Stort intresse för modern astrofysik och kosmologi är en speciell klass av fenomen som kallas gammastrålningskurar. Under flera decennier, och särskilt aktivt under de senaste åren, har vetenskapen ackumulerat observationsdata om detta storskaliga kosmiska fenomen. Dess natur har ännu inte helt klarlagts, men det finns tillräckligt underbyggda teoretiska modeller som gör anspråk på att förklara det.
Begreppet fenomen
Gammastrålning är den hårdaste delen av det elektromagnetiska spektrumet, bildad av högfrekventa fotoner från ungefär 6∙1019 Hz. Våglängderna för gammastrålar kan vara jämförbara med storleken på en atom och kan också vara flera storleksordningar mindre.
Gammastrålning är en kort och extremt ljus skur av kosmisk gammastrålning. Dess varaktighet kan vara från flera tiotals millisekunder till flera tusen sekunder; oftast registreradblinkar i ungefär en sekund. Ljusstyrkan på skurarna kan vara betydande, hundratals gånger högre än himlens totala ljusstyrka i det mjuka gammaområdet. Karakteristiska energier sträcker sig från flera tiotals till tusentals kiloelektronvolt per strålningskvantum.
Källor till bloss är jämnt fördelade över himmelssfären. Det har bevisats att deras källor är extremt långt borta, på kosmologiska avstånd i storleksordningen miljarder ljusår. En annan egenskap hos skurar är deras varierande och komplexa utvecklingsprofil, även känd som ljuskurvan. Registrering av detta fenomen sker nästan varje dag.
Studiehistorik
Upptäckten inträffade 1969 under bearbetning av information från den amerikanska militären Vela-satelliter. Det visade sig att satelliterna 1967 registrerade två korta pulser av gammastrålning, som teammedlemmarna inte kunde identifiera med någonting. Under åren har antalet sådana evenemang ökat. 1973 avklassificerades Velas data och publicerades, och vetenskaplig forskning påbörjades om fenomenet.
I slutet av 1970-talet och början av 1980-talet i Sovjetunionen fastställde en serie KONUS-experiment förekomsten av korta skurar på upp till 2 sekunder, och visade även att skurar av gammastrålning är slumpmässigt fördelade.
1997 upptäcktes fenomenet "efterglöd" - det långsamma förfallet av skuren vid längre våglängder. Efter det lyckades forskare för första gången identifiera händelsen med ett optiskt objekt - en mycket avlägsen rödförskjutningsgalax.z=0, 7. Detta gjorde det möjligt att bekräfta fenomenets kosmologiska natur.
Under 2004 lanserades Swift orbital gammastrålningsobservatorium, med vars hjälp det blev möjligt att snabbt identifiera gammaräckviddshändelser med röntgen och optiska strålkällor. För närvarande arbetar flera fler enheter i omloppsbana, inklusive Gamma-ray Space Telescope. Fermi.
Klassificering
För närvarande, baserat på de observerade egenskaperna, särskiljs två typer av gammastrålningsskurar:
- Lång, kännetecknas av en varaktighet på 2 sekunder eller mer. Det finns cirka 70 % av sådana utbrott. Deras genomsnittliga varaktighet är 20–30 sekunder, och den maximala registrerade varaktigheten av GRB 130427A-blossen var mer än 2 timmar. Det finns en synpunkt enligt vilken sådana långa händelser (det finns nu tre av dem) bör särskiljas som en speciell typ av ultralånga skurar.
- Kort. De utvecklas och bleknar i en snäv tidsram - mindre än 2 sekunder, men varar i genomsnitt cirka 0,3 sekunder. Rekordhållaren hittills är blixten, som bara varade i 11 millisekunder.
Närnäst kommer vi att titta på de mest sannolika orsakerna till GRB av de två huvudtyperna.
Hypernovaeko
Enligt de flesta astrofysiker är långa skurar resultatet av kollapsen av extremt massiva stjärnor. Det finns en teoretisk modell som beskriver en snabbt roterande stjärna med en massa på mer än 30 solmassor, som i slutet av sin livstid ger upphov till ett svart hål. Accretion-skivanett sådant föremål, en kollapsar, uppstår på grund av att stjärnhöljet snabbt faller ner i det svarta hålet. Det svarta hålet sväljer det på några sekunder.
Som ett resultat bildas kraftfulla polära ultrarelativistiska gasstrålar - jetstrålar. Hastigheten för utflödet av materia i jetstrålar är nära ljusets hastighet, temperaturen och magnetfälten i denna region är enorma. En sådan stråle är kapabel att generera ett flöde av gammastrålning. Fenomenet kallades en hypernova, i analogi med termen "supernova".
Många av de långa skurarna av gammastrålar är ganska tillförlitligt identifierade med supernovor med ett ovanligt spektrum i avlägsna galaxer. Deras observation i radioområdet indikerade den möjliga förekomsten av ultrarelativistiska jetplan.
Neutronstjärnekollisioner
Enligt modellen uppstår korta skurar när massiva neutronstjärnor eller ett par neutronstjärna-svart hål smälter samman. En sådan händelse har fått ett speciellt namn - "kilon", eftersom energin som avges i denna process kan överstiga energiutsläppet från nya stjärnor med tre storleksordningar.
Ett par supermassiva komponenter bildar först ett binärt system som sänder ut gravitationsvågor. Som ett resultat förlorar systemet energi, och dess komponenter faller snabbt på varandra längs spiralbanor. Deras sammanslagning genererar ett snabbt roterande föremål med ett starkt magnetfält av en speciell konfiguration, på grund av vilket återigen ultrarelativistiska jetstrålar bildas.
Simulering visar att resultatet är ett svart hål med en ackretionär plasmatoroid som faller på det svarta hålet på 0,3 sekunder. Förekomsten av ultrarelativistiska jetstrålar som genereras av accretion varar lika länge. Observationsdata överensstämmer i allmänhet med denna modell.
I augusti 2017 upptäckte gravitationsvågsdetektorerna LIGO och Virgo en sammanslagning av neutronstjärnor i en galax 130 miljoner ljusår bort. De numeriska parametrarna för kilonova visade sig inte vara riktigt desamma som simuleringen förutspår. Men gravitationsvåghändelsen åtföljdes av en kort skur i gammastrålningsområdet, såväl som effekter i röntgenstrålningen till infraröda våglängder.
Konstig blixt
Den 14 juni 2006 upptäckte Swift Gamma Observatory en ovanlig händelse i en inte alltför massiv galax som ligger 1,6 miljarder ljusår bort. Dess egenskaper motsvarade inte parametrarna för både långa och korta blixtar. Gammastrålningen GRB 060614 hade två pulser: först en hård puls som var mindre än 5 sekunder lång och sedan en 100 sekunder lång "svans" av mjukare gammastrålar. Tecken på en supernova i galaxen kunde inte upptäckas.
För inte så länge sedan observerades liknande händelser redan, men de var ungefär 8 gånger svagare. Så denna hybridökning passar ännu inte in i ramen för den teoretiska modellen.
Det har funnits flera hypoteser om ursprunget till den anomala gammastrålningen GRB 060614. I-För det första kan vi anta att det är riktigt långt, och konstiga funktioner beror på vissa specifika omständigheter. För det andra var blixten kort, och "svansen" av händelsen fick av någon anledning en stor längd. För det tredje kan man anta att astrofysiker har stött på en ny typ av utbrott.
Det finns också en helt exotisk hypotes: på exemplet GRB 060614, stötte forskare på det så kallade "vita hålet". Detta är en hypotetisk region av rum-tid som har en händelsehorisont, men som rör sig längs tidsaxeln mitt emot ett norm alt svart hål. I princip förutsäger ekvationerna för den allmänna relativitetsteorin förekomsten av vita hål, men det finns inga förutsättningar för deras identifiering och inga teoretiska idéer om mekanismerna för bildandet av sådana objekt. Troligtvis kommer den romantiska hypotesen att behöva överges och fokusera på att räkna om modeller.
Potentiell fara
Gammastrålningskurar i universum är allestädes närvarande och förekommer ganska ofta. En naturlig fråga uppstår: utgör de en fara för jorden?
Teoretiskt beräknat konsekvenserna för biosfären, som kan orsaka intensiv gammastrålning. Så, med en energifrisättning på 1052 erg (vilket motsvarar 1039 MJ eller ungefär 3,3∙1038 kWh) och ett avstånd på 10 ljusår, skulle effekten av explosionen bli katastrofal. Det har beräknats att på varje kvadratcentimeter av jordens yta på halvklotet som skulle ha oturen att träffas av gammastrålarflöde, 1013 erg, eller 1 MJ, eller 0,3 kWh energi kommer att frigöras. Det andra halvklotet kommer inte heller att ha problem - alla levande varelser kommer att dö där, men lite senare, på grund av sekundära effekter.
Men det är osannolikt att en sådan mardröm hotar oss: det finns helt enkelt inga stjärnor nära solen som kan ge en sådan monstruös energiutsläpp. Ödet att bli ett svart hål eller en neutronstjärna hotar inte heller stjärnor nära oss.
Naturligtvis skulle en gammastrålning utgöra ett allvarligt hot mot biosfären och på ett mycket större avstånd, men man bör komma ihåg att dess strålning inte utbreder sig isotropiskt, utan i en ganska smal ström, och sannolikheten att falla in i den från jorden är mycket mindre än i allmänhet inte märker.
Learning Perspectives
Kosmiska gammastrålningskurar har varit ett av de största astronomiska mysterierna i nästan ett halvt sekel. Nu är kunskapsnivån om dem mycket avancerad på grund av den snabba utvecklingen av observationsverktyg (inklusive rymdverktyg), databehandling och modellering.
Till exempel togs ett viktigt steg för inte så länge sedan för att klargöra ursprunget till fenomenet "burst". När man analyserade data från Fermi-satelliten fann man att gammastrålning genereras av kollisioner av protoner från ultrarelativistiska jetstrålar med protoner av interstellär gas, och detaljerna i denna process har förfinats.
Det är tänkt att använda eftersken från avlägsna händelser för mer exakta mätningar av fördelningen av intergalaktisk gas upp till avstånd som bestäms av rödförskjutningen Z=10.
SamtidigtMycket av utbrottens natur är fortfarande okänd, och vi bör vänta på att nya intressanta fakta dyker upp och ytterligare framsteg i studiet av dessa föremål.
