علاقه زیادی برای اخترفیزیک و کیهان شناسی مدرن طبقه خاصی از پدیده ها به نام انفجار پرتو گاما است. برای چندین دهه، و به ویژه در سال های اخیر، علم در حال جمع آوری داده های رصدی در مورد این پدیده کیهانی در مقیاس بزرگ است. ماهیت آن هنوز به طور کامل روشن نشده است، اما مدل های نظری به اندازه کافی اثبات شده وجود دارد که مدعی توضیح آن هستند.
مفهوم پدیده
تابش گاما سخت‌ترین ناحیه طیف الکترومغناطیسی است که توسط فوتون‌های فرکانس بالا از تقریباً ۶∙1019 هرتز تشکیل شده است. طول موج پرتوهای گاما می تواند با اندازه یک اتم قابل مقایسه باشد و همچنین می تواند چندین مرتبه کوچکتر باشد.
انفجار پرتو گاما یک انفجار کوتاه و بسیار درخشان از پرتوهای گامای کیهانی است. مدت آن می تواند از چند ده میلی ثانیه تا چند هزار ثانیه باشد. اغلب ثبت نام می شودچشمک زدن به مدت یک ثانیه روشنایی انفجارها می تواند قابل توجه باشد، صدها برابر بیشتر از روشنایی کل آسمان در محدوده گامای نرم. انرژی های مشخصه از چند ده تا هزاران کیلوالکترون ولت در هر کوانتوم تابشی متغیر است.
منابع شراره ها به طور مساوی در کره آسمانی توزیع شده اند. ثابت شده است که منابع آنها بسیار دور هستند، در فواصل کیهانی در حد میلیاردها سال نوری. یکی دیگر از ویژگی های انفجارها، مشخصات توسعه متنوع و پیچیده آنهاست که به عنوان منحنی نور شناخته می شود. ثبت این پدیده تقریبا هر روز اتفاق می افتد.
سابقه مطالعه
این کشف در سال 1969 هنگام پردازش اطلاعات از ماهواره های نظامی آمریکایی Vela رخ داد. مشخص شد که در سال 1967، ماهواره ها دو پالس کوتاه از تابش گاما را ثبت کردند که اعضای تیم نتوانستند آن را با چیزی شناسایی کنند. با گذشت سالها، تعداد چنین رویدادهایی افزایش یافته است. در سال 1973، داده های ولا از طبقه بندی خارج و منتشر شد و تحقیقات علمی در مورد این پدیده آغاز شد.
در اواخر دهه 1970 و اوایل دهه 1980 در اتحاد جماهیر شوروی، مجموعه ای از آزمایشات KONUS وجود انفجارهای کوتاه تا 2 ثانیه را ثابت کرد و همچنین ثابت کرد که انفجارهای تابش گاما به طور تصادفی توزیع می شوند.
در سال 1997، پدیده "افترلو" کشف شد - فروپاشی آهسته انفجار در طول موج های طولانی تر. پس از آن، دانشمندان برای اولین بار موفق شدند این رویداد را با یک جسم نوری - یک کهکشان انتقال به سرخ بسیار دور - شناسایی کنند.z=0, 7. این امر تأیید ماهیت کیهانی این پدیده را ممکن کرد.
در سال 2004، رصدخانه پرتو گامای مداری سویفت راه اندازی شد، که با کمک آن امکان شناسایی سریع رویدادهای برد گاما با پرتوهای ایکس و منابع تابش نوری فراهم شد. در حال حاضر چندین دستگاه دیگر از جمله تلسکوپ فضایی پرتو گاما در مدار کار می کنند. فرمی.
طبقه بندی
در حال حاضر، بر اساس ویژگی های مشاهده شده، دو نوع انفجار پرتو گاما متمایز می شود:
- طولانی که با مدت زمان ۲ ثانیه یا بیشتر مشخص می شود. حدود 70 درصد از این نوع شیوع وجود دارد. میانگین مدت زمان آنها 20 تا 30 ثانیه است و حداکثر مدت زمان ثبت شده GRB 130427A بیش از 2 ساعت بود. یک دیدگاه وجود دارد که بر اساس آن چنین رویدادهای طولانی (اکنون سه مورد از آنها وجود دارد) باید به عنوان نوع خاصی از انفجارهای فوق طولانی تشخیص داده شوند.
- کوتاه. آنها در یک چارچوب زمانی باریک - کمتر از 2 ثانیه - رشد می کنند و محو می شوند، اما به طور متوسط حدود 0.3 ثانیه طول می کشند. رکورددار تا کنون فلاش است که تنها 11 میلی ثانیه دوام آورده است.
بعد، محتمل ترین علل GRBs از دو نوع اصلی را بررسی خواهیم کرد.
پژواک هایپرنووا
به گفته اکثر اخترفیزیکدانان، انفجارهای طولانی نتیجه فروپاشی ستارگان بسیار پرجرم است. یک مدل نظری وجود دارد که یک ستاره به سرعت در حال چرخش با جرم بیش از 30 جرم خورشیدی را توصیف می کند که در پایان عمرش باعث ایجاد یک سیاهچاله می شود. دیسک برافزایشچنین جسمی، یک فروپاشی، به دلیل افتادن سریع پوشش ستاره ای بر روی سیاهچاله به وجود می آید. سیاهچاله آن را در چند ثانیه می بلعد.
در نتیجه، جت‌های گاز فوق‌نسبیتی قطبی قدرتمند تشکیل می‌شوند - جت‌ها. سرعت خروج ماده در جت ها نزدیک به سرعت نور است، دما و میدان های مغناطیسی در این منطقه بسیار زیاد است. چنین جت قادر به تولید شار تابش گاما است. این پدیده در قیاس با اصطلاح "ابر نواختر" یک ابرنواختر نامیده شد.
بسیاری از انفجارهای طولانی پرتوهای گاما کاملاً قابل اعتماد با ابرنواخترهایی با طیف غیرمعمول در کهکشان های دور شناسایی شده اند. مشاهدات آنها در محدوده رادیویی وجود احتمالی جت های فرانسبیتی را نشان داد.
برخورد ستاره نوترونی
طبق مدل، انفجارهای کوتاه زمانی رخ می دهد که ستاره های نوترونی عظیم یا یک جفت ستاره نوترونی-سیاهچاله با هم ادغام شوند. چنین رویدادی نام ویژه ای دریافت کرده است - "کیلون"، زیرا انرژی ساطع شده در این فرآیند می تواند تا سه مرتبه قدر از آزاد شدن انرژی ستاره های جدید فراتر رود.
یک جفت اجزای بسیار پرجرم ابتدا یک سیستم دوتایی را تشکیل می دهد که امواج گرانشی ساطع می کند. در نتیجه، سیستم انرژی خود را از دست می دهد و اجزای آن در طول مسیرهای مارپیچی به سرعت روی یکدیگر می افتند. ادغام آنها یک جسم به سرعت در حال چرخش با یک میدان مغناطیسی قوی با یک پیکربندی خاص ایجاد می کند که به دلیل آن، دوباره جت های فوق نسبیتی تشکیل می شوند.
شبیه سازی نشان می دهد که نتیجه یک سیاهچاله با یک حلقه پلاسمای برافزایشی است که در 0.3 ثانیه روی سیاهچاله می افتد. وجود جت های فرانسبیتی تولید شده توسط برافزایش به همان میزان طول می کشد. داده های مشاهده ای به طور کلی با این مدل سازگار است.
در آگوست ۲۰۱۷، آشکارسازهای امواج گرانشی LIGO و Virgo یک ستاره نوترونی را در کهکشانی در فاصله ۱۳۰ میلیون سال نوری از ما شناسایی کردند. مشخص شد که پارامترهای عددی کیلونوا با پیش‌بینی شبیه‌سازی یکسان نیستند. اما رویداد موج گرانشی با یک انفجار کوتاه در محدوده پرتو گاما و همچنین اثراتی در طول موج اشعه ایکس تا مادون قرمز همراه بود.
فلاش عجیب
در 14 ژوئن 2006، رصدخانه سوئیفت گاما یک رویداد غیرعادی را در یک کهکشان نه چندان بزرگ که در فاصله 1.6 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد، شناسایی کرد. ویژگی های آن با پارامترهای فلاش های بلند و کوتاه مطابقت نداشت. انفجار پرتو گاما GRB 060614 دو پالس داشت: اول، یک پالس سخت با طول کمتر از 5 ثانیه، و سپس یک "دم" 100 ثانیه ای از پرتوهای گامای نرم تر. نشانه‌های یک ابرنواختر در کهکشان قابل شناسایی نیست.
نه چندان دور پیش از این رویدادهای مشابهی مشاهده شده بود، اما حدود 8 برابر ضعیف‌تر بودند. بنابراین این موج هیبریدی هنوز در چارچوب مدل نظری قرار نمی گیرد.
فرضیه های متعددی در مورد منشا انفجار غیرعادی اشعه گاما GRB 060614 وجود دارد. که در-اولاً، می توان فرض کرد که واقعا طولانی است و ویژگی های عجیب و غریب به دلیل برخی شرایط خاص است. ثانیا، فلاش کوتاه بود و "دم" رویداد به دلایلی طول زیادی به دست آورد. ثالثاً، می توان فرض کرد که اخترفیزیکدانان با نوع جدیدی از انفجارها مواجه شده اند.
همچنین یک فرضیه کاملاً عجیب و غریب وجود دارد: به عنوان مثال GRB 060614، دانشمندان با به اصطلاح "سفیدچاله" روبرو شدند. این یک منطقه فرضی از فضا-زمان است که دارای افق رویداد است، اما در امتداد محور زمانی مخالف یک سیاهچاله معمولی حرکت می کند. اصولاً معادلات نظریه نسبیت عام وجود سفیدچاله ها را پیش بینی می کند، اما هیچ پیش نیازی برای شناسایی آنها وجود ندارد و هیچ ایده نظری در مورد مکانیسم های تشکیل چنین اجرامی وجود ندارد. به احتمال زیاد، فرضیه عاشقانه باید کنار گذاشته شود و روی محاسبه مجدد مدل ها تمرکز شود.
خطر احتمالی
انفجارهای پرتو گاما در کیهان همه جا وجود دارد و اغلب اتفاق می افتد. یک سوال طبیعی مطرح می شود: آیا آنها برای زمین خطری دارند؟
به لحاظ نظری عواقب زیست کره را محاسبه کرد که می تواند باعث تشعشعات گامای شدید شود. بنابراین، با آزادسازی انرژی 1052 erg (که مطابق با 1039 MJ یا حدود 3.3∙1038 است. کیلووات ساعت) و فاصله 10 سال نوری، اثر انفجار فاجعه بار خواهد بود. محاسبه شده است که در هر سانتی‌متر مربع از سطح زمین در نیمکره، این بدبختی با اشعه گاما برخورد می‌کند.جریان، 1013 erg یا 1 MJ یا 0.3 کیلووات ساعت انرژی آزاد می شود. نیمکره دیگر نیز مشکلی نخواهد داشت - همه موجودات زنده در آنجا خواهند مرد، اما کمی دیرتر، به دلیل اثرات ثانویه.
با این حال، بعید است که چنین کابوسی ما را تهدید کند: به سادگی هیچ ستاره ای در نزدیکی خورشید وجود ندارد که بتواند چنین رهاسازی انرژی هیولایی ایجاد کند. سرنوشت تبدیل شدن به سیاهچاله یا ستاره نوترونی ستارگان نزدیک ما را نیز تهدید نمی کند.
البته، انفجار پرتو گاما تهدیدی جدی برای زیست کره و در فاصله بسیار بیشتر است، با این حال، باید در نظر داشت که تابش آن به صورت همسانگرد منتشر نمی شود، بلکه در یک جریان نسبتاً باریک منتشر می شود. و احتمال افتادن از زمین به داخل آن بسیار کمتر از چیزی است که به طور کلی متوجه نشده اید.
چشم انداز یادگیری
انفجارهای پرتو گامای کیهانی یکی از بزرگترین اسرار نجومی برای تقریباً نیم قرن است. اکنون سطح دانش در مورد آنها به دلیل توسعه سریع ابزارهای رصدی (از جمله ابزارهای فضایی)، پردازش داده ها و مدل سازی بسیار پیشرفته است.
برای مثال، چندی پیش گام مهمی در روشن کردن منشأ پدیده انفجار برداشته شد. هنگام تجزیه و تحلیل داده‌های ماهواره فرمی، مشخص شد که تشعشعات گاما از برخورد پروتون‌های جت‌های فرانسبیتی با پروتون‌های گاز بین‌ستاره‌ای ایجاد می‌شود و جزئیات این فرآیند تصفیه شد.
قرار است برای اندازه‌گیری دقیق‌تر توزیع گاز بین کهکشانی تا فواصل تعیین‌شده با انتقال به سرخ Z=10 از پس‌تابش رویدادهای دور استفاده شود.
همزمانبسیاری از ماهیت انفجارها هنوز ناشناخته است، و باید منتظر ظهور حقایق جالب جدید و پیشرفت بیشتر در مطالعه این اشیاء باشیم.
