Қазіргі астрофизика мен космологияға үлкен қызығушылық - гамма-сәулелік жарылыстар деп аталатын құбылыстардың ерекше класы. Бірнеше ондаған жылдар бойы, әсіресе соңғы жылдары ғылым осы ауқымды ғарыштық құбылысқа қатысты бақылау деректерін жинақтауда. Оның табиғаты әлі толық ашылған жоқ, бірақ оны түсіндіретін жеткілікті түрде дәлелденген теориялық модельдер бар.
Құбылыс туралы түсінік
Гамма-сәулелену - шамамен 6∙1019 Гц жоғары жиілікті фотондар арқылы түзілетін электромагниттік спектрдің ең қиын аймағы. Гамма-сәулелердің толқын ұзындығы атомның өлшемімен салыстыруға болады, сонымен қатар бірнеше рет кішірек болуы мүмкін.
Гамма-сәулеленуі - ғарыштық гамма-сәулелердің қысқа және өте жарқын жарылуы. Оның ұзақтығы бірнеше ондаған миллисекундтардан бірнеше мың секундқа дейін болуы мүмкін; жиі тіркеледісекундқа созылатын жыпылықтайды. Жарылыстардың жарықтығы айтарлықтай болуы мүмкін, жұмсақ гамма диапазонындағы аспанның жалпы жарықтығынан жүздеген есе жоғары. Сипаттамалық энергиялар сәулелену кванты үшін бірнеше ондаған және мыңдаған килоэлектронвольтқа дейін ауытқиды.
Алаулардың көздері аспан сферасында біркелкі таралған. Олардың көздері өте алыс, миллиардтаған жарық жылындағы космологиялық қашықтықта орналасқаны дәлелденді. Жарылыстардың тағы бір ерекшелігі - олардың әртүрлі және күрделі даму профилі, басқаша жарық қисығы деп аталады. Бұл құбылысты тіркеу күн сайын дерлік орын алады.
Оқу тарихы
Бұл жаңалық 1969 жылы американдық әскери Vela спутниктерінен алынған ақпаратты өңдеу кезінде орын алды. 1967 жылы спутниктер гамма-сәулеленудің екі қысқа импульсін тіркегені белгілі болды, оны топ мүшелері ештеңемен анықтай алмады. Жыл санап мұндай шаралар көбейіп келеді. 1973 жылы Вела деректері құпиясыздандырылды және жарияланды және бұл құбылыс бойынша ғылыми зерттеулер басталды.
1970-ші жылдардың соңы мен 1980-жылдардың басында Кеңес Одағында KONUS эксперименттерінің сериясы ұзақтығы 2 секундқа дейінгі қысқа жарылыстар бар екенін анықтады, сонымен қатар гамма-сәулелену жарылыстарының кездейсоқ таралатынын дәлелдеді.
1997 жылы «соңғы жарық» феномені ашылды - ұзағырақ толқын ұзындығында жарылыстың баяу ыдырауы. Осыдан кейін ғалымдар алғаш рет оқиғаны оптикалық объектімен – өте алыстағы қызылға жылжымалы галактикамен анықтай алды.z=0, 7. Бұл құбылыстың космологиялық сипатын растауға мүмкіндік берді.
2004 жылы Swift орбиталық гамма-сәулелік обсерваториясы іске қосылды, оның көмегімен рентгендік және оптикалық сәулелену көздерімен гамма-диапазондағы оқиғаларды жылдам анықтау мүмкін болды. Қазіргі уақытта орбитада тағы бірнеше құрылғылар, соның ішінде гамма-сәулелік ғарыштық телескоп жұмыс істейді. Ферми.
Жіктеу
Қазіргі уақытта байқалған мүмкіндіктерге сүйене отырып, гамма-сәулеленудің екі түрі ажыратылады:
- Ұзын, 2 секунд немесе одан көп ұзақтығымен сипатталады. Мұндай індеттердің шамамен 70% құрайды. Олардың орташа ұзақтығы 20–30 секунд, ал GRB 130427A алауының ең көп тіркелген ұзақтығы 2 сағаттан астам болды. Мұндай ұзақ оқиғаларды (қазір олардың үшеуі бар) ультра ұзақ жарылыстардың ерекше түрі ретінде ажырату керек деген көзқарас бар.
- Қысқа. Олар тар уақыт шеңберінде дамып, өшеді - 2 секундтан аз, бірақ орташа есеппен шамамен 0,3 секундқа созылады. Әзірге рекордшы - бұл небәрі 11 миллисекундқа созылған жарқыл.
Одан әрі біз екі негізгі түрдегі GRB-тің ең ықтимал себептерін қарастырамыз.
Гипернова жаңғырығы
Астрофизиктердің көпшілігінің пікірінше, ұзақ жарылыстар өте массивті жұлдыздардың ыдырауының нәтижесі болып табылады. Массасы 30-дан асатын күн массасы бар жылдам айналатын жұлдызды сипаттайтын теориялық модель бар, ол өмірінің соңында қара құрдымды тудырады. Аккрециялық дискмұндай объект, коллапсар, жұлдыз қабықшасының қара құрдымға тез түсуіне байланысты пайда болады. Қара құрдым оны бірнеше секундта жұтады.
Нәтижесінде қуатты полярлық ультрарелятивистік газ ағындары – ағындар пайда болады. Ағындардағы заттардың ағып кету жылдамдығы жарық жылдамдығына жақын, температура және бұл аймақтағы магнит өрістері орасан зор. Мұндай ағын гамма-сәулелену ағынын тудыруға қабілетті. Бұл құбылыс «суперновалар» терминіне ұқсастығы бойынша гипернова деп аталды.
Гамма-сәулелерінің ұзақ жарылыстарының көпшілігі алыс галактикалардағы ерекше спектрі бар суперновалармен сенімді түрде сәйкестендіріледі. Олардың радио диапазонындағы бақылауы ультрарелятивистік ағындардың болуы мүмкін екенін көрсетті.
Нейтрондық жұлдыздардың соқтығысуы
Модельге сәйкес, массивтік нейтрондық жұлдыздар немесе нейтрондық жұлдыз-қара тесік жұбы біріктірілген кезде қысқа жарылыстар пайда болады. Мұндай оқиға ерекше атауға ие болды - "килон", өйткені бұл процесте бөлінетін энергия жаңа жұлдыздардың энергия бөлінуінен үш реттік шамаға асып кетуі мүмкін.
Аса массивтік құрамдастардың жұбы алдымен гравитациялық толқындарды шығаратын екілік жүйені құрайды. Нәтижесінде жүйе энергияны жоғалтады, ал оның құрамдас бөліктері спиральды траекториялар бойынша бір-біріне тез түседі. Олардың бірігуі ерекше конфигурацияның күшті магнит өрісі бар жылдам айналатын объектіні тудырады, соның арқасында қайтадан ультрарелятивистік ағындар пайда болады.
Симуляция нәтижесінде 0,3 секундта қара құрдымға түсетін аккрециялық плазмалық тороид бар қара тесік екенін көрсетеді. Аккреция нәтижесінде пайда болған ультрарелятивистік ағындардың болуы бірдей уақытқа созылады. Бақылау деректері әдетте осы үлгіге сәйкес келеді.
2017 жылдың тамыз айында LIGO және Virgo гравитациялық толқын детекторлары 130 миллион жарық жылы қашықтықтағы галактикада нейтрондық жұлдыздардың қосылуын анықтады. Килонованың сандық параметрлері модельдеу болжағандай мүлдем бірдей емес болып шықты. Бірақ гравитациялық толқын оқиғасы гамма-сәуле диапазонындағы қысқа жарылыспен, сондай-ақ инфрақызыл толқын ұзындығына дейінгі рентгендік әсерлермен қатар жүрді.
Біртүрлі жарқыл
2006 жылы 14 маусымда Свифт Гамма обсерваториясы 1,6 миллиард жарық жылы қашықтықта орналасқан аса үлкен емес галактикада ерекше оқиғаны анықтады. Оның сипаттамалары ұзақ және қысқа жыпылықтаулардың параметрлеріне сәйкес келмеді. GRB 060614 гамма-сәулеленуінің екі импульсі болды: біріншіден, ұзындығы 5 секундтан аз қатты импульс, содан кейін жұмсақ гамма-сәулелердің 100 секундтық «құйрығы». Галактикадағы супернованың белгілерін анықтау мүмкін болмады.
Жақында ғана ұқсас оқиғалар байқалды, бірақ олар шамамен 8 есе әлсіз болды. Демек, бұл гибридті өсу әлі теориялық модель шеңберіне сәйкес келмейді.
GRB 060614 аномальды гамма-сәулеленуінің шығу тегі туралы бірнеше гипотезалар болды. Ішінде-Біріншіден, біз бұл шынымен ұзақ деп болжауға болады, ал оғаш ерекшеліктер кейбір нақты жағдайларға байланысты. Екіншіден, жарқыл қысқа болды, ал оқиғаның «құйрығы» қандай да бір себептермен үлкен ұзындыққа ие болды. Үшіншіден, астрофизиктер жарылыстардың жаңа түріне тап болды деп болжауға болады.
Мүлдем экзотикалық гипотеза да бар: GRB 060614 мысалында ғалымдар «ақ тесік» деп аталатын нәрсеге тап болды. Бұл оқиға көкжиегі бар, бірақ қалыпты қара тесікке қарама-қарсы уақыт осі бойымен қозғалатын кеңістік-уақыттың гипотетикалық аймағы. Негізінде жалпы салыстырмалық теориясының теңдеулері ақ тесіктердің болуын болжайды, бірақ оларды анықтаудың алғышарттары және мұндай объектілердің қалыптасу механизмдері туралы теориялық идеялар жоқ. Сірә, романтикалық гипотезадан бас тартып, үлгілерді қайта есептеуге назар аудару керек болады.
Ықтимал қауіп
Ғаламдағы гамма-сәулелердің жарылыстары барлық жерде кездеседі және жиі кездеседі. Табиғи сұрақ туындайды: олар Жерге қауіп төндіреді ме?
Интенсивті гамма-сәулеленуді тудыруы мүмкін биосфера үшін салдарын теориялық түрде есептеді. Сонымен, 1052 эрг (бұл 1039 МДж немесе шамамен 3,3∙1038 сәйкес келеді) энергия бөлінуімен кВт/сағ) және 10 жарық жылы қашықтықта болса, жарылыстың әсері апатты болар еді. Жарты шарда Жер бетінің әрбір шаршы сантиметрінде гамма-сәулелердің түсуі бақытсыздыққа ұшырайтыны есептелген.ағын, 1013 erg немесе 1 МДж немесе 0,3 кВт/сағ энергия бөлінеді. Басқа жарты шар да қиыншылыққа ұшырамайды - барлық тірі заттар сонда өледі, бірақ сәл кейінірек қайталама әсерлерге байланысты.
Алайда мұндай қорқынышты түс бізге қауіп төндіруі екіталай: Күннің жанында мұндай құбыжық энергия бөлінетін жұлдыздар жоқ. Қара құрдымға немесе нейтрондық жұлдызға айналу тағдыры бізге жақын жұлдыздарға да қауіп төндірмейді.
Әрине, гамма-сәуленің жарылуы биосфераға және әлдеқайда үлкен қашықтықта үлкен қауіп төндіреді, алайда оның сәулеленуі изотропты түрде емес, біршама тар ағынмен таралатынын есте ұстаған жөн., және оған Жерден құлау ықтималдығы әдетте байқамағанға қарағанда әлдеқайда аз.
Оқу перспективалары
Ғарыштық гамма-сәулелердің жарылыстары жарты ғасырға жуық уақыттағы ең үлкен астрономиялық жұмбақтардың бірі болды. Қазір олар туралы білім деңгейі бақылау құралдарының (соның ішінде ғарыштық құралдардың), деректерді өңдеу мен модельдеудің қарқынды дамуына байланысты әлдеқайда жоғарылады.
Мәселен, жақын арада жарылу құбылысының шығу тегін анықтауда маңызды қадам жасалды. Ферми спутнигінен алынған мәліметтерді талдау кезінде гамма-сәулелену ультрарелятивистік ағындар протондарының жұлдызаралық газ протондарымен соқтығысуы нәтижесінде пайда болатыны анықталды және бұл процестің егжей-тегжейлері нақтыланды.
Алыстағы оқиғалардың кейінгі жарқылын Z=10 қызыл ығысумен анықталған қашықтыққа дейін галактикааралық газдың таралуын дәлірек өлшеу үшін пайдалану керек.
Бір уақыттаЖарылыстардың табиғатының көп бөлігі әлі белгісіз, сондықтан біз жаңа қызықты фактілердің пайда болуын және осы объектілерді зерттеуде одан әрі ілгерілеуді күтуіміз керек.
