Modern astrofizik ve kozmoloji için büyük ilgi, gama ışını patlamaları adı verilen özel bir fenomen sınıfıdır. Birkaç on yıldır ve özellikle son yıllarda aktif olarak bilim, bu büyük ölçekli kozmik fenomenle ilgili gözlemsel veriler biriktiriyor. Doğası henüz tam olarak aydınlatılamamıştır, ancak onu açıkladığını iddia eden yeterince doğrulanmış teorik modeller vardır.
Fenomen kavramı
Gama radyasyonu, yaklaşık 6∙1019 Hz'den gelen yüksek frekanslı fotonlardan oluşan elektromanyetik spektrumun en zor bölgesidir. Gama ışınlarının dalga boyları bir atomun boyutuyla karşılaştırılabilir olabilir ve ayrıca birkaç büyüklük sırası daha küçük olabilir.
Gama ışını patlaması, kozmik gama ışınlarının kısa ve son derece parlak bir patlamasıdır. Süresi birkaç on milisaniyeden birkaç bin saniyeye kadar olabilir; en sık kayıtlıyaklaşık bir saniye süren yanıp söner. Patlamaların parlaklığı, yumuşak gama aralığında gökyüzünün toplam parlaklığından yüzlerce kat daha yüksek, önemli olabilir. Karakteristik enerjiler, radyasyon kuantumu başına birkaç on ila binlerce kiloelektronvolt arasında değişir.
Parlama kaynakları gök küresi üzerinde eşit olarak dağılmıştır. Kaynaklarının son derece uzakta, milyarlarca ışık yılı mertebesinde kozmolojik mesafelerde olduğu kanıtlanmıştır. Patlamaların bir başka özelliği, ışık eğrisi olarak da bilinen çeşitli ve karmaşık gelişim profilleridir. Bu fenomenin kaydı neredeyse her gün gerçekleşir.
Çalışma geçmişi
Keşif 1969'da Amerikan askeri Vela uydularından gelen bilgileri işlerken gerçekleşti. 1967'de uyduların, ekip üyelerinin hiçbir şeyle tanımlayamadığı iki kısa gama radyasyonu darbesi kaydettiği ortaya çıktı. Yıllar geçtikçe, bu tür olayların sayısı arttı. 1973'te Vela'nın verilerinin gizliliği kaldırıldı ve yayınlandı ve fenomen üzerinde bilimsel araştırmalar başladı.
Sovyetler Birliği'nde 1970'lerin sonlarında ve 1980'lerin başında, bir dizi KONUS deneyi, süresi 2 saniyeye kadar olan kısa patlamaların varlığını ortaya koydu ve ayrıca gama radyasyonu patlamalarının rastgele dağıldığını kanıtladı.
1997'de, daha uzun dalga boylarında patlamanın yavaş yavaş bozulması olan "son kızdırma" fenomeni keşfedildi. Bundan sonra, bilim adamları ilk kez olayı optik bir nesneyle tanımlamayı başardılar - çok uzak bir kırmızıya kayma galaksisi.z=0, 7. Bu, fenomenin kozmolojik doğasını doğrulamayı mümkün kıldı.
2004'te Swift yörüngesel gama ışını gözlemevi başlatıldı ve bunun yardımıyla gama aralığı olaylarını X ışını ve optik radyasyon kaynaklarıyla hızlı bir şekilde tespit etmek mümkün oldu. Şu anda, Gama Işını Uzay Teleskobu da dahil olmak üzere yörüngede birkaç cihaz daha çalışıyor. Fermi.
Sınıflandırma
Şu anda, gözlemlenen özelliklere dayalı olarak, iki tür gama ışını patlaması ayırt edilir:
- Uzun, 2 saniye veya daha uzun bir süre ile karakterize edilir. Bu tür salgınların yaklaşık %70'i vardır. Ortalama süreleri 20-30 saniyedir ve GRB 130427A parlamasının kaydedilen maksimum süresi 2 saatten fazladır. Bu tür uzun olayların (şimdi üç tane var) özel bir ultra uzun patlama türü olarak ayırt edilmesi gerektiğine dair bir bakış açısı var.
- Kısa. Dar bir zaman diliminde gelişir ve kaybolurlar - 2 saniyeden az, ancak ortalama olarak yaklaşık 0,3 saniye sürer. Şimdiye kadar rekor sahibi, yalnızca 11 milisaniye süren flaş.
Sırada, iki ana tipteki GRB'lerin en olası nedenlerine bakacağız.
Hipernova yankıları
Çoğu astrofizikçiye göre, uzun patlamalar aşırı büyük kütleli yıldızların çökmesinin sonucudur. Kütlesi 30'dan fazla güneş kütlesi olan ve ömrünün sonunda bir kara deliğe yol açan hızla dönen bir yıldızı tanımlayan teorik bir model var. yığılma diskiböyle bir nesne, bir çökertme, kara deliğin üzerine hızla düşen yıldız zarfının maddesi nedeniyle ortaya çıkar. Kara delik onu birkaç saniye içinde yutar.
Sonuç olarak, güçlü kutupsal ultrarelativistik gaz jetleri oluşur - jetler. Jetlerde maddenin çıkış hızı ışık hızına yakındır, sıcaklık ve bu bölgedeki manyetik alanlar çok büyüktür. Böyle bir jet, bir gama radyasyonu akışı üretebilir. Bu fenomen, "süpernova" terimine benzetilerek hipernova olarak adlandırıldı.
Uzun gama ışını patlamalarının çoğu, uzak galaksilerdeki olağandışı bir spektruma sahip süpernovalarla oldukça güvenilir bir şekilde tanımlanır. Radyo menzilindeki gözlemleri, ultrarelativistik jetlerin olası varlığını gösterdi.
Nötron yıldızı çarpışmaları
Modele göre, büyük nötron yıldızları veya bir nötron yıldızı-kara delik çifti birleştiğinde kısa patlamalar meydana gelir. Böyle bir olay özel bir isim aldı - "kilon", çünkü bu süreçte yayılan enerji, yeni yıldızların enerji salınımını üç büyüklük derecesini aşabilir.
Bir çift süper kütleli bileşen önce yerçekimi dalgaları yayan ikili bir sistem oluşturur. Sonuç olarak, sistem enerji kaybeder ve bileşenleri spiral yörüngeler boyunca hızla birbirinin üzerine düşer. Birleşmeleri, özel bir konfigürasyona sahip güçlü bir manyetik alana sahip hızla dönen bir nesne oluşturur, bu nedenle yine ultrarelativistik jetler oluşur.
Simülasyon sonucun, kara deliğin üzerine 0,3 saniyede düşen bir birikim plazma toroidi olan bir kara delik olduğunu gösteriyor. Biriktirme tarafından üretilen ultrarelativistik jetlerin varlığı aynı süre boyunca sürer. Gözlemsel veriler genellikle bu modelle tutarlıdır.
Ağustos 2017'de, yerçekimi dalgası dedektörleri LIGO ve Virgo, 130 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir galakside bir nötron yıldızı birleşmesini tespit etti. Kilonova'nın sayısal parametrelerinin simülasyonun tahmin ettiği gibi olmadığı ortaya çıktı. Ancak yerçekimi dalgası olayına, gama ışını aralığında kısa bir patlamanın yanı sıra X ışını ila kızılötesi dalga boylarındaki etkiler eşlik etti.
Garip flaş
14 Haziran 2006'da Swift Gama Gözlemevi 1,6 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan çok büyük olmayan bir gökadada olağandışı bir olay tespit etti. Özellikleri, hem uzun hem de kısa flaşların parametrelerine uymuyordu. Gama ışını patlaması GRB 060614 iki darbeye sahipti: ilk olarak, 5 saniyeden daha kısa bir sert darbe ve ardından daha yumuşak gama ışınlarının 100 saniyelik bir "kuyruğu". Galaksideki bir süpernova belirtileri tespit edilemedi.
Çok uzun zaman önce benzer olaylar zaten gözlemlendi, ancak yaklaşık 8 kat daha zayıftı. Dolayısıyla bu hibrit dalgalanma henüz teorik modelin çerçevesine uymuyor.
Anormal gama ışını patlaması GRB 060614'ün kökeni hakkında birkaç hipotez var. İçinde-İlk olarak, gerçekten uzun olduğunu ve bazı özel durumlardan dolayı garip özelliklerin olduğunu varsayabiliriz. İkincisi, flaş kısaydı ve olayın "kuyruğu" bir nedenden dolayı büyük bir uzunluk kazandı. Üçüncüsü, astrofizikçilerin yeni bir tür patlamayla karşılaştığı varsayılabilir.
Ayrıca tamamen egzotik bir hipotez var: GRB 060614 örneğinde bilim adamları sözde "beyaz delik" ile karşılaştılar. Bu, bir olay ufkuna sahip olan, ancak normal bir kara deliğin karşısındaki zaman ekseni boyunca hareket eden varsayımsal bir uzay-zaman bölgesidir. Prensip olarak, genel görelilik teorisinin denklemleri, beyaz deliklerin varlığını tahmin eder, ancak bunların tanımlanması için hiçbir ön koşul ve bu tür nesnelerin oluşum mekanizmaları hakkında hiçbir teorik fikir yoktur. Büyük olasılıkla, romantik hipotezin terk edilmesi ve modelleri yeniden hesaplamaya odaklanması gerekecek.
Potansiyel tehlike
Evrendeki Gama ışını patlamaları her yerde bulunur ve oldukça sık meydana gelir. Doğal bir soru ortaya çıkıyor: Dünya için tehlike oluşturuyorlar mı?
Yoğun gama radyasyonuna neden olabilecek biyosfer için sonuçları teorik olarak hesapladı. Yani, 1052 erg (1039 MJ'ye veya yaklaşık 3,3∙1038'ye karşılık gelir) enerji salımı ile kWh) ve 10 ışıkyılı uzaklıkta, patlamanın etkisi felaket olurdu. Yarım küredeki Dünya yüzeyinin her santimetrekaresinde, gama ışınları tarafından vurulma talihsizliğine sahip olacağı hesaplanmıştır.debi, 1013 erg veya 1 MJ veya 0,3 kWh enerji salınacaktır. Diğer yarımkürenin de başı belada olmayacak - tüm canlılar orada ölecek, ama biraz sonra ikincil etkilerden dolayı.
Ancak, böyle bir kabusun bizi tehdit etmesi pek olası değildir: Güneş'in yakınında böylesine korkunç bir enerji salınımı sağlayabilecek hiçbir yıldız yoktur. Kara delik ya da nötron yıldızı olmanın kaderi bize yakın yıldızları da tehdit etmez.
Elbette, bir gama ışını patlaması biyosfer için ciddi bir tehdit oluşturur ve çok daha uzak bir mesafede, ancak radyasyonunun izotropik olarak değil, oldukça dar bir akışta yayıldığı akılda tutulmalıdır., ve Dünya'dan içine düşme olasılığı, genel olarak farkedilmediğinden çok daha azdır.
Öğrenme Perspektifleri
Kozmik gama ışını patlamaları, neredeyse yarım yüzyıldır en büyük astronomik gizemlerden biri olmuştur. Şimdi, gözlem araçlarının (uzay araçları dahil), veri işleme ve modellemenin hızlı gelişimi nedeniyle onlar hakkındaki bilgi düzeyi çok ileri düzeydedir.
Örneğin, çok uzun zaman önce, patlama fenomeninin kökenini açıklığa kavuşturmak için önemli bir adım atıldı. Fermi uydusundan elde edilen veriler analiz edilirken, ultrarelativistik jetlerin protonları ile yıldızlararası gazın protonlarının çarpışmasıyla gama radyasyonunun üretildiği bulundu ve bu işlemin detayları rafine edildi.
Kırmızıya kayma Z=10 ile belirlenen uzaklıklara kadar galaksiler arası gaz dağılımının daha doğru ölçümleri için uzak olayların ardıl parıltısını kullanması gerekiyor.
Aynı zamandaPatlamaların doğasının çoğu hala bilinmiyor ve yeni ilginç gerçeklerin ortaya çıkmasını ve bu nesnelerin incelenmesinde daha fazla ilerlemeyi beklemeliyiz.
