Interes i madh për astrofizikën dhe kozmologjinë moderne është një klasë e veçantë fenomenesh të quajtura shpërthime të rrezeve gama. Për disa dekada, dhe veçanërisht në mënyrë aktive vitet e fundit, shkenca ka grumbulluar të dhëna vëzhguese në lidhje me këtë fenomen kozmik në shkallë të gjerë. Natyra e tij ende nuk është sqaruar plotësisht, por ka modele teorike të vërtetuara mjaftueshëm që pretendojnë ta shpjegojnë atë.
Koncepti i fenomenit
Rrezatimi gama është rajoni më i vështirë i spektrit elektromagnetik, i formuar nga fotone me frekuencë të lartë nga afërsisht 6∙1019 Hz. Gjatësia valore e rrezeve gama mund të jetë e krahasueshme me madhësinë e një atomi, dhe gjithashtu mund të jetë disa renditje të madhësisë më të vogla.
Shpërthimi i rrezeve gama është një shpërthim i shkurtër dhe jashtëzakonisht i shndritshëm i rrezeve gama kozmike. Kohëzgjatja e tij mund të jetë nga disa dhjetëra milisekonda në disa mijëra sekonda; më së shpeshti regjistrohetndezjet që zgjasin rreth një sekondë. Shkëlqimi i shpërthimeve mund të jetë i rëndësishëm, qindra herë më i lartë se shkëlqimi total i qiellit në gamën e butë të gama. Energjitë karakteristike variojnë nga disa dhjetëra në mijëra kiloelektronvolt për kuantë rrezatimi.
Burimet e ndezjeve shpërndahen në mënyrë të barabartë në sferën qiellore. Është vërtetuar se burimet e tyre janë jashtëzakonisht larg, në distanca kozmologjike të rendit të miliarda viteve dritë. Një tipar tjetër i shpërthimeve është profili i tyre i larmishëm dhe kompleks i zhvillimit, i njohur ndryshe si kurba e dritës. Regjistrimi i këtij fenomeni ndodh pothuajse çdo ditë.
Historia e studimit
Zbulimi ndodhi në vitin 1969 gjatë përpunimit të informacionit nga satelitët ushtarakë amerikanë Vela. Doli se në vitin 1967, satelitët regjistruan dy impulse të shkurtra të rrezatimit gama, të cilat anëtarët e ekipit nuk mund t'i identifikonin me asgjë. Me kalimin e viteve, numri i ngjarjeve të tilla është rritur. Në vitin 1973, të dhënat e Velës u deklasifikuan dhe u publikuan dhe filloi kërkimi shkencor mbi fenomenin.
Në fund të viteve 1970 dhe në fillim të viteve 1980 në Bashkimin Sovjetik, një seri eksperimentesh të KONUS vërtetuan ekzistencën e shpërthimeve të shkurtra deri në 2 sekonda në kohëzgjatje, dhe gjithashtu vërtetuan se shpërthimet e rrezatimit gama shpërndahen rastësisht.
Në vitin 1997, u zbulua fenomeni i "afterglow" - prishja e ngad altë e shpërthimit në gjatësi vale më të gjata. Pas kësaj, shkencëtarët për herë të parë arritën të identifikojnë ngjarjen me një objekt optik - një galaktikë shumë e largët me zhvendosje të kuqe.z=0, 7. Kjo bëri të mundur konfirmimin e natyrës kozmologjike të fenomenit.
Në vitin 2004 u lançua observatori i rrezeve gama orbitale Swift, me ndihmën e të cilit u bë i mundur identifikimi i shpejtë i ngjarjeve të diapazonit gama me rreze X dhe burimet e rrezatimit optik. Aktualisht, disa pajisje të tjera janë duke funksionuar në orbitë, duke përfshirë teleskopin hapësinor me rreze gama. Fermi.
Klasifikimi
Aktualisht, bazuar në veçoritë e vëzhguara, dallohen dy lloje të shpërthimeve të rrezeve gama:
- I gjatë, i karakterizuar nga një kohëzgjatje prej 2 sekondash ose më shumë. Ka rreth 70% të shpërthimeve të tilla. Kohëzgjatja mesatare e tyre është 20–30 sekonda, dhe kohëzgjatja maksimale e regjistruar e ndezjes GRB 130427A ishte më shumë se 2 orë. Ekziston një këndvështrim sipas të cilit ngjarje të tilla të gjata (tani janë tre të tilla) duhet të dallohen si një lloj i veçantë i shpërthimeve ultra të gjata.
- Të shkurtra. Ato zhvillohen dhe zbehen në një hark kohor të ngushtë - më pak se 2 sekonda, por mesatarisht zgjasin rreth 0.3 sekonda. Mbajtësi i rekordit deri më tani është blici, i cili zgjati vetëm 11 milisekonda.
Më pas, do të shqyrtojmë shkaqet më të mundshme të GRB-ve të dy llojeve kryesore.
jehonë hipernova
Sipas shumicës së astrofizikanëve, shpërthimet e gjata janë rezultat i rënies së yjeve jashtëzakonisht masive. Ekziston një model teorik që përshkruan një yll që rrotullohet me shpejtësi me një masë prej më shumë se 30 masa diellore, i cili në fund të jetës së tij krijon një vrimë të zezë. Disku i grumbullimitnjë objekt i tillë, një kolapsar, lind për shkak të mbështjelljes së yjeve që bie me shpejtësi mbi vrimën e zezë. Vrima e zezë e gëlltit atë në pak sekonda.
Si rezultat, formohen avionë të fuqishëm polare ultrarelativistë të gazit - avionë. Shpejtësia e daljes së materies në avionë është afër shpejtësisë së dritës, temperatura dhe fushat magnetike në këtë rajon janë të mëdha. Një avion i tillë është i aftë të gjenerojë një fluks të rrezatimit gama. Fenomeni u quajt hipernova, për analogji me termin "supernova".
Shumë nga shpërthimet e gjata të rrezeve gama identifikohen në mënyrë mjaft të besueshme me supernova me një spektër të pazakontë në galaktikat e largëta. Vëzhgimi i tyre në rrezen e radios tregoi ekzistencën e mundshme të avionëve ultrarelativistë.
Përplasjet e yjeve neutron
Sipas modelit, shpërthimet e shkurtra ndodhin kur bashkohen yjet masivë neutron ose një çift neutron yll-vrima e zezë. Një ngjarje e tillë ka marrë një emër të veçantë - "kilon", pasi energjia e emetuar në këtë proces mund të tejkalojë çlirimin e energjisë së yjeve të rinj me tre renditje të madhësisë.
Një palë përbërësish supermasivë formon fillimisht një sistem binar që lëshon valë gravitacionale. Si rezultat, sistemi humbet energjinë dhe përbërësit e tij bien me shpejtësi mbi njëri-tjetrin përgjatë trajektoreve spirale. Bashkimi i tyre gjeneron një objekt rrotullues të shpejtë me një fushë të fortë magnetike të një konfigurimi të veçantë, për shkak të së cilës, përsëri, formohen avionë ultrarelativistë.
Simulimi tregon se rezultati është një vrimë e zezë me një toroid plazmatik akrecional që bie mbi vrimën e zezë në 0,3 sekonda. Ekzistenca e avionëve ultrarelativistë të krijuar nga grumbullimi zgjat të njëjtën kohë. Të dhënat e vëzhgimit janë përgjithësisht në përputhje me këtë model.
Në gusht 2017, detektorët e valëve gravitacionale LIGO dhe Virgo zbuluan një bashkim ylli neutron në një galaktikë 130 milionë vite dritë larg. Parametrat numerikë të kilonovës rezultuan të mos ishin plotësisht të njëjtë me parashikimet e simulimit. Por ngjarja e valës gravitacionale u shoqërua me një shpërthim të shkurtër në rrezen gama, si dhe efekte në gjatësitë e valëve të rrezeve X në infra të kuqe.
Blic i çuditshëm
Më 14 qershor 2006, Observatori Swift Gamma zbuloi një ngjarje të pazakontë në një galaktikë jo shumë masive që ndodhet 1.6 miliardë vite dritë larg. Karakteristikat e tij nuk korrespondonin me parametrat e ndezjeve të gjata dhe të shkurtra. Shpërthimi i rrezeve gama GRB 060614 kishte dy pulse: së pari, një impuls të fortë më pak se 5 sekonda të gjatë dhe më pas një "bisht" 100 sekondash të rrezeve gama më të buta. Shenjat e një supernova në galaktikë nuk mund të zbuloheshin.
Jo shumë kohë më parë ngjarje të ngjashme ishin vërejtur tashmë, por ato ishin rreth 8 herë më të dobëta. Pra, kjo rritje hibride nuk përshtatet ende në kuadrin e modelit teorik.
Ka pasur disa hipoteza rreth origjinës së shpërthimit anomal të rrezeve gama GRB 060614. Në-Së pari, mund të supozojmë se është vërtet e gjatë dhe veçoritë e çuditshme janë për shkak të disa rrethanave specifike. Së dyti, blici ishte i shkurtër dhe "bishti" i ngjarjes për disa arsye fitoi një gjatësi të madhe. Së treti, mund të supozohet se astrofizikanët kanë hasur në një lloj të ri shpërthimesh.
Ekziston edhe një hipotezë krejtësisht ekzotike: në shembullin e GRB 060614, shkencëtarët hasën në të ashtuquajturën "vrima e bardhë". Ky është një rajon hipotetik i hapësirë-kohës që ka një horizont ngjarjesh, por lëviz përgjatë boshtit kohor përballë një vrime të zezë normale. Në parim, ekuacionet e teorisë së përgjithshme të relativitetit parashikojnë ekzistencën e vrimave të bardha, por nuk ka parakushte për identifikimin e tyre dhe nuk ka ide teorike për mekanizmat e formimit të objekteve të tilla. Me shumë mundësi, hipoteza romantike do të duhet të braktiset dhe të fokusohet në rillogaritjen e modeleve.
Rreziku i mundshëm
Shpërthimet e rrezeve gama në Univers janë të kudondodhura dhe ndodhin mjaft shpesh. Lind një pyetje e natyrshme: a përbëjnë rrezik për Tokën?
Teorikisht llogariten pasojat për biosferën, të cilat mund të shkaktojnë rrezatim gama intensive. Pra, me një çlirim energjie prej 1052 erg (që korrespondon me 1039 MJ ose rreth 3,3∙1038 kWh) dhe një distancë prej 10 vitesh dritë, efekti i shpërthimit do të ishte katastrofik. Është llogaritur se në çdo centimetër katror të sipërfaqes së Tokës në hemisferë do të kishte fatkeqësinë të goditej nga rrezet gama.rrjedha, 1013 erg, ose 1 MJ, ose 0,3 kWh energji do të lirohet. As hemisfera tjetër nuk do të jetë në telashe - të gjitha gjallesat do të vdesin atje, por pak më vonë, për shkak të efekteve dytësore.
Megjithatë, një makth i tillë nuk ka gjasa të na kërcënojë: thjesht nuk ka yje pranë Diellit që mund të ofrojnë një çlirim kaq monstruoz energjie. Fati për t'u bërë një vrimë e zezë ose një yll neutron nuk kërcënon as yjet afër nesh.
Sigurisht, një shpërthim i rrezeve gama do të përbënte një kërcënim serioz për biosferën dhe në një distancë shumë më të madhe, megjithatë, duhet të kihet parasysh se rrezatimi i tij nuk përhapet në mënyrë izotropike, por në një rrjedhë mjaft të ngushtë., dhe probabiliteti për të rënë në të nga Toka është shumë më i vogël sesa nuk vërehet në përgjithësi.
Perspektivat e të nxënit
Shpërthimet kozmike të rrezeve gama kanë qenë një nga misteret më të mëdha astronomike për gati gjysmë shekulli. Tani niveli i njohurive rreth tyre është shumë i avancuar për shkak të zhvillimit të shpejtë të mjeteve vëzhguese (përfshirë ato hapësinore), përpunimit dhe modelimit të të dhënave.
Për shembull, jo shumë kohë më parë u ndërmor një hap i rëndësishëm në sqarimin e origjinës së fenomenit të shpërthimit. Gjatë analizimit të të dhënave nga sateliti Fermi, u zbulua se rrezatimi gama gjenerohet nga përplasjet e protoneve të avionëve ultrarelativistë me protonet e gazit ndëryjor, dhe detajet e këtij procesi u rafinuan.
Supozohet të përdorë shkëlqimin e mëpasshëm të ngjarjeve të largëta për matje më të sakta të shpërndarjes së gazit ndërgalaktik deri në distancat e përcaktuara nga zhvendosja e kuqe Z=10.
Në të njëjtën kohëPjesa më e madhe e natyrës së shpërthimeve është ende e panjohur dhe ne duhet të presim shfaqjen e fakteve të reja interesante dhe përparim të mëtejshëm në studimin e këtyre objekteve.
