Veľký záujem modernej astrofyziky a kozmológie je špeciálna trieda javov nazývaná gama záblesky. Už niekoľko desaťročí, a najmä v posledných rokoch aktívne, veda zhromažďuje pozorovacie údaje týkajúce sa tohto rozsiahleho kozmického javu. Jeho povaha ešte nie je úplne objasnená, ale existujú dostatočne podložené teoretické modely, ktoré tvrdia, že to vysvetľujú.
Koncept fenoménu
Gamma žiarenie je najtvrdšia oblasť elektromagnetického spektra, ktorú tvoria vysokofrekvenčné fotóny s frekvenciou približne 6∙1019 Hz. Vlnové dĺžky gama lúčov môžu byť porovnateľné s veľkosťou atómu a môžu byť aj o niekoľko rádov menšie.
Záblesk gama žiarenia je krátky a mimoriadne jasný záblesk kozmického žiarenia gama. Jeho trvanie môže byť od niekoľkých desiatok milisekúnd až po niekoľko tisíc sekúnd; najčastejšie registrovanízáblesky trvajúce asi sekundu. Jas zábleskov môže byť významný, stokrát vyšší ako celkový jas oblohy v mäkkom rozsahu gama. Charakteristické energie sa pohybujú od niekoľkých desiatok do tisícok kiloelektronvoltov na kvantum žiarenia.
Zdroje erupcií sú rovnomerne rozložené po celej nebeskej sfére. Bolo dokázané, že ich zdroje sú extrémne ďaleko, v kozmologických vzdialenostiach rádovo miliárd svetelných rokov. Ďalšou črtou vzplanutí je ich rôznorodý a zložitý profil vývoja, inak známy ako svetelná krivka. Registrácia tohto javu sa vyskytuje takmer každý deň.
História štúdia
K objavu došlo v roku 1969 pri spracovávaní informácií z amerických vojenských satelitov Vela. Ukázalo sa, že v roku 1967 satelity zaznamenali dva krátke impulzy gama žiarenia, ktoré členovia tímu nedokázali s ničím identifikovať. V priebehu rokov sa počet takýchto podujatí zvýšil. V roku 1973 boli Velove údaje odtajnené a zverejnené a začal sa vedecký výskum tohto fenoménu.
Koncom 70-tych a začiatkom 80-tych rokov v Sovietskom zväze séria experimentov KONUS preukázala existenciu krátkych zábleskov s trvaním do 2 sekúnd a tiež dokázala, že záblesky gama žiarenia sú distribuované náhodne.
V roku 1997 bol objavený fenomén "dosvitu" - pomalého rozpadu vzplanutia na dlhších vlnových dĺžkach. Potom sa vedcom prvýkrát podarilo identifikovať udalosť s optickým objektom - veľmi vzdialenou galaxiou s červeným posunom.z=0, 7. To umožnilo potvrdiť kozmologickú povahu javu.
V roku 2004 bolo spustené orbitálne gama observatórium Swift, pomocou ktorého bolo možné rýchlo identifikovať udalosti v gama dosahu so zdrojmi röntgenového a optického žiarenia. V súčasnosti na obežnej dráhe funguje niekoľko ďalších zariadení, vrátane gama-ray vesmírneho teleskopu. Fermi.
Klasifikácia
V súčasnosti sa na základe pozorovaných znakov rozlišujú dva typy zábleskov gama:
- Dlhé, charakterizované trvaním 2 sekúnd alebo viac. Existuje asi 70% takýchto ohnísk. Ich priemerné trvanie je 20–30 sekúnd a maximálne zaznamenané trvanie vzplanutia GRB 130427A bolo viac ako 2 hodiny. Existuje názor, podľa ktorého by sa takéto dlhé udalosti (teraz sú tri) mali rozlišovať ako špeciálny typ ultradlhých výbuchov.
- Krátke. Vyvíjajú sa a miznú v úzkom časovom rámci - menej ako 2 sekundy, ale v priemere trvajú asi 0,3 sekundy. Rekordérom je zatiaľ záblesk, ktorý trval iba 11 milisekúnd.
Ďalej sa pozrieme na najpravdepodobnejšie príčiny GRB dvoch hlavných typov.
Hypernova echoes
Podľa väčšiny astrofyzikov sú dlhé výbuchy výsledkom kolapsu extrémne hmotných hviezd. Existuje teoretický model, ktorý popisuje rýchlo rotujúcu hviezdu s hmotnosťou viac ako 30 hmotností Slnka, z ktorej na konci života vznikne čierna diera. Akrečný disktakýto objekt, kolapsar, vzniká v dôsledku hmoty hviezdneho obalu rýchlo padajúceho na čiernu dieru. Čierna diera to pohltí za pár sekúnd.
V dôsledku toho vznikajú silné polárne ultrarelativistické výtrysky plynu – výtrysky. Rýchlosť odtoku hmoty v prúdoch je blízka rýchlosti svetla, teplota a magnetické polia v tejto oblasti sú obrovské. Takýto prúd je schopný generovať tok gama žiarenia. Tento jav bol nazvaný hypernova, analogicky s výrazom „supernova“.
Mnohé z dlhých zábleskov gama žiarenia sú celkom spoľahlivo identifikované so supernovami s nezvyčajným spektrom vo vzdialených galaxiách. Ich pozorovanie v rádiovom dosahu naznačilo možnú existenciu ultrarelativistických trysiek.
Zrážky neutrónových hviezd
Podľa modelu dochádza ku krátkym vzplanutiam, keď sa masívne neutrónové hviezdy alebo pár neutrónová hviezda-čierna diera spoja. Takáto udalosť dostala špeciálny názov - "kilon", pretože energia emitovaná v tomto procese môže prevýšiť uvoľnenie energie nových hviezd o tri rády.
Pár supermasívnych komponentov najskôr vytvorí binárny systém vyžarujúci gravitačné vlny. Výsledkom je, že systém stráca energiu a jeho komponenty rýchlo padajú na seba pozdĺž špirálových trajektórií. Ich spojením vzniká rýchlo rotujúci objekt so silným magnetickým poľom špeciálnej konfigurácie, vďaka čomu opäť vznikajú ultrarelativistické výtrysky.
Simulácia ukazuje, že výsledkom je čierna diera s akrečným plazmovým toroidom dopadajúcim na čiernu dieru za 0,3 sekundy. Existencia ultrarelativistických prúdov generovaných narastaním trvá rovnako dlho. Údaje z pozorovania sú vo všeobecnosti v súlade s týmto modelom.
V auguste 2017 detekovali detektory gravitačných vĺn LIGO a Virgo zlúčenie neutrónových hviezd v galaxii vzdialenej 130 miliónov svetelných rokov. Numerické parametre kilonov sa ukázali byť nie úplne rovnaké, ako predpovedá simulácia. Udalosť gravitačných vĺn však sprevádzal krátky záblesk v oblasti gama žiarenia, ako aj efekty v röntgenových až infračervených vlnových dĺžkach.
Podivný záblesk
14. júna 2006 zaznamenalo observatórium Swift Gamma observatórium nezvyčajnú udalosť v nie príliš masívnej galaxii vzdialenej 1,6 miliardy svetelných rokov. Jeho charakteristika nezodpovedala parametrom dlhých aj krátkych zábleskov. Záblesk gama žiarenia GRB 060614 mal dva impulzy: prvý, tvrdý impulz kratší ako 5 sekúnd, a potom 100-sekundový „chvost“jemnejších gama lúčov. Známky supernovy v galaxii sa nepodarilo zistiť.
Nie je to tak dávno, čo už boli podobné udalosti pozorované, ale boli asi 8-krát slabšie. Takže tento hybridný nárast ešte nezapadá do rámca teoretického modelu.
Existuje niekoľko hypotéz o pôvode anomálneho vzplanutia gama žiarenia GRB 060614. v-Po prvé, môžeme predpokladať, že je naozaj dlhý a zvláštne črty sú spôsobené niektorými špecifickými okolnosťami. Po druhé, záblesk bol krátky a „chvost“udalosti z nejakého dôvodu nadobudol veľkú dĺžku. Po tretie, možno predpokladať, že astrofyzici sa stretli s novým typom výbuchov.
Existuje aj úplne exotická hypotéza: na príklade GRB 060614 vedci narazili na takzvanú „bielu dieru“. Toto je hypotetická oblasť časopriestoru, ktorá má horizont udalostí, ale pohybuje sa pozdĺž časovej osi oproti normálnej čiernej diere. V zásade rovnice všeobecnej teórie relativity predpovedajú existenciu bielych dier, ale neexistujú žiadne predpoklady na ich identifikáciu a žiadne teoretické predstavy o mechanizmoch vzniku takýchto objektov. S najväčšou pravdepodobnosťou bude potrebné opustiť romantickú hypotézu a zamerať sa na prepočítavanie modelov.
Potenciálne nebezpečenstvo
Záblesky gama vo vesmíre sú všadeprítomné a vyskytujú sa pomerne často. Vynára sa prirodzená otázka: predstavujú nebezpečenstvo pre Zem?
Teoreticky vypočítané dôsledky pre biosféru, ktoré môže spôsobiť intenzívne gama žiarenie. Takže pri uvoľnení energie 1052 erg (čo zodpovedá 1039 MJ alebo približne 3,3∙1038 kWh) a vzdialenosť 10 svetelných rokov by bol účinok výbuchu katastrofálny. Vypočítalo sa, že na každom štvorcovom centimetri zemského povrchu na pologuli, ktorý by mal tú smolu zasiahnuť gama lúčeprietoku, uvoľní sa 1013 erg alebo 1 MJ alebo 0,3 kWh energie. Ani druhá hemisféra nebude mať problémy – všetko živé tam zahynie, ale o niečo neskôr, kvôli sekundárnym účinkom.
Je nepravdepodobné, že by nás takáto nočná mora ohrozila: v blízkosti Slnka jednoducho neexistujú žiadne hviezdy, ktoré by mohli poskytnúť také monštruózne uvoľnenie energie. Osud stať sa čiernou dierou alebo neutrónovou hviezdou neohrozuje ani hviezdy blízko nás.
Samozrejme, gama záblesk by predstavoval vážnu hrozbu pre biosféru a na oveľa väčšiu vzdialenosť, avšak treba mať na pamäti, že jeho žiarenie sa nešíri izotropne, ale v dosť úzkom prúde, a pravdepodobnosť pádu do nej zo Zeme je oveľa menšia, než si vo všeobecnosti nevšimnúť.
Perspektívy učenia
Kozmické záblesky gama žiarenia sú jednou z najväčších astronomických záhad už takmer pol storočia. Teraz je úroveň vedomostí o nich oveľa pokročilejšia vďaka rýchlemu vývoju pozorovacích nástrojov (vrátane vesmírnych), spracovania údajov a modelovania.
Nie je to tak dávno, čo sa napríklad urobil dôležitý krok pri objasňovaní pôvodu fenoménu výbuchu. Pri analýze údajov z družice Fermi sa zistilo, že gama žiarenie vzniká zrážkami protónov ultrarelativistických výtryskov s protónmi medzihviezdneho plynu a podrobnosti tohto procesu boli spresnené.
Údajne má využívať dosvit vzdialených udalostí na presnejšie merania distribúcie medzigalaktického plynu až do vzdialeností určených červeným posunom Z=10.
V rovnakom časeVeľa z povahy výbuchov je stále neznámych a mali by sme počkať na objavenie sa nových zaujímavých faktov a ďalší pokrok v štúdiu týchto objektov.
