Malaking interes para sa modernong astrophysics at kosmolohiya ay isang espesyal na klase ng mga phenomena na tinatawag na gamma-ray bursts. Sa loob ng ilang dekada, at lalo na nang aktibo sa mga nakaraang taon, ang agham ay nag-iipon ng data ng pagmamasid patungkol sa malakihang kosmikong phenomenon na ito. Ang kalikasan nito ay hindi pa ganap na naipapaliwanag, ngunit may mga sapat na napatunayang teoretikal na modelo na nagsasabing nagpapaliwanag nito.
Ang konsepto ng phenomenon
Ang
Gamma radiation ay ang pinakamahirap na rehiyon ng electromagnetic spectrum, na nabuo ng mga high frequency photon mula sa humigit-kumulang 6∙1019 Hz. Ang mga wavelength ng gamma ray ay maihahambing sa laki ng isang atom, at maaari ding mas maliit ang ilang order ng magnitude.
Ang
Gamma-ray burst ay isang maikli at napakaliwanag na pagsabog ng cosmic gamma-ray. Ang tagal nito ay maaaring mula sa ilang sampu-sampung millisecond hanggang ilang libong segundo; madalas na nakarehistrokumikislap na tumatagal ng halos isang segundo. Ang liwanag ng mga pagsabog ay maaaring maging makabuluhan, daan-daang beses na mas mataas kaysa sa kabuuang liwanag ng kalangitan sa malambot na hanay ng gamma. Ang mga katangiang enerhiya ay mula sa ilang sampu hanggang libu-libong kiloelectronvolts bawat radiation quantum.
Ang mga pinagmumulan ng mga flare ay pantay na ipinamamahagi sa celestial sphere. Napatunayan na ang kanilang mga pinagmumulan ay napakalayo, sa mga kosmological na distansya ng pagkakasunud-sunod ng bilyun-bilyong light years. Ang isa pang tampok ng mga pagsabog ay ang kanilang iba't-ibang at kumplikadong profile ng pag-unlad, kung hindi man ay kilala bilang light curve. Ang pagpaparehistro ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay nangyayari halos araw-araw.
Kasaysayan ng pag-aaral
Naganap ang pagtuklas noong 1969 habang pinoproseso ang impormasyon mula sa mga satellite ng Vela ng militar ng Amerika. Ito ay lumabas na noong 1967, naitala ng mga satellite ang dalawang maikling pulso ng gamma radiation, na hindi matukoy ng mga miyembro ng koponan sa anumang bagay. Sa paglipas ng mga taon, ang bilang ng mga naturang kaganapan ay tumaas. Noong 1973, na-declassify at nai-publish ang data ni Vela, at nagsimula ang siyentipikong pananaliksik sa phenomenon.
Noong huling bahagi ng 1970s at unang bahagi ng 1980s sa Soviet Union, isang serye ng mga eksperimento ng KONUS ang nagtatag ng pagkakaroon ng mga maiikling pagsabog na hanggang 2 segundo ang tagal, at pinatunayan din na ang mga pagsabog ng gamma radiation ay random na ipinamamahagi.
Noong 1997, natuklasan ang phenomenon ng "afterglow" - ang mabagal na pagkabulok ng pagsabog sa mas mahabang wavelength. Pagkatapos nito, ang mga siyentipiko sa unang pagkakataon ay pinamamahalaang makilala ang kaganapan sa isang optical object - isang napakalayo na redshift galaxy.z=0, 7. Ginawa nitong posible na kumpirmahin ang likas na kosmolohiya ng phenomenon.
Noong 2004, inilunsad ang Swift orbital gamma-ray observatory, sa tulong kung saan naging posible na mabilis na matukoy ang mga gamma-range na mga kaganapan gamit ang X-ray at optical radiation source. Sa kasalukuyan, marami pang device ang gumagana sa orbit, kabilang ang Gamma-ray Space Telescope. Fermi.
Pag-uuri
Sa kasalukuyan, batay sa mga naobserbahang feature, dalawang uri ng gamma-ray burst ang nakikilala:
- Mahaba, na nailalarawan sa tagal na 2 segundo o higit pa. Mayroong tungkol sa 70% ng mga naturang paglaganap. Ang kanilang average na tagal ay 20–30 segundo, at ang maximum na naitala na tagal ng GRB 130427A flare ay higit sa 2 oras. Mayroong isang pananaw ayon sa kung saan ang mga ganoong mahabang kaganapan (mayroong tatlo na ngayon) ay dapat na makilala bilang isang espesyal na uri ng napakahabang pagsabog.
- Maikli. Nabubuo at kumukupas ang mga ito sa isang makitid na time frame - wala pang 2 segundo, ngunit sa average ay tumatagal ng mga 0.3 segundo. Ang may hawak ng record sa ngayon ay ang flash, na tumagal lamang ng 11 millisecond.
Susunod, titingnan natin ang pinakamalamang na sanhi ng mga GRB sa dalawang pangunahing uri.
Hypernova echoes
Ayon sa karamihan ng mga astrophysicist, ang mahabang pagsabog ay resulta ng pagbagsak ng napakalaking bituin. Mayroong isang teoretikal na modelo na naglalarawan ng isang mabilis na umiikot na bituin na may mass na higit sa 30 solar mass, na sa pagtatapos ng buhay nito ay nagbubunga ng isang black hole. Ang accretion disktulad ng isang bagay, isang collapsar, arises dahil sa bagay ng stellar sobre mabilis na bumabagsak sa black hole. Nilamon ito ng black hole sa loob ng ilang segundo.
Bilang resulta, nabuo ang malalakas na polar ultrarelativistic gas jet - mga jet. Ang bilis ng pag-agos ng bagay sa mga jet ay malapit sa bilis ng liwanag, ang temperatura, at ang mga magnetic field sa rehiyong ito ay napakalaki. Ang nasabing jet ay may kakayahang makabuo ng flux ng gamma radiation. Ang phenomenon ay tinawag na hypernova, ayon sa pagkakatulad sa terminong "supernova".
Marami sa mga mahabang pagsabog ng gamma-ray ay lubos na mapagkakatiwalaan na kinikilala sa mga supernova na may hindi pangkaraniwang spectrum sa malalayong galaxy. Ang kanilang obserbasyon sa hanay ng radyo ay nagpahiwatig ng posibleng pagkakaroon ng ultrarelativistic jet.
Neutron star collisions
Ayon sa modelo, ang mga maikling pagsabog ay nangyayari kapag nagsanib ang malalaking neutron star o isang neutron star-black hole na pares. Ang nasabing kaganapan ay nakatanggap ng isang espesyal na pangalan - "kilon", dahil ang enerhiya na ibinubuga sa prosesong ito ay maaaring lumampas sa paglabas ng enerhiya ng mga bagong bituin ng tatlong order ng magnitude.
Ang isang pares ng mga supermassive na bahagi ay unang bumubuo ng isang binary system na naglalabas ng mga gravitational wave. Bilang resulta, ang sistema ay nawawalan ng enerhiya, at ang mga bahagi nito ay mabilis na nahuhulog sa isa't isa sa mga spiral trajectories. Ang kanilang pagsasama ay bumubuo ng isang mabilis na umiikot na bagay na may malakas na magnetic field ng isang espesyal na configuration, dahil sa kung saan, muli, ang mga ultrarelativistic jet ay nabuo.
Ipinapakita ng simulation na ang resulta ay isang black hole na may accretionary plasma toroid na nahuhulog sa black hole sa loob ng 0.3 segundo. Ang pagkakaroon ng ultrarelativistic jet na nabuo sa pamamagitan ng accretion ay tumatagal ng parehong tagal ng oras. Ang data ng pagmamasid ay karaniwang pare-pareho sa modelong ito.
Noong Agosto 2017, nakita ng mga gravitational wave detector na LIGO at Virgo ang isang neutron star merger sa isang galaxy na 130 milyong light years ang layo. Ang mga numerical na parameter ng kilonova ay naging hindi kapareho ng hula ng simulation. Ngunit ang kaganapan ng gravitational wave ay sinamahan ng isang maikling pagsabog sa hanay ng gamma-ray, pati na rin ang mga epekto sa X-ray hanggang sa mga infrared na wavelength.
Kakaibang flash
Noong Hunyo 14, 2006, nakita ng Swift Gamma Observatory ang isang hindi pangkaraniwang kaganapan sa isang hindi masyadong napakalaking kalawakan na matatagpuan 1.6 bilyong light-years ang layo. Ang mga katangian nito ay hindi tumutugma sa mga parameter ng parehong mahaba at maikling flashes. Ang gamma-ray burst GRB 060614 ay may dalawang pulso: una, isang matigas na pulso na wala pang 5 segundo ang haba, at pagkatapos ay isang 100-segundong "buntot" ng mas malambot na gamma ray. Hindi matukoy ang mga palatandaan ng isang supernova sa kalawakan.
Noon pa lang, ang mga katulad na kaganapan ay naobserbahan na, ngunit humigit-kumulang 8 beses na mas mahina ang mga ito. Kaya ang hybrid surge na ito ay hindi pa umaangkop sa framework ng theoretical model.
Nagkaroon ng ilang hypotheses tungkol sa pinagmulan ng maanomalyang gamma-ray burst GRB 060614. Sa-Una, maaari nating ipagpalagay na ito ay talagang mahaba, at ang mga kakaibang tampok ay dahil sa ilang partikular na mga pangyayari. Pangalawa, ang flash ay maikli, at ang "buntot" ng kaganapan sa ilang kadahilanan ay nakakuha ng isang malaking haba. Pangatlo, maaaring ipagpalagay na ang mga astrophysicist ay nakatagpo ng bagong uri ng pagsabog.
Mayroon ding ganap na kakaibang hypothesis: sa halimbawa ng GRB 060614, nakatagpo ng mga siyentipiko ang tinatawag na "white hole". Ito ay isang hypothetical na rehiyon ng espasyo-oras na may abot-tanaw ng kaganapan, ngunit gumagalaw sa axis ng oras sa tapat ng isang normal na black hole. Sa prinsipyo, ang mga equation ng pangkalahatang teorya ng relativity ay hinuhulaan ang pagkakaroon ng mga puting butas, ngunit walang mga kinakailangan para sa kanilang pagkakakilanlan at walang mga teoretikal na ideya tungkol sa mga mekanismo ng pagbuo ng naturang mga bagay. Malamang, ang romantikong hypothesis ay kailangang iwanan at tumuon sa muling pagkalkula ng mga modelo.
Potensyal na panganib
Gamma-ray burst sa Universe ay nasa lahat ng dako at madalas mangyari. Isang natural na tanong ang bumangon: nagdudulot ba sila ng panganib sa Earth?
Teoretikal na kinakalkula ang mga kahihinatnan para sa biosphere, na maaaring magdulot ng matinding gamma radiation. Kaya, sa paglabas ng enerhiya na 1052 erg (na tumutugma sa 1039 MJ o humigit-kumulang 3.3∙1038 kWh) at layong 10 light years, magiging sakuna ang epekto ng pagsabog. Kinakalkula na sa bawat parisukat na sentimetro ng ibabaw ng Earth sa hemisphere na magkakaroon ng kamalasan na tamaan ng gamma raysdaloy, 1013 erg, o 1 MJ, o 0.3 kWh ng enerhiya ang ilalabas. Hindi rin magkakaproblema ang kabilang hemisphere - lahat ng nabubuhay na bagay ay mamamatay doon, ngunit ilang sandali pa, dahil sa pangalawang epekto.
Gayunpaman, ang gayong bangungot ay malamang na hindi banta sa atin: walang mga bituin na malapit sa Araw na makakapagbigay ng napakalaking paglabas ng enerhiya. Ang kapalaran ng pagiging isang black hole o isang neutron star ay hindi rin nagbabanta sa mga bituin na malapit sa atin.
Siyempre, ang pagsabog ng gamma-ray ay magdudulot ng seryosong banta sa biosphere at sa mas malayong distansya, gayunpaman, dapat tandaan na ang radiation nito ay hindi kumakalat nang isotropic, ngunit sa isang medyo makitid na stream., at ang posibilidad na mahulog dito mula sa Earth ay mas mababa kaysa sa karaniwang hindi napapansin.
Mga Pananaw sa Pagkatuto
Ang
Cosmic gamma-ray burst ay isa sa pinakamalaking astronomical na misteryo sa loob ng halos kalahating siglo. Ngayon ang antas ng kaalaman tungkol sa mga ito ay higit na advanced dahil sa mabilis na pag-unlad ng mga tool sa pagmamasid (kabilang ang mga space), pagproseso ng data at pagmomodelo.
Halimbawa, hindi pa nagtagal, isang mahalagang hakbang ang ginawa sa paglilinaw sa pinagmulan ng burst phenomenon. Kapag sinusuri ang data mula sa Fermi satellite, napag-alaman na ang gamma radiation ay nabuo sa pamamagitan ng mga banggaan ng mga proton ng ultrarelativistic jet na may mga proton ng interstellar gas, at ang mga detalye ng prosesong ito ay napino.
Ito ay dapat na gumamit ng afterglow ng malalayong mga kaganapan para sa mas tumpak na mga sukat ng pamamahagi ng intergalactic gas hanggang sa mga distansyang tinutukoy ng redshift Z=10.
Sa parehong orasKaramihan sa likas na katangian ng pagsabog ay hindi pa rin alam, at dapat nating hintayin ang paglitaw ng mga bagong kawili-wiling katotohanan at karagdagang pag-unlad sa pag-aaral ng mga bagay na ito.
