objektene.
