Didelį susidomėjimą šiuolaikine astrofizika ir kosmologija kelia ypatinga reiškinių klasė, vadinama gama spindulių pliūpsniais. Jau keletą dešimtmečių, o ypač aktyviai pastaraisiais metais, mokslas kaupia stebėjimų duomenis apie šį didelio masto kosminį reiškinį. Jo prigimtis dar nėra iki galo išaiškinta, tačiau yra pakankamai pagrįstų teorinių modelių, kurie teigia tai paaiškinantys.
Reiškinio samprata
Gama spinduliuotė yra sunkiausia elektromagnetinio spektro sritis, kurią sudaro maždaug 6∙1019 Hz aukšto dažnio fotonai. Gama spindulių bangos ilgiai gali būti palyginami su atomo dydžiu, taip pat gali būti keliomis eilėmis mažesni.
Gama spindulių pliūpsnis yra trumpas ir itin ryškus kosminių gama spindulių pliūpsnis. Jo trukmė gali būti nuo kelių dešimčių milisekundžių iki kelių tūkstančių sekundžių; dažniausiai registruojamiblyksniai trunka apie sekundę. Plyšių ryškumas gali būti reikšmingas, šimtus kartų didesnis nei bendras dangaus šviesumas minkštajame gama diapazone. Būdingos energijos svyruoja nuo kelių dešimčių iki tūkstančių kiloelektronvoltų vienam spinduliuotės kvantui.
Blyksnių š altiniai tolygiai pasiskirstę dangaus sferoje. Įrodyta, kad jų š altiniai yra labai toli, kosmologiniais milijardų šviesmečių atstumais. Kitas pliūpsnių bruožas yra įvairus ir sudėtingas raidos profilis, kitaip žinomas kaip šviesos kreivė. Šis reiškinys registruojamas beveik kiekvieną dieną.
Studijų istorija
Atradimas įvyko 1969 m. apdorojant informaciją iš Amerikos karinių Vela palydovų. Paaiškėjo, kad 1967 metais palydovai užfiksavo du trumpus gama spinduliuotės impulsus, kurių komandos nariai negalėjo su niekuo susitapatinti. Bėgant metams tokių renginių daugėjo. 1973 m. Velos duomenys buvo išslaptinti ir paskelbti, todėl pradėti moksliniai šio reiškinio tyrimai.
Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje ir devintojo dešimtmečio pradžioje Sovietų Sąjungoje KONUS eksperimentų serija nustatė trumpų iki 2 sekundžių trukmės sprogimų egzistavimą, taip pat įrodė, kad gama spinduliuotės pliūpsniai pasiskirsto atsitiktinai.
1997 m. buvo aptiktas „pošvydžio“reiškinys – lėtas pliūpsnio nykimas esant ilgesniems bangų ilgiams. Po to mokslininkams pirmą kartą pavyko atpažinti įvykį su optiniu objektu – labai tolima raudonojo poslinkio galaktika.z=0, 7. Tai leido patvirtinti kosmologinį reiškinio pobūdį.
2004 m. pradėjo veikti Swift orbitinė gama spindulių observatorija, kurios pagalba tapo įmanoma greitai nustatyti gama diapazono įvykius naudojant rentgeno ir optinės spinduliuotės š altinius. Šiuo metu orbitoje veikia dar keli įrenginiai, įskaitant gama spindulių kosminį teleskopą. Fermi.
Klasifikacija
Šiuo metu, remiantis pastebėtomis savybėmis, išskiriami du gama spindulių pliūpsnių tipai:
- Ilgas, trunkantis 2 sekundes ar ilgiau. Tokių protrūkių yra apie 70 proc. Vidutinė jų trukmė yra 20–30 sekundžių, o didžiausia užfiksuota GRB 130427A pliūpsnio trukmė buvo daugiau nei 2 valandos. Yra požiūris, pagal kurį tokius ilgus įvykius (dabar jų yra trys) reikėtų išskirti kaip ypatingą itin ilgų serijų tipą.
- Trumpas. Jie išsivysto ir išnyksta per siaurą laiko tarpą – mažiau nei 2 sekundes, bet vidutiniškai trunka apie 0,3 sekundės. Iki šiol rekordininkas yra blykstė, kuri truko tik 11 milisekundžių.
Toliau panagrinėsime labiausiai tikėtinas dviejų pagrindinių tipų GRB priežastis.
Hipernova aidi
Pasak daugumos astrofizikų, ilgi sprogimai yra itin masyvių žvaigždžių griūties rezultatas. Egzistuoja teorinis modelis, apibūdinantis greitai besisukančią, daugiau nei 30 Saulės masių masės žvaigždę, kuri savo gyvavimo pabaigoje sukuria juodąją skylę. Akrecijos diskastoks objektas, kolapsaras, atsiranda dėl žvaigždės apvalkalo materijos, greitai krentančios į juodąją skylę. Juodoji skylė ją praryja per kelias sekundes.
Dėl to susidaro galingos polinės ultrareliatyvios dujų srovės – purkštukai. Medžiagos nutekėjimo srautais greitis yra artimas šviesos greičiui, temperatūra, o magnetiniai laukai šioje srityje yra milžiniški. Tokia srovė gali generuoti gama spinduliuotės srautą. Šis reiškinys buvo vadinamas hipernova pagal analogiją su terminu „supernova“.
Daugelis ilgų gama spindulių pliūpsnių gana patikimai identifikuojami su neįprasto spektro supernovomis tolimose galaktikose. Jų stebėjimas radijo diapazone parodė galimą ultrareliatyvistinių čiurkšlių egzistavimą.
Neutroninių žvaigždžių susidūrimai
Pagal modelį, trumpi sprogimai atsiranda, kai susilieja masyvios neutroninės žvaigždės arba neutroninės žvaigždės ir juodosios skylės pora. Toks įvykis gavo specialų pavadinimą - "kilonas", nes šio proceso metu išskiriama energija gali trimis dydžiais viršyti naujų žvaigždžių energijos išsiskyrimą.
Pora supermasyvių komponentų pirmiausia sudaro dvejetainę sistemą, skleidžiančią gravitacines bangas. Dėl to sistema praranda energiją, o jos komponentai spiralinėmis trajektorijomis greitai krenta vienas ant kito. Jų susijungimas sukuria greitai besisukantį objektą su stipriu specialios konfigūracijos magnetiniu lauku, dėl kurio vėlgi susidaro ultrareliatyvistinės srovės.
Imitacija rodo, kad rezultatas yra juodoji skylė, kurios akrecinis plazminis toroidas patenka į juodąją skylę per 0,3 sekundės. Akrecijos sukuriamų ultrareliatyvistinių čiurkšlių egzistavimas trunka tiek pat laiko. Stebėjimo duomenys paprastai atitinka šį modelį.
2017 m. rugpjūčio mėn. gravitacinių bangų detektoriai LIGO ir Virgo aptiko neutroninių žvaigždžių susiliejimą galaktikoje, esančioje už 130 mln. šviesmečių. Paaiškėjo, kad kilonovos skaitmeniniai parametrai nėra tokie patys, kaip numato modeliavimas. Tačiau gravitacinės bangos įvykį lydėjo trumpas pliūpsnis gama spindulių diapazone, taip pat rentgeno spindulių poveikis infraraudonųjų bangų ilgiams.
Keista blykstė
2006 m. birželio 14 d. Svifto gama observatorija aptiko neįprastą įvykį ne per masyvioje galaktikoje, esančioje už 1,6 mlrd. šviesmečių. Jo charakteristikos neatitiko tiek ilgų, tiek trumpų blyksnių parametrų. Gama spindulių pliūpsnis GRB 060614 turėjo du impulsus: pirma, kietą trumpesnį nei 5 sekundžių impulsą, o paskui 100 sekundžių minkštesnių gama spindulių „uodegą“. Nepavyko aptikti supernovos ženklų galaktikoje.
Ne taip seniai panašių įvykių jau buvo pastebėta, tačiau jie buvo apie 8 kartus silpnesni. Taigi šis hibridinis antplūdis dar netelpa į teorinio modelio rėmus.
Buvo keletas hipotezių apie anomalaus gama spinduliuotės pliūpsnio GRB 060614 kilmę. In-Pirma, galime manyti, kad jis tikrai ilgas, o keistus bruožus lėmė tam tikros konkrečios aplinkybės. Antra, blykstė buvo trumpa, o įvykio „uodega“kažkodėl įgavo didelį ilgį. Trečia, galima daryti prielaidą, kad astrofizikai susidūrė su naujo tipo sprogimais.
Yra ir visiškai egzotiška hipotezė: GRB 060614 pavyzdyje mokslininkai susidūrė su vadinamąja „b altąja skyle“. Tai hipotetinis erdvės laiko regionas, turintis įvykių horizontą, bet judantis išilgai laiko ašies, priešingos įprastai juodajai skylei. Iš esmės bendrosios reliatyvumo teorijos lygtys numato b altųjų skylių egzistavimą, tačiau nėra prielaidų joms nustatyti ir nėra teorinių idėjų apie tokių objektų susidarymo mechanizmus. Greičiausiai teks atsisakyti romantiškos hipotezės ir sutelkti dėmesį į modelių perskaičiavimą.
Galimas pavojus
Gama spindulių pliūpsniai Visatoje yra visur ir vyksta gana dažnai. Kyla natūralus klausimas: ar jie kelia pavojų Žemei?
Teoriškai apskaičiuotos pasekmės biosferai, kuri gali sukelti intensyvią gama spinduliuotę. Taigi, išleidžiant energiją 1052 erg (tai atitinka 1039 MJ arba apie 3,3∙1038 kWh) ir 10 šviesmečių atstumu, sprogimo poveikis būtų katastrofiškas. Apskaičiuota, kad kiekviename Žemės paviršiaus kvadratiniame centimetre pusrutulyje, kuriam būtų nelaimė, patektų gama spinduliai.srautas, išsiskirs 1013 erg, arba 1 MJ, arba 0,3 kWh energijos. Kitas pusrutulis taip pat neturės bėdų - ten visi gyviai mirs, bet šiek tiek vėliau dėl antrinio poveikio.
Tačiau vargu ar toks košmaras mums grės: šalia Saulės tiesiog nėra žvaigždžių, kurios galėtų užtikrinti tokį siaubingą energijos išsiskyrimą. Likimas tapti juodąja skyle ar neutronine žvaigžde negresia ir mums artimoms žvaigždėms.
Žinoma, gama spindulių pliūpsnis keltų rimtą grėsmę biosferai ir daug didesniu atstumu, tačiau reikia turėti omenyje, kad jo spinduliuotė sklinda ne izotropiškai, o gana siauru srautu., o tikimybė nukristi į jį iš Žemės yra daug mažesnė nei apskritai nepastebi.
Mokymosi perspektyvos
Kosminiai gama spindulių pliūpsniai buvo viena didžiausių astronominių paslapčių beveik pusę amžiaus. Dabar žinių apie juos lygis yra gerokai pažengęs dėl spartaus stebėjimo priemonių (įskaitant kosmoso), duomenų apdorojimo ir modeliavimo tobulinimo.
Pavyzdžiui, ne taip seniai buvo žengtas svarbus žingsnis siekiant išsiaiškinti sprogimo reiškinio kilmę. Analizuojant Fermi palydovo duomenis, buvo nustatyta, kad gama spinduliuotę sukuria ultrareliatyvistinių čiurkšlių protonų susidūrimai su tarpžvaigždinių dujų protonais, todėl šio proceso detalės buvo patikslintos.
Turėtų būti naudojamas tolimų įvykių švytėjimas, kad būtų galima tiksliau išmatuoti tarpgalaktinių dujų pasiskirstymą iki atstumų, nustatytų raudonuoju poslinkiu Z=10.
Tuo pačiu metuDidžioji dalis sprogimų pobūdžio vis dar nežinoma, todėl turėtume palaukti, kol atsiras naujų įdomių faktų ir tolesnės pažangos tiriant šiuos objektus.
