Veliko zanimanje za sodobno astrofiziko in kozmologijo je poseben razred pojavov, imenovanih izbruhi gama žarkov. Znanost že nekaj desetletij, še posebej aktivno pa zadnja leta, nabira opazovalne podatke o tem obsežnem kozmičnem pojavu. Njegova narava še ni povsem razjasnjena, vendar obstajajo dovolj utemeljeni teoretični modeli, ki trdijo, da jo pojasnjujejo.
Koncept fenomena
Gama sevanje je najtežje območje elektromagnetnega spektra, ki ga tvorijo visokofrekvenčni fotoni s približno 6∙1019 Hz. Valovne dolžine žarkov gama so lahko primerljive z velikostjo atoma, lahko pa so tudi za nekaj redov velikosti manjše.
Izbruh gama žarkov je kratek in izjemno svetel izbruh kozmičnih gama žarkov. Njegovo trajanje je lahko od nekaj deset milisekund do nekaj tisoč sekund; najpogosteje registriranutripa, ki traja približno eno sekundo. Svetlost izbruhov je lahko pomembna, stokrat večja od skupne svetlosti neba v mehkem območju gama. Značilne energije se gibljejo od nekaj deset do tisoč kiloelektronvoltov na kvant sevanja.
Viri izbruhov so enakomerno razporejeni po nebesni sferi. Dokazano je, da so njihovi viri izjemno oddaljeni, na kozmoloških razdaljah reda milijard svetlobnih let. Druga značilnost izbruhov je njihov raznolik in zapleten razvojni profil, sicer znan kot svetlobna krivulja. Registracija tega pojava se zgodi skoraj vsak dan.
zgodovina študija
Odkritje se je zgodilo leta 1969 med obdelavo informacij iz ameriških vojaških satelitov Vela. Izkazalo se je, da so leta 1967 sateliti posneli dva kratka impulza gama sevanja, ki ju člani ekipe niso mogli identificirati z ničemer. Z leti se je število tovrstnih dogodkov povečalo. Leta 1973 so Vele podatke odstranili iz tajnosti in jih objavili, začele pa so se znanstvene raziskave o tem fenomenu.
V poznih sedemdesetih in zgodnjih osemdesetih letih prejšnjega stoletja v Sovjetski zvezi je serija eksperimentov KONUS ugotovila obstoj kratkih izbruhov, ki trajajo do 2 sekundi, in tudi dokazala, da so izbruhi gama sevanja naključno porazdeljeni.
Leta 1997 so odkrili fenomen "afterglow" - počasen razpad izbruha pri daljših valovnih dolžinah. Po tem je znanstvenikom prvič uspelo identificirati dogodek z optičnim objektom - zelo oddaljeno galaksijo z rdečim premikom.z=0, 7. To je omogočilo potrditev kozmološke narave pojava.
Leta 2004 je bil lansiran orbitalni observatorij gama žarkov Swift, s pomočjo katerega je bilo mogoče hitro identificirati dogodke gama obsega z viri rentgenskih in optičnih sevanj. Trenutno v orbiti deluje še nekaj naprav, vključno z vesoljski teleskop z gama žarki. Fermi.
Razvrstitev
Trenutno na podlagi opazovanih značilnosti ločimo dve vrsti izbruhov gama žarkov:
- Dolga, za katero je značilno trajanje 2 sekundi ali več. Takih izbruhov je približno 70%. Njihovo povprečno trajanje je 20–30 sekund, največje zabeleženo trajanje bliskavice GRB 130427A pa je bilo več kot 2 uri. Obstaja stališče, da je treba tako dolge dogodke (zdaj so trije) ločiti kot posebno vrsto ultra dolgih rafalov.
- Kratko. Razvijajo se in zbledijo v ozkem časovnem okviru - manj kot 2 sekundi, v povprečju pa trajajo približno 0,3 sekunde. Dosedanji rekorder je blisk, ki je trajal le 11 milisekund.
Naprej si bomo ogledali najverjetnejše vzroke za GRB dveh glavnih vrst.
Hypernova echoes
Po mnenju večine astrofizikov so dolgi izbruhi posledica kolapsa izjemno masivnih zvezd. Obstaja teoretični model, ki opisuje hitro vrtečo se zvezdo z maso več kot 30 sončnih mas, ki ob koncu svojega življenja povzroči črno luknjo. Akrecijski disktak objekt, kolapsar, nastane zaradi snovi zvezdne ovojnice, ki hitro pade na črno luknjo. Črna luknja jo pogoltne v nekaj sekundah.
Kot rezultat nastanejo močni polarni ultrarelativistični plinski curki - curki. Hitrost odtoka snovi v curkih je blizu hitrosti svetlobe, temperatura in magnetna polja v tem območju so ogromna. Tak curek je sposoben ustvariti tok gama sevanja. Fenomen je bil imenovan hipernova, po analogiji z izrazom "supernova".
Veliko dolgih izbruhov gama žarkov je precej zanesljivo identificiranih s supernovami z nenavadnim spektrom v oddaljenih galaksijah. Njihovo opazovanje v radijskem območju je pokazalo na možen obstoj ultrarelativističnih curkov.
Trki nevtronskih zvezd
Po modelu se kratki izbruhi pojavijo, ko se združijo masivne nevtronske zvezde ali par nevtronske zvezde-črna luknja. Tak dogodek je dobil posebno ime - "kilon", saj lahko energija, ki se oddaja v tem procesu, preseže sproščanje energije novih zvezd za tri rede velikosti.
Par supermasivnih komponent najprej tvori binarni sistem, ki oddaja gravitacijske valove. Posledično sistem izgublja energijo in njegove komponente hitro padajo drug na drugega vzdolž spiralnih poti. Njihovo združitev ustvari hitro vrteči se objekt z močnim magnetnim poljem posebne konfiguracije, zaradi katerega spet nastajajo ultrarelativistični curki.
Simulacija kaže, da je rezultat črna luknja z akrecijskim plazemskim toroidom, ki pade na črno luknjo v 0,3 sekunde. Enako dolgo traja obstoj ultrarelativističnih curkov, ki nastanejo z akrecijo. Podatki opazovanj so na splošno skladni s tem modelom.
Avgusta 2017 sta detektorja gravitacijskih valov LIGO in Virgo zaznala združitev nevtronskih zvezd v galaksiji, oddaljeni 130 milijonov svetlobnih let. Izkazalo se je, da numerični parametri kilonove niso povsem enaki, kot napoveduje simulacija. Toda dogodek gravitacijskega valovanja je spremljal kratek izbruh v območju gama žarkov, pa tudi učinki rentgenskih do infrardečih valovnih dolžin.
Čuden blisk
14. junija 2006 je observatorij Swift Gamma zaznal nenavaden dogodek v ne preveč masivni galaksiji, ki je od nas oddaljena 1,6 milijarde svetlobnih let. Njegove značilnosti niso ustrezale parametrom tako dolgih kot kratkih utripov. Izbruh gama žarkov GRB 060614 je imel dva impulza: najprej trd impulz, krajši od 5 sekund, in nato 100-sekundni "rep" mehkejših žarkov gama. Znakov supernove v galaksiji ni bilo mogoče zaznati.
Ne tako dolgo nazaj so bili podobni dogodki že opaženi, vendar so bili približno 8-krat šibkejši. Torej ta hibridni skok še ne sodi v okvir teoretičnega modela.
Obstajalo je več hipotez o izvoru anomalnega izbruha gama žarkov GRB 060614. V-Najprej lahko domnevamo, da je res dolga, čudne lastnosti pa so posledica nekaterih posebnih okoliščin. Drugič, blisk je bil kratek, "rep" dogodka pa je iz nekega razloga pridobil veliko dolžino. Tretjič, domnevamo lahko, da so astrofiziki naleteli na novo vrsto izbruhov.
Obstaja tudi povsem eksotična hipoteza: na primeru GRB 060614 so znanstveniki naleteli na tako imenovano "belo luknjo". To je hipotetično območje prostor-časa, ki ima obzorje dogodkov, vendar se giblje vzdolž časovne osi nasproti običajni črni luknji. Načeloma enačbe splošne teorije relativnosti napovedujejo obstoj belih lukenj, vendar ni predpogojev za njihovo identifikacijo in ni teoretičnih idej o mehanizmih nastanka takšnih objektov. Najverjetneje bo treba romantično hipotezo opustiti in se osredotočiti na preračunavanje modelov.
Možna nevarnost
Izbruhi gama žarkov v vesolju so povsod prisotni in se pojavljajo precej pogosto. Postavlja se naravno vprašanje: ali predstavljajo nevarnost za Zemljo?
Teoretično izračunane posledice za biosfero, ki lahko povzroči intenzivno gama sevanje. Torej, s sproščanjem energije 1052 erg (kar ustreza 1039 MJ ali približno 3,3∙1038 kWh) in razdalji 10 svetlobnih let, bi bil učinek izbruha katastrofalen. Izračunano je, da bi na vsak kvadratni centimeter zemeljske površine na polobli, ki bi imel nesrečo, da bi ga zadeli gama žarkipretok, se bo sprostilo 1013 erg, ali 1 MJ ali 0,3 kWh energije. Tudi druga polobla ne bo v težavah - tam bo umrlo vse živo, a malo kasneje, zaradi sekundarnih učinkov.
Vendar nas takšna nočna mora verjetno ne bo ogrozila: v bližini Sonca preprosto ni zvezd, ki bi lahko zagotovile tako pošastno sproščanje energije. Usoda, da postanemo črna luknja ali nevtronska zvezda, ne ogroža tudi zvezd, ki so nam blizu.
Seveda bi izbruh gama žarkov resno ogrožal biosfero in na veliko večji razdalji, vendar je treba upoštevati, da se njegovo sevanje ne širi izotropno, ampak v precej ozkem toku, in verjetnost, da bi vanj padel z Zemlje, je veliko manjša, kot na splošno ne opazite.
Pogledi učenja
Kozmični izbruhi gama žarkov so že skoraj pol stoletja ena največjih astronomskih skrivnosti. Zdaj je raven znanja o njih precej napredna zaradi hitrega razvoja opazovalnih orodij (tudi vesoljskih), obdelave podatkov in modeliranja.
Na primer, ne tako dolgo nazaj je bil storjen pomemben korak pri razjasnitvi izvora pojava poka. Pri analizi podatkov s satelita Fermi je bilo ugotovljeno, da gama sevanje nastane s trki protonov ultrarelativističnih curkov s protoni medzvezdnega plina, podrobnosti tega procesa pa so bile izpopolnjene.
Za natančnejše meritve porazdelitve medgalaktičnega plina do razdalj, ki jih določa rdeči premik Z=10, naj bi uporabil naknadni sijaj oddaljenih dogodkov.
Ob istem časuVeliko narave izbruhov je še vedno neznanega, zato bi morali počakati na pojav novih zanimivih dejstev in na nadaljnji napredek pri preučevanju teh predmetov.
