Minat besar untuk astrofizik dan kosmologi moden ialah kelas fenomena khas yang dipanggil letupan sinar gamma. Selama beberapa dekad, dan terutamanya secara aktif dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sains telah mengumpul data pemerhatian mengenai fenomena kosmik berskala besar ini. Sifatnya masih belum dijelaskan sepenuhnya, tetapi terdapat model teori yang cukup kukuh yang mendakwa untuk menjelaskannya.
Konsep fenomena
Sinaran gama ialah kawasan paling sukar dalam spektrum elektromagnet, dibentuk oleh foton frekuensi tinggi daripada kira-kira 6∙1019 Hz. Panjang gelombang sinar gamma boleh dibandingkan dengan saiz atom, dan juga boleh menjadi beberapa susunan magnitud yang lebih kecil.
Gamma-ray burst ialah letusan sinar gamma kosmik yang singkat dan sangat terang. Tempohnya boleh dari beberapa puluh milisaat hingga beberapa ribu saat; paling kerap didaftarkanberkelip berlangsung kira-kira satu saat. Kecerahan letusan boleh menjadi ketara, ratusan kali lebih tinggi daripada jumlah kecerahan langit dalam julat gamma lembut. Tenaga ciri berjulat daripada beberapa puluh hingga ribuan kiloelektronvolt bagi setiap kuantum sinaran.
Sumber suar diagihkan sama rata ke atas sfera cakerawala. Telah terbukti bahawa sumber mereka sangat jauh, pada jarak kosmologi urutan berbilion tahun cahaya. Satu lagi ciri letusan ialah profil pembangunannya yang pelbagai dan kompleks, atau dikenali sebagai lengkung cahaya. Pendaftaran fenomena ini berlaku hampir setiap hari.
Sejarah kajian
Penemuan itu berlaku pada tahun 1969 semasa memproses maklumat daripada satelit Vela tentera Amerika. Ternyata pada tahun 1967, satelit merekodkan dua nadi pendek sinaran gamma, yang ahli pasukan tidak dapat mengenal pasti dengan apa-apa. Selama bertahun-tahun, bilangan acara sedemikian telah meningkat. Pada tahun 1973, data Vela telah dinyahklasifikasi dan diterbitkan, dan penyelidikan saintifik bermula pada fenomena itu.
Pada akhir 1970-an dan awal 1980-an di Kesatuan Soviet, satu siri eksperimen KONUS membuktikan kewujudan letusan pendek sehingga 2 saat dalam tempoh, dan juga membuktikan bahawa letusan sinaran gamma diedarkan secara rawak.
Pada tahun 1997, fenomena "cahaya selepas" telah ditemui - pereputan perlahan letupan pada panjang gelombang yang lebih panjang. Selepas itu, saintis buat kali pertama berjaya mengenal pasti peristiwa itu dengan objek optik - galaksi anjakan merah yang sangat jauh.z=0, 7. Ini membolehkan untuk mengesahkan sifat kosmologi fenomena itu.
Pada tahun 2004, balai cerap sinar gamma orbital Swift telah dilancarkan, dengan bantuan yang memungkinkan untuk mengenal pasti kejadian julat gamma dengan cepat dengan sinar-X dan sumber sinaran optik. Pada masa ini, beberapa lagi peranti beroperasi di orbit, termasuk Teleskop Angkasa Gamma-ray. Fermi.
Klasifikasi
Pada masa ini, berdasarkan ciri yang diperhatikan, dua jenis letusan sinar gamma dibezakan:
- Panjang, dicirikan dengan tempoh 2 saat atau lebih. Terdapat kira-kira 70% daripada wabak tersebut. Tempoh purata mereka ialah 20–30 saat, dan tempoh rekod maksimum suar GRB 130427A adalah lebih daripada 2 jam. Terdapat sudut pandangan yang menurutnya acara panjang seperti itu (kini terdapat tiga daripadanya) harus dibezakan sebagai jenis letusan ultra panjang khas.
- Pendek. Ia berkembang dan pudar dalam jangka masa yang sempit - kurang daripada 2 saat, tetapi secara purata bertahan kira-kira 0.3 saat. Pemegang rekod setakat ini ialah denyar, yang bertahan hanya 11 milisaat.
Seterusnya, kita akan melihat kemungkinan besar punca GRB daripada dua jenis utama.
Gema Hipernova
Menurut kebanyakan ahli astrofizik, letusan panjang adalah hasil daripada keruntuhan bintang yang sangat besar. Terdapat model teori yang menggambarkan bintang berputar dengan cepat dengan jisim lebih daripada 30 jisim suria, yang pada akhir hayatnya menimbulkan lubang hitam. Cakera pertambahanobjek sedemikian, collapsar, timbul disebabkan oleh perkara sampul bintang yang jatuh dengan cepat ke lubang hitam. Lubang hitam menelannya dalam beberapa saat.
Akibatnya, jet gas ultrarelativistik polar yang berkuasa terbentuk - jet. Kelajuan aliran keluar jirim dalam jet adalah hampir dengan kelajuan cahaya, suhu, dan medan magnet di rantau ini sangat besar. Pancutan sedemikian mampu menghasilkan fluks sinaran gamma. Fenomena itu dipanggil hypernova, dengan analogi dengan istilah "supernova".
Banyak letusan panjang sinar gamma dikenal pasti dengan pasti dengan supernova dengan spektrum luar biasa di galaksi jauh. Pemerhatian mereka dalam julat radio menunjukkan kemungkinan kewujudan jet ultrarelativistik.
Perlanggaran bintang neutron
Menurut model, letusan pendek berlaku apabila bintang neutron besar atau pasangan lubang hitam bintang neutron bergabung. Peristiwa sebegini telah menerima nama istimewa - "kilon", memandangkan tenaga yang dipancarkan dalam proses ini boleh melebihi pelepasan tenaga bintang baharu sebanyak tiga urutan magnitud.
Sepasang komponen supermasif mula-mula membentuk sistem binari yang memancarkan gelombang graviti. Akibatnya, sistem kehilangan tenaga, dan komponennya dengan cepat jatuh pada satu sama lain di sepanjang trajektori lingkaran. Penggabungan mereka menghasilkan objek yang berputar dengan pantas dengan medan magnet yang kuat dengan konfigurasi khas, kerana itu, sekali lagi, jet ultrarelativistik terbentuk.
Simulasi menunjukkan bahawa hasilnya ialah lubang hitam dengan toroid plasma pertambahan jatuh ke lubang hitam dalam masa 0.3 saat. Kewujudan jet ultrarelativistik yang dihasilkan oleh pertambahan berlangsung dalam jumlah masa yang sama. Data pemerhatian secara amnya konsisten dengan model ini.
Pada Ogos 2017, pengesan gelombang graviti LIGO dan Virgo mengesan penggabungan bintang neutron dalam galaksi 130 juta tahun cahaya jauhnya. Parameter berangka kilonova ternyata tidak sama seperti ramalan simulasi. Tetapi peristiwa gelombang graviti disertai dengan letusan pendek dalam julat sinar gamma, serta kesan dalam sinar-X kepada panjang gelombang inframerah.
Denyar pelik
Pada 14 Jun 2006, Balai Cerap Gamma Swift mengesan kejadian luar biasa dalam galaksi yang tidak terlalu besar yang terletak 1.6 bilion tahun cahaya. Ciri-cirinya tidak sepadan dengan parameter kedua-dua kilat panjang dan pendek. Pancaran sinar gamma GRB 060614 mempunyai dua denyutan: pertama, nadi keras kurang daripada 5 saat panjang, dan kemudian "ekor" 100 saat sinar gamma yang lebih lembut. Tanda-tanda supernova di galaksi tidak dapat dikesan.
Tidak lama dahulu peristiwa serupa telah diperhatikan, tetapi ia adalah kira-kira 8 kali lebih lemah. Jadi lonjakan hibrid ini belum lagi sesuai dengan rangka kerja model teori.
Terdapat beberapa hipotesis tentang asal usul letusan sinar gamma anomali GRB 060614. dalam-Pertama, kita boleh menganggap bahawa ia benar-benar panjang, dan ciri-ciri pelik adalah disebabkan oleh beberapa keadaan tertentu. Kedua, denyar adalah pendek, dan "ekor" acara atas sebab tertentu memperoleh panjang yang besar. Ketiga, boleh diandaikan bahawa ahli astrofizik telah menemui jenis letupan baharu.
Terdapat juga hipotesis eksotik sepenuhnya: pada contoh GRB 060614, saintis menemui apa yang dipanggil "lubang putih". Ini ialah kawasan hipotesis ruang-masa yang mempunyai ufuk peristiwa, tetapi bergerak sepanjang paksi masa bertentangan dengan lohong hitam biasa. Pada dasarnya, persamaan teori umum relativiti meramalkan kewujudan lubang putih, tetapi tidak ada prasyarat untuk mengenal pasti mereka dan tiada idea teori tentang mekanisme pembentukan objek tersebut. Kemungkinan besar, hipotesis romantis itu perlu ditinggalkan dan fokus pada pengiraan semula model.
Potensi bahaya
Pancaran sinar gamma di Alam Semesta ada di mana-mana dan berlaku agak kerap. Persoalan semula jadi timbul: adakah ia mendatangkan bahaya kepada Bumi?
Mengira secara teori akibat untuk biosfera, yang boleh menyebabkan sinaran gamma yang sengit. Jadi, dengan pelepasan tenaga sebanyak 1052 erg (yang sepadan dengan 1039 MJ atau kira-kira 3.3∙1038 kWj) dan jarak 10 tahun cahaya, kesan letupan akan menjadi bencana. Telah dikira bahawa pada setiap sentimeter persegi permukaan bumi di hemisfera yang akan mengalami malang untuk terkena sinar gammaaliran, 1013 erg, atau 1 MJ, atau 0.3 kWj tenaga akan dibebaskan. Hemisfera lain juga tidak akan menghadapi masalah - semua hidupan akan mati di sana, tetapi sedikit kemudian, disebabkan oleh kesan sekunder.
Namun, mimpi ngeri seperti itu tidak mungkin mengancam kita: tiada bintang berhampiran Matahari yang boleh memberikan pelepasan tenaga yang begitu dahsyat. Nasib menjadi lohong hitam atau bintang neutron juga tidak mengancam bintang yang dekat dengan kita.
Sudah tentu, letupan sinar gamma akan menimbulkan ancaman serius kepada biosfera dan pada jarak yang lebih jauh, walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa sinarannya tidak merambat secara isotropik, tetapi dalam aliran yang agak sempit, dan kebarangkalian untuk jatuh ke dalamnya dari Bumi adalah jauh lebih kecil daripada yang tidak disedari secara umum.
Perspektif Pembelajaran
Letusan sinar gamma kosmik telah menjadi salah satu misteri astronomi terbesar selama hampir setengah abad. Kini tahap pengetahuan tentang mereka jauh lebih maju berikutan perkembangan pesat alat pemerhatian (termasuk alat angkasa), pemprosesan data dan pemodelan.
Sebagai contoh, tidak lama dahulu satu langkah penting telah diambil dalam menjelaskan asal usul fenomena pecah. Apabila menganalisis data daripada satelit Fermi, didapati bahawa sinaran gamma dihasilkan oleh perlanggaran proton jet ultrarelativistik dengan proton gas antara bintang, dan butiran proses ini telah ditapis.
Ia sepatutnya menggunakan cahaya selepas kejadian jauh untuk pengukuran yang lebih tepat bagi taburan gas antara galaksi sehingga jarak yang ditentukan oleh anjakan merah Z=10.
Pada masa yang samaKebanyakan sifat letusan masih tidak diketahui, dan kita harus menunggu kemunculan fakta menarik baharu dan kemajuan selanjutnya dalam kajian objek ini.
