Gamma staru uzliesmojumi (GRB) — cēloņi, ilgums un sekas
Uzzini visu par Gamma staru uzliesmojumiem (GRB): cēloņi, ilgums, milzīgā enerģija un iespējamās sekas — no supernovām līdz ietekmei uz dzīvību.
Gamma staru uzliesmojumi (GRB) ir ārkārtīgi enerģiski gamma staru uzliesmojumi, kas rodas attālos Visuma reģionos un kuri tiek uzskatīti par visspožākajiem zināmajiem elektromagnētiskajiem notikumiem Visumā. Tos novēro galvenokārt tālās galaktikās, un to pamatā ir ļoti jaudīgi sprādzieni, kas izstaro radiāciju plašā viļņu garumu spektrā.
Cēloņi
GRB rašanās procesi nav viennozīmīgi, bet galvenie modeļi paredz šādas scenāriju grupas:
- Ilgie (long) GRB: parasti saistīti ar masu zvaigžņu galīgo sabrukumu — strauji rotējoša, ļoti masīva zvaigzne sabrūk un veido melno caurumu, kam pievienojas relativistisku stariņu (džetu) izveide. Šis process bieži pavada supernovas eksplozijas un spēj izlaist šauru, ļoti intensīvu starojuma loku.
- Īsie (short) GRB: iespējams, rodas, kad saplūst divas kompaktas ķermeņi — piemēram, divas neitronu zvaigznes vai neitronu zvaigzne un melnais caurums. Šādas saplūšanas rada īsu, intensīvu gamma impulsu un tiek saistītas arī ar gravitācijas viļņu signāliem.
Ilgums un klasifikācija
Sprādzienu ilgums ļoti variē: tie var ilgt no milisekundēm līdz vairākām minūtēm. Parasti tiek lietota dalīšana pēc ilguma ar robežu aptuveni 2 sekundes — ārkārtīgi īsie (<2 s) un garie (>2 s). Tipisks sprādziens ilgst dažas sekundes, bet tam bieži seko ilgāks pēcreģistrs (pēcspulgs).
Pēcspulgs un viļņu garumi
Pēc sākotnējā gamma impulsu fāzes parasti novēro ilgstošu "pēcspulgu", kas var izstarot plašā spektrā: rentgena, ultravioleto, redzamo gaismu, infrasarkanos signālus un radioviļņus. Pēcspulga ilgums var svārstīties no stundām un dienām līdz nedēļām vai pat mēnešiem dažādos viļņu garumos.
Enerģētika, starojuma īpašības un attālums
GRB emisija parasti ir šauri fokusēta dēļ relativistiskām džetām (jo radiācija tiek izstarota noteiktā leņķī). Tāpēc, novērojot no Zemes, mēs redzam tikai tos notikumus, kuru džeti mērķē uz mums. Novērotais "izotropais ekvivalents" enerģijas daudzums liecina, ka tipisks GRB dažu sekunžu laikā izdala tikpat daudz enerģijas, cik Saule izstarotu 10 miljardu gadu laikā. Tomēr, ņemot vērā džetu kolimāciju, reālā izstarotā enerģija var būt mazāka.
Lielākā daļa GRB avotu atrodas miljardiem gaismas gadu attālumā no Zemes (saistība ar miljardiem gaismas gadu), kas norāda uz to ārkārtīgo enerģētiku un kosmisko mērogu.
Frekvence un izplatība
GRB notiek reti: aplēses liecina par dažiem notikumiem uz vienu galaktiku miljonu gadu laikā. Tomēr, ņemot vērā Visuma milzīgo skaitu galaktiku, kopējais novērojamo GRB skaits debesīs ir pietiekami liels, lai mūsdienīgas novērošanas ierīces tos regulāri atklātu.
Saistītie fenomeni un vietējie avoti
Visi novērotie GRB līdz šim ir radušies ārpus PienaCeļa galaktikas. Savukārt līdzīgas, bet lokālākas parādības — piemēram, daži maigie gamma reiteru uzliesmojumi — parasti ir saistīti ar magnētāriem objektiem (magnetāriem) mūsu galaktikā. Šie uzliesmojumi ir daudz mazāk enerģiski un atšķiras pēc īpašībām no kosmiskajiem GRB.
Iespējamā ietekme uz Zemi
Ir izteikti modeļi, kas paredz, ka jauns, ļoti tuvs GRB (ja tā džeti tiktu vērsta uz Zemi) var izraisīt lielas atmosfēras izmaiņas, piemēram, ozona slāņa samazināšanos un saistītas bioloģiskas sekas. Ir izteikts pieņēmums, ka gamma staru uzliesmojums Piena Ceļā varētu izraisīt masveida izmiršanu uz Zemes, taču tam nav tiešu pierādījumu un šāds gadījums nav zināms.
Novērošana un pētniecība
GRB pētījumi ietver daudzjoslu novērojumus — gamma, rentgena, optiskos un radio teleskopus, kā arī gravitācijas viļņu detektorus. Sadarbība starp instrumentiem ļauj precīzāk noteikt avotu, saprast eksplozijas mehānismu un saistīt GRB ar supernovām vai saplūstošiem kompaktiem objektiem. Pētniecība turpina attīstīties, īpaši daudzkanālu (multi-messenger) astronomijas laikmetā, kad GRB tiek pētīti kopā ar gravitācijas viļņu un neutrīno detektoru datiem.
Kopsavilkums: Gamma staru uzliesmojumi ir īslaicīgi, ārkārtīgi enerģiski sprādzieni tālā kosmosā, parasti saistīti ar supernovām vai kompaktu objektu saplūšanu. Tie rada spēcīgu gamma starojumu un daudzgarumu pēcspulgu, atrodas miljardiem gaismas gadu attālumā un, lai gan potenciāli bīstami, ir ārkārtīgi reti mūsu tuvumā.
Mākslinieka ilustrācija spilgtam gamma staru uzliesmojumam zvaigžņu veidošanās reģionā. Sprādziena enerģija tiek izstarota divās šaurās, pretēji vērstās strūklu daļās.
Vēsture
Gamma staru uzliesmojumus pirmo reizi novēroja pagājušā gadsimta 60. gadu beigās ar ASV satelītiem Vela, kas tika uzbūvēti, lai atklātu gamma starojuma impulsus, ko izstaro kosmosā izmēģināti kodolieroči.
1967. gada 2. jūlijā plkst. 14:19 UTC satelīti Vela 4 un Vela 3 konstatēja gamma starojuma uzliesmojumu, kas nebija līdzīgs nevienam zināmajam kodolieroča signātam. Neesot pārliecinātiem par notikušo, bet neuzskatot šo jautājumu par īpaši steidzamu, Los Alamosas zinātniskās laboratorijas komanda šos datus nodevusi izmeklēšanai.
Analizējot dažādos satelītos konstatētos atšķirīgos uzliesmojumu ierašanās laikus, komandai izdevās noteikt aptuvenas aplēses par sešpadsmit uzliesmojumu atrašanās vietām debesīs12-16 un galīgi izslēgt to zemes vai Saules izcelsmi. Atklājums tika publicēts 1973. gadā.
Visu BATSE misijas laikā atklāto gamma staru uzliesmojumu atrašanās vietas debesīs. Izvietojums ir nejaušs, bez koncentrācijas uz Piena Ceļa plakni, kas horizontāli šķērso attēla centru.
Garie gamma staru uzliesmojumi
Lielākā daļa novēroto notikumu ilgst vairāk nekā divas sekundes, un tos klasificē kā garus gamma staru uzliesmojumus. Tie ir pētīti daudz detalizētāk nekā to īsie analogi. Gandrīz katrs labi izpētītais garais gamma staru uzliesmojums ir saistīts ar strauji veidojošos zvaigžņu galaktiku un daudzos gadījumos arī ar kodola sabrukšanas supernovu. Tas saista garos GRB ar masīvu zvaigžņu bojāeju. Garu GRB pēcsvārstības novērojumi lielā sarkanā novirzienā (lielos attālumos) arī liecina, ka GRB rodas zvaigžņu veidošanās reģionos. Tas ir tāpēc, ka, vērojot tālās galaktikas, var atskatīties atpakaļ laikā uz galaktikām agrīnā stadijā.
Enerģētika
Tiek uzskatīts, ka gamma staru uzliesmojumi ir ļoti koncentrēti sprādzieni, kuros lielākā daļa sprādziena enerģijas atrodas šaurā relatīvisma strūklā, kas pārvietojas ar ātrumu, kas pārsniedz 99,995 % no gaismas ātruma.
Šķidruma aptuveno leņķisko platumu (t. i., izstarošanas pakāpi) var novērtēt tieši, novērojot "strūklas pārrāvumus" pēcspīdēšanas gaismas līknēs: laiks, pēc kura lēni izzūdošais pēcspīdēšana sāk pēkšņi izbalēt, jo strūkla palēninās un vairs nespēj tik efektīvi izstarot starojumu. Novērojumi liecina, ka strūklas leņķis ievērojami svārstās no 2 līdz 20 grādiem.
Tā kā to enerģija ir spēcīgi izstarota (ļoti šaura), lielākajā daļā sprādzienu izstarotie gamma stari garām Zemei un nekad netiek pamanīti. Kad gamma staru uzliesmojums ir vērsts pret Zemi, tā enerģijas koncentrēšanās relatīvi šaurā staru kūlī izraisa to, ka uzliesmojums šķiet daudz spilgtāks, nekā tas būtu, ja tā enerģija tiktu izstarota sfēriski. Ja ņem vērā šo efektu, novēro, ka tipisku gamma staru eksploziju patiesā izdalītā enerģija ir aptuveni 1044 J jeb aptuveni 1/2000 no Saules masas enerģijas ekvivalenta.
Tas ir salīdzināms ar enerģiju, kas izdalās spilgtā Ib/c tipa supernovā (dažkārt saukta par "hipernovu"). Dažu tuvāko GRB atrašanās vietā ir novērotas ļoti spilgtas supernovas.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir gamma staru uzliesmojumi?
A: Gamma staru uzliesmojumi (GRB) ir gamma staru uzplaiksnījumi, ko izraisa ārkārtīgi enerģiski sprādzieni.
J: Cik ilgi parasti ilgst GRB?
A: GRB var ilgt no milisekundes līdz vairākām minūtēm, lai gan tipisks sprādziens ilgst dažas sekundes.
J: Kāds ir lielākās daļas GRB avots?
A: Lielākā daļa GRB ir šaurs intensīva starojuma stars, kas izdalās supernovas laikā, kad milzīga strauji rotējoša zvaigzne sabrūk, veidojot melno caurumu.
J: No kurienes nāk lielākā daļa novēroto GRB?
A: Visi novērotie GRB ir radušies ārpus Piena Ceļa galaktikas.
J: Cik daudz enerģijas vidēji izdala sprādziens?
A: Tipisks sprādziens dažās sekundēs izdala tik daudz enerģijas, cik Saule izdala visā savā 10 miljardu gadu mūžā.
J: Cik reti ir GRB notikumi?
A: Tie ir ļoti reti (daži uz vienu galaktiku miljons gadu laikā).
J: Vai gamma staru uzliesmojumi mūsu galaktikā var radīt kādas briesmas?
A: Ir izteikts pieņēmums, ka gamma staru uzliesmojums Piena Ceļā varētu izraisīt masveida izmiršanu uz Zemes, taču neviens šāds gadījums nav zināms.
Meklēt