A gamma-kitörés [2] az elektromágneses spektrum gamma-sugárzási energiájának nagyszabású kozmikus felszabadulása . A gammasugár-kitörések (GB) a világegyetemben előforduló legfényesebb elektromágneses események .
A kezdeti kitörést általában egy halványuló, hosszú élettartamú "utófény" követi, amely fokozatosan hosszabb hullámhosszon ( röntgen , UV , optika , infravörös és rádió ) bocsát ki.
A rövid GW-k két neutroncsillag , egy fekete lyuk és egy neutroncsillag , vagy elméletileg két fekete lyuk egyesülése során jönnek létre [3] . Időtartam 10 ezredmásodperctől 2 másodpercig. [négy]
Egy szupernóva-robbanás során hosszú GW bocsát ki, amikor egy hatalmas csillag gyorsan forgó magja összeomlik . Időtartama 2 másodperctől 6 óráig terjed. [5]
Ez egy viszonylag keskeny erős sugárzásnyaláb, így gamma-kitöréseket figyeltek meg a távoli galaxisokban , a miénkben pedig eddig csak két gyenge kitörést észleltek. [6] A GW energia nem oszlik el gömbszerűen egyenletesen. A fúvókák a pulzár pólusaiból kúp alakúak, mint egy űrpuska.
Néhány másodperc villanás alatt annyi energia szabadul fel, mint amennyit a Nap 10 milliárd évnyi ragyogás alatt bocsátana fel. Egymillió év alatt csak néhány GW található egy galaxisban [7] . Minden megfigyelt GW galaxisunkon kívül fordul elő , kivéve a jelenségek egy kapcsolódó osztályát, a lágy ismétlődő gamma-kitöréseket , amelyek a Tejútrendszer magnetárjaihoz kapcsolódnak. Feltételezések szerint a galaxisunkban előforduló GW az összes élet tömeges kihalásához vezethet a Földön (a mélytengeri biofajok kivételével) [8] .
A GW-t először véletlenül 1967. július 2-án regisztrálták a „ Vela ” amerikai katonai műholdak [1] .
Elméleti modellek százai készültek a GW-ket generáló folyamatok magyarázatára, mint például az üstökösök és a neutroncsillagok ütközései [9] . De nem volt elegendő adat a javasolt modellek megerősítéséhez, amíg 1997 -ben nem regisztrálták az első röntgen- és optikai utófényeket , és ezek vöröseltolódását optikai spektroszkóppal végzett közvetlen méréssel határozták meg. Ezek a felfedezések és a GW-hez kapcsolódó galaxisok és szupernóvák későbbi vizsgálatai segítettek megbecsülni a fényességet és a GW-forrás távolságát, végül távoli galaxisokban lokalizálták őket, és összekapcsolták a GW-t a hatalmas csillagok halálával. A GW tanulmányozásának folyamata azonban még korántsem ért véget, és a GW továbbra is az asztrofizika egyik legnagyobb rejtélye . Még a GW megfigyelési osztályozása is hiányos hosszú és rövid osztályokra.
A GV-t körülbelül naponta egyszer regisztrálják. Amint azt a „Konus” szovjet kísérlet megállapította, amelyet Jevgenyij Mazets vezetésével végeztek a „ Venera-11 ”, „ Venera-12 ” és „ Prognoz ” űrszondákon az 1970-es években [10] , a GW-k ugyanilyen valószínűek. bármely irányból származni, ami a kísérletileg megszerkesztett log N - log S függéssel együtt ( N azoknak a GW-knek a száma, amelyek a Föld közelében S - nél nagyobb vagy egyenlő gammasugár- fluxust adnak ), azt jelzi, hogy a GW-k egy kozmológiai természet (pontosabban nem a Galaxishoz kötődnek, vagy nem csak vele, hanem az egész Univerzumban előfordulnak , és az Univerzum távoli helyeiről látjuk őket). A forrás irányát háromszögelési módszerrel becsültük meg .
1963. október: Az Egyesült Államok légiereje a Vela sorozat első műholdját Föld körüli pályára bocsátotta a légkörben zajló nukleáris robbanások megfigyelésére , miután 1963-ban megkötötték a moszkvai három médiáról szóló kísérleti tilalmi szerződést . A műhold fedélzetén röntgen- , gamma- és neutronsugárzás - detektorok voltak [1] .
Sok elmélet próbálta megmagyarázni ezeket a kitöréseket. A legtöbben azzal érveltek, hogy a források a Tejútrendszeren belül találhatók . De 1991-ig nem történt kísérleti megerősítés.
1991. április 5-től 2000. június 4-ig a Compton Gamma Ray Observatory ( CGRO ) működött pályán [20] . Burst and Transient Source Explorer ( BATSE ) detektort telepítettek a fedélzetre , amelyet a GW regisztrálására terveztek. Működése során 2704 eseményt észleltek (azaz körülbelül napi egy sorozatot).
A BATSE segítségével a Fizikotechnikai Intézet eredményei megerősítették , hogy a GW-k izotróp módon oszlanak el az égi szférában , és nem csoportosulnak a tér egyik régiójában sem, például a galaxis közepén vagy a galaktikus síkja mentén. egyenlítő [21] . A Tejútrendszer lapos alakja miatt a galaxisunkhoz tartozó források a galaktikus sík közelében koncentrálódnak. A GW-k ilyen tulajdonságának hiánya erős bizonyíték arra, hogy a Tejúton kívülről származnak [22] [23] [24] , bár a Tejútrendszer egyes modelljei még mindig összhangban vannak a hasonló izotróp eloszlással [25] .
A GW-k következő empirikus tulajdonságait is megállapították: sokféle fénygörbe (nagyon rövid időskálán sima és csipkézett), bimodális időtartam-eloszlás (rövidek - kevesebb, mint 2 másodperc - keményebb spektrummal és hosszúak - több 2 másodpercnél – lágyabb spektrummal).
Évtizedekkel a GW felfedezése után a csillagászok egy alkatrészt kerestek – minden olyan csillagászati objektumot, amely egy közelmúltbeli GW helyén található. Az objektumok számos különböző osztályát figyelembe vették, beleértve a fehér törpéket , pulzárokat , szupernóvákat , gömbölyű csillaghalmazokat , kvazárokat , Seyfert-galaxisokat és BL Lac objektumokat [26] . Mindezek a keresések sikertelenek voltak, és még néhány esetben sem, amikor a GW meglehetősen jó helyen volt, nem lehetett észrevehető fényes tárgyat látni. Ez jelzi a GW eredetét vagy nagyon halvány csillagokból, vagy rendkívül távoli galaxisokból [27] [28] . Még a legpontosabb helyszínek is halvány csillagok és galaxisok csoportjaira korlátozódtak. Világossá vált, hogy a GW koordináták végső felbontásához új műholdakra és gyorsabb kommunikációra is szükség van [29] .
A GW eredetére több modell is utalt arra, hogy a gamma-sugárzás kezdeti kitörése után lassan bomló, hosszabb hullámhosszú sugárzásnak kell bekövetkeznie, amely a villanás és a csillagközi gáz hatására kilökődő anyag ütközése következtében jön létre [30] . Ezt a sugárzást (az elektromágneses spektrum minden tartományában) a GW " utófénynek " ("utófény" vagy "halo") nevezte. Az "utófény" korai keresése sikertelen volt, elsősorban a pontos hosszúhullámú GW koordináták meghatározásának nehézsége miatt közvetlenül a kezdeti kitörés után.
Áttörés ebben az irányban 1997 februárjában következett be , amikor a BeppoSAX olasz-holland műhold észlelte a GRB 970228 gamma - kitörést , majd 8 órával később egy röntgendetektor (szintén a BeppoSAX fedélzetén) észlelte a GRB csökkenő röntgensugárzását. 970228. A röntgen "utófény" koordinátáit sokkal nagyobb pontossággal határozták meg, mint a gamma sugaraké. A BeppoSAX projekt elemzőinek egy csoportja néhány órán belül 3 ívperces pontossággal meghatározta a robbanás koordinátáit.
A földi optikai teleszkópok ezután egy halványuló új forrást is észleltek a területen; így helyzete egy ívmásodpercig ismertté vált. Egy idő után a Hubble-teleszkóp mély felvétele egy távoli, nagyon halvány galaxist ( z = 0,7) tárt fel az előbbi forrás helyén. Így a gamma-kitörések kozmológiai eredete bebizonyosodott. Ezt követően sok kitörésben, minden tartományban (röntgen, ultraibolya, optika, infravörös, rádió) utánvilágítást figyeltek meg. A vöröseltolódások nagyon nagynak bizonyultak (legfeljebb 6, hosszú gamma-kitöréseknél többnyire 0-4 tartományban; rövideknél kevesebb).
A 2004 -ben felbocsátott Swift műhold képes a kitörések gyors (kevesebb mint egy perc) optikai és röntgensugaras azonosítására. Felfedezései között vannak erőteljes, néha többszörös röntgenkitörések utófényben, időnként akár több órával a kitörés után; utófények észlelése még a tényleges gammasugárzás vége előtt stb.
A gamma-kitörések kozmológiai természetéből kitűnik, hogy óriási energiával kell rendelkezniük. Például a GRB 970228 eseménynél sugárzási izotrópiát feltételezve az energia csak a gamma tartományban 1,6⋅10 52 erg (1,6⋅10 45 J), ami egy nagyságrenddel nagyobb, mint egy tipikus szupernóva energiája. Egyes gamma-kitöréseknél a becslés eléri a 10 54 erg értéket, vagyis összevethető a Nap nyugalmi energiájával . Ráadásul ez az energia nagyon rövid idő alatt szabadul fel.
Az energiakibocsátás kollimált áramlás ( relativisztikus sugár ) formájában történik, amely esetben az energiabecslés a sugárkúp nyitási szögével arányosan csökken. Ezt az utóvilágítási fénygörbék megfigyelései is megerősítik (lásd alább). A tipikus kitörési energia a fúvókákkal együtt körülbelül 10 51 erg, de a szórás meglehetősen nagy. A relativisztikus sugarak jelenléte azt jelenti, hogy az Univerzumban előforduló összes kitörésnek csak egy kis részét látjuk. Gyakoriságuk a becslések szerint 100 000 évente galaxisonként egy kitörés.
A gamma-kitöréseket előidéző események olyan erősek, hogy néha szabad szemmel is megfigyelhetők, bár a Földtől több milliárd fényévnyi távolságra fordulnak elő [31] .
Még mindig nem teljesen tisztázott az a mechanizmus, amellyel ennyi energia szabadul fel ilyen rövid idő alatt, kis mennyiségben. Legvalószínűbb, hogy a rövid és hosszú gamma-kitörések esetében más a helyzet. A mai napig a GW két fő alfaja létezik: a hosszú és a rövid , amelyek spektrumai és megfigyelési megnyilvánulásai jelentős különbségeket mutatnak. Tehát a hosszú gamma-kitöréseket néha szupernóva-robbanás kíséri, de a rövideket soha. Két fő modell magyarázza ezt a kétféle kataklizmát.
A hosszú gamma-kitörések valószínűleg az Ib/c típusú szupernóvákhoz kapcsolódnak. Több esetben egy optikailag azonosított forrás, valamivel a kitörés után, a szupernóvákra jellemző spektrumokat és fénygörbéket mutatott. Ezenkívül a galaxisokkal való azonosítás eseteinek többségében aktív csillagkeletkezés jelei voltak bennük .
Nem minden Ib/c típusú szupernóva okozhat gamma-kitörést. Ezek olyan események, amelyek egy hatalmas (> 25 naptömegű) csillag magjának fekete lyukká való összeomlásával kapcsolatosak , hidrogénhéj nélkül, és amelynek nagy forgási nyomatéka van - az úgynevezett collapsar modell . A számítások szerint a mag egy része fekete lyukká változik, amelyet egy erős akkréciós korong vesz körül , amely néhány másodpercen belül beleesik a lyukba. Ezzel egyidejűleg a korong tengelye mentén relativisztikus sugarak indulnak el, amelyek áttörik a csillag héját és kitörést okoznak. Az ilyen esetek a szupernóvák teljes számának körülbelül 1%-át teszik ki (ezeket néha hipernóváknak nevezik ).
A hosszú gamma-kitörések fő modelljét Stan Woosley amerikai tudós javasolta - egy összeomlási modellt, amelyet "sikertelen szupernóvának" neveznek ( eng. failed supernova ; Woosley 1993). Ebben a modellben gamma-kitörést generál egy sugár (jet) egy hatalmas Wolf-Rayet csillag (lényegében egy normál csillag hélium vagy szén-oxigén magja) összeomlása során. Ez a modell elvileg hosszú (de nem túl hosszú) GW-ket ír le. Ezt a modellt Bogdan Paczynski lengyel tudós fejlesztette ki., aki a „ hipernova-robbanás ” kifejezést használta ( angol hypernova explosion ; Paczynski, 1998).
Ezenkívül a „ hipernóva ” kifejezést más asztrofizikusok sokkal korábban használták, más kontextusban.
A rövid gamma-kitörések mechanizmusa valószínűleg a neutroncsillagok vagy egy neutroncsillag és egy fekete lyuk egyesülésével hozható összefüggésbe. A nagy szögimpulzus miatt egy ilyen rendszer nem tud azonnal teljesen fekete lyukká válni: kialakul egy kezdeti fekete lyuk, és körülötte egy akkréciós korong. Számítások szerint az ilyen események jellemző ideje csak a másodperc töredéke, amit szuperszámítógépeken végzett szimulációk is megerősítenek [32] . Az azonosított rövid GRB-k szisztematikusan kisebb távolságra helyezkednek el, mint a hosszúak, és alacsonyabb az energiafelszabadulásuk.
A rövid gamma-kitörések leírására alkalmas modellt javasoltak S. I. Blinnikov szovjet asztrofizikusok és mások - a bináris neutroncsillagok egyesülését . [33]
Alon Retter és Shlomo Heller izraeli csillagászok azt sugallják, hogy a 2006-ban előforduló rendellenes GRB 060614 fehér lyuk volt . Alon Retter úgy véli, hogy a keletkezett fehér lyukak azonnal elpusztulnak, a folyamat az ősrobbanáshoz hasonlít , Retter és munkatársai "Small Bang"-nek ( eng. Small Bang ) nevezték el.
Magával a gamma-kitöréssel ellentétben az utánvilágítási mechanizmusok elméletileg meglehetősen fejlettek. Feltételezzük, hogy a központi objektumban valamilyen esemény elindítja egy ultrarelativisztikus táguló héj kialakulását ( 100-as nagyságrendű Lorentz-faktor γ). Az egyik modell szerint a héj barionokból áll (tömegének 10 -8 - 10 -6 naptömegnek kell lennie), a másik szerint ez egy mágnesezett áramlás, amelyben a fő energiát a Poynting-vektor adja át .
Nagyon jelentős, hogy sok esetben erős ingadozás van mind magában a gamma-sugárzásban (a műszer felbontásának nagyságrendjében - ezredmásodperc), mind a röntgen- és optikai utófényekben (másodlagos és azt követő fellángolások, az energiafelszabadulás összehasonlítható magával a kitöréssel). Ez bizonyos mértékig magyarázható több lökéshullám ütközésével a héjban, amelyek különböző sebességgel mozognak, de általában ez a jelenség komoly problémát jelent a központi gép mechanizmusának bármilyen magyarázata számára: szükséges, hogy azután az első robbanás még mindig több energiafelszabadulási epizódot tudott adni, néha akár több órán keresztül is.
Az utánvilágítást elsősorban a szinkrotron mechanizmus és esetleg a Compton visszaszórás biztosítja .
Az utófények fénygörbéi meglehetősen összetettek, mivel az íj lökéssugárzásból, a hátrafelé irányuló lökéshullámból, az esetleges szupernóva-sugárzásból stb. állnak össze, a relativisztikus sugár jelenléte javára: a γ-tényező ~-ra csökkenésekor fordul elő. 1/θ, ahol θ a sugárnyitási szög.
Boris Stern ezt írja: „Vegyünk egy mérsékelt esetet, amikor az energiafelszabadulás 10 52 erg , és a kitörés távolsága 3 parszek , 10 fényév vagy 10 19 cm – körülbelül egy tucat csillag van ilyen határokon belül tőlünk. Ilyen távolságban pillanatok alatt 10 13 erg szabadul fel a gamma-kvantumok útjába került bolygó minden egyes négyzetcentiméterén . Ez egyenértékű egy atombomba felrobbantásával az égbolt minden hektárján [1. megjegyzés] ! A légkör nem segít: bár az energia a felső rétegeiben jelenik meg, jelentős része fény formájában azonnal a felszínre ér. Nyilvánvaló, hogy a bolygó besugárzott felén minden élet azonnal kipusztul, a másik felén pedig valamivel később a másodlagos hatások miatt. Még ha 100-szor nagyobb távolságot veszünk is (ez már a galaktikus korong és több százezer csillag vastagsága), a hatás (négyzetenként egy atombomba 10 km oldallal) lesz a legkeményebb ütés, és itt már most komolyan fel kell mérnünk, mi marad életben, és van-e egyáltalán valami."
Stern úgy véli, hogy galaxisunkban átlagosan millió évente egyszer történik gamma-kitörés. A WR 104 -hez hasonló csillag gamma-kitörése intenzív ózonréteg károsodást okozhat a bolygó felében.
Valószínűleg a gamma-kitörés okozta az ordovícium-szilur kihalást körülbelül 443 millió évvel ezelőtt, amikor az élőlények fajainak 60%-a elpusztult (egyedszámát tekintve pedig jóval nagyobb arányban, hiszen csak néhány egyed elegendő a a faj túlélése). [34]
![]() | |
---|---|
Bibliográfiai katalógusokban |
A természeti katasztrófák | |
---|---|
Litoszférikus | |
légköri | |
tüzek | |
hidroszférikus | |
bioszférikus | |
magnetoszférikus | |
Tér |
A globális katasztrófák veszélyei | |||||
---|---|---|---|---|---|
Szociológiai |
| ||||
Környezeti |
| ||||
Biológiai |
| ||||
Csillagászati |
| ||||
Eszkatológiai |
| ||||
kitalált |
| ||||
Szervezetek |
| ||||
|