Astronomiya

Niyə qalaktikamızda heç bir qamma-şüa patlaması aşkar edilməyib?

Niyə qalaktikamızda heç bir qamma-şüa patlaması aşkar edilməyib?

Vikipediyadan və digər saytlardan Samanyolu'nda aşkarlanan GRB olmadığını gördüm. Kimsə bunun üçün mümkün bir səbəb verə bilərmi? Samanyolu qalaktikasında niyə GRB aşkar olunmayıb?


Bütün qamma şüaları partlamaları son dərəcə enerjili hadisələri əhatə edir: xüsusi supernova növləri, ikili kompakt cisimlərin birləşməsi, güclü maqnit alovları və ya gelgit pozulması hadisələri. Bu hadisələrin olduqca nadir olduğu ortaya çıxır - əslində o qədər nadirdir ki, GRB-lərin az qırmızı sürüşməli Samanyolu bənzər bir qalaktikada hər bir neçə milyon və ya on milyonlarla ildə yalnız bir nisbətdə meydana gəlməsi gözlənilir (Zhang & Meszaros 2003). Samanyolu yoğun bir ulduz meydana gəlməsi dövrü keçirsə, daha kütləvi ulduzlar və bu səbəbdən daha çox supernova meydana gətirərdisə, bu nisbət yüksələcəkdi, amma yenə də əhəmiyyətli deyil. Nəzərə alın ki, Qalaktik fövqəlnövlər sürəti, məsələn, əsrdə yalnız bir neçə supernova olduğuna inanılır və fövqəladə əksəriyyətin gamma-şüa partlamasına səbəb olmur.

Bir neçə səbəbə görə bir çox xarici xarici GRB-ni bilirik. Çox sayda qalaktikanı müşahidə etməyimizə kömək edir (partlayışların nə qədər parlaq olduğu sayəsində) və milyonlarla Samanyolu bənzər qalaktikalara baxa bilsəydik, aşkar edə bilsəydik, təəccüblü olmazdı $ sim $İldə 1 hadisə. (Ulduz meydana gəlməsinin qırmızı sürətə çatmasının üstünlüyü də var $ z sim2 $və buna görə də yüksək sürüşməli obyektlərin daha çox GRB istehsal etməsi ehtimalı daha yüksək olacaqdır!)


Milli Aviasiya və Kosmik İdarə

Qamma şüalarının partlamasına səbəb nədir? İlk partlayış təxminən 50 il əvvəl aşkar edildi və mənşəyini əhatə edən sirr mövcud olaraq davam edir. Bilirik ki, qamma şüaları kainatda baş verən ən enerjili hadisələrdir!

Bir qamma şüasının (və ya GRB) nə olduğunu başa düşmək üçün əvvəlcə qamma şüalarının bir növ işıq olduğunu anlamalısınız. Əslində, qamma şüaları bilinən ən enerjili işıq formasıdır. İşıq elektromaqnit şüalanma deyilən bir enerji formasıdır. Elektromaqnit şüalanma foton adlanan kiçik enerji paketlərində olur. Fotonlar geniş bir enerjiyə malikdir. Elektromaqnit şüalanma fotonların enerji miqdarına görə bir düzülüşdə yerləşdirilə bilər. Bu nizamlı tənzimləmə elektromaqnit spektri olaraq bilinir.

Spektrin az enerjili ucunda radio dalğalarına rast gəlirik. Çox uzun bir dalğa boyu var. Spektrin yüksək enerjili ucunda qamma şüalarına rast gəlirik. Çox qısa bir dalğa uzunluğuna sahibdirlər. Elektromaqnit dalğaları üçün dalğa uzunluğu ilə enerji arasındakı əlaqə tərs bir əlaqədir. Dalğa boyu nə qədər qısadırsa, enerji o qədər böyükdür, dalğa uzunluğu da o qədər az olur. İnsanlar spektrin aşağı və yüksək enerjili uclarında işıq formalarını görə bilmirlər. Yalnız spektrin görünən aralığına düşən işığı görə bilərik. Görünən işıq spektrin ortasındadır və bütün spektrin enerji aralığının çox az bir hissəsini təşkil edir.

Bir astronom Kainatı yalnız görünən spektr diapazonunda araşdırsaydı, hadisələrin böyük əksəriyyəti müşahidə olunmayacaqdı. Ulduz doğum və ulduz ölümü kimi kosmoloji hadisələr bütün elektromaqnit spektrində meydana gələn fotonları yayır. Xeyli texnoloji inkişaf sayəsində astronomlar Kainatı radio dalğalarında, qamma şüalarında və aralarındakı bütün enerjilərdə görmə qabiliyyətinə sahibdirlər. Uzaq kvazarları ilk dəfə onların buraxdıqları radio dalğaları aşkar etdi. Qalaktik toz infraqırmızı diapazonda, Günəş kimi adi ulduzlardan gələn işıq isə görünən və ultrabənövşəyi aralıqda müşahidə edilə bilər. Son dərəcə isti bir qazın yaydığı rentgen şüaları ilə müşahidə edilə bilər. Spektrin qamma şüaları aralığındakı müşahidələr çox enerjili bir Kainatı ortaya qoyur. Bazar kimi enerjili fenomenlər (hadisələrin üfüqünə yaxın ərazidə partlayan hissəciklər axınları olan bir supermassive qara dəlikdən ibarətdir), günəş alovları və supernova partlayışlarında yaradılan atom nüvələrinin radioaktiv çürüməsi gamma şüaları yaradır.

Bəs qamma şüası partlaması nədir? Gündə ən azı bir dəfə göy dərin kosmosdan gələn möhtəşəm bir qamma şüası ilə işıq saçır (unutmayın: qamma şüaları elektromaqnit spektrinin görünən aralığında olmadığına görə hadisələrdən xəbərdar deyilik). Bu qamma şüalarının parlaqlığı Kainatdakı bütün digər qamma şüaları mənbələrini müvəqqəti aşa bilər. Qama-şüa partlayışları, Günəşin bütün 10 milyard illik ömrü boyunca buraxacağından 10 saniyədə daha çox enerji çıxara bilər. Burst saniyənin bir hissəsindən min saniyədən çox davam edə bilər. Patlamanın baş verəcəyi vaxt və hansı istiqamətdən gələcəyi proqnozlaşdırıla bilməz.

Bu kitabça ilk dəfə 2000-ci ildə nəşr olunduqda, bu işıqların dəqiq səbəbi məlum deyildi. O vaxt astronomlar müşahidə edilən partlamaların Samanyolu Qalaktikasının xaricindən gəldiyini müəyyənləşdirmişdilər və гамма-şüalanmanın burada, Samanyolu'nda, təxminən bir neçə milyon ildə bir dəfə meydana gələcəyinə inanırdılar.

İlk gamma-şüa partlayışları, elm adamları 1960-cı illərin Soyuq Müharibə dövründə Nüvə Sınaqlarının Qadağan edilməsi Müqaviləsinin pozulmasını axtararkən aşkar edildi. Müqavilənin uyğunluğunu izləmək üçün istifadə olunan bir neçə peyk, saniyələrdə saydıqları qamma şüalarının sayında böyük bir artım olduğunu təsbit etdi. Gamma şüalarının Yer və # 146 atmosferində partlayan nüvə bombasından deyil, kosmosdan gəldiyi müəyyən edildi. Ray Klebesadel və Nyu-Meksiko’dakı Los Alamos Milli Laboratoriyasındakı həmkarları, 1967-ci ilə qədər gedən məlumatlarda bu partlamaları tapsalar da, kəşfləri 1973-cü ilə qədər dünyaya bildirilmədi.

NASA & # 146s Compton Gamma-Ray Rəsədxanası və Hubble Kosmik Teleskopu və ESA & # 146s BeppoSAX kimi peyklər, GRB-lərin sirrini həll etmək üçün bizə dəyərli məlumatlar verdi. Ancaq bu peyklərin məhdudiyyətləri var idi. Bir məhdudiyyət ondan ibarət idi ki, bir partlayış aşkar edildikdə, partlayışla üzləşmək və məlumat toplamaq üçün peykin yerini dəyişdirmək çox uzun çəkdi. Peyklər müşahidələr apara biləcəkləri elektromaqnit spektrinin diapazonu ilə də məhdud idi. 1999-cu ildə elm adamları, yalnız böyük bir planlaşdırma, əməkdaşlıq və uğurlar nəticəsində meydana gələn partlayış baş verdikcə partlayışa qarşı optik bir həmkarını müşahidə edə bildilər. 23 yanvar 1999-cu il tarixində bir patlama başladıqdan sonra 4 saniyə ərzində bir elm adamı şəbəkəsinə partlayışın davam etdiyi bildirildi. Compton Gamma-Ray Rəsədxanası, BeppoSAX, İnternet və xüsusi bir robot əsaslı teleskop sayəsində elm adamları partlamanı başdan sona qədər çox dalğa uzunluğunda izləyə bildilər. 10 milyon milyard Günəşin optik parlaqlığına sahib idi ki, bu da qamma şüalarının parlaqlığının yalnız mində biri idi!

Qamma şüalarının patlamasının mümkün səbəblərini aradan qaldıran bir neçə aparıcı nəzəriyyə hazırlanmışdır. Bir izah, qarşıdurma neytron ulduzlarının nəticəsi olduqlarını irəli sürdü. Neytron ulduzları həyat dövrlərinin sonuna çatmış kütləvi ulduzların (Günəşimizin kütləsindən 5 ilə 10 qat) cəsədləridir. Son dərəcə sıxdırlar. Diametri cəmi 20 kilometr ola bilsə də, kütləsi Günəşdən təxminən 1,4 dəfə çoxdur. İkinci bir nəzəriyyə, qamma şüalarının partlamalarının neytron ulduzu ilə qara dəlik arasında və ya iki qara dəlik arasında birləşməsinin nəticəsi olduğunu irəli sürdü. Qara dəliklər supermassive (Günəşimizin kütləsinin 20 qatından çox) ulduzların ölməsi ilə nəticələnir. Üçüncü bir nəzəriyyə гамма-şüalanma partlayışlarının, hipernovanın nəticəsi olaraq dünyaya işığın sürətində atəş nəticəsində meydana gəldiyini bildirdi. Hipernova partlaması, supermassive ulduzların ən böyüyü ömrünün sonuna gəldikdə və qara deşiklər meydana gətirmək üçün çökəndə meydana gələ bilər. Hypernova partlayışları supernova partlayışlarından ən azı 100 qat daha güclü ola bilər.

Kainatı çoxsaylı dalğa boylarında öyrənmə qabiliyyətinə sahib olan Swift, 2004-cü ildə buraxıldı. Peyk uyğun olaraq adlandırıldı, çünki bir partlayış aşkar edildikdən sonra 50 saniyə ərzində qamma şüası mənbəyinə dönə bilər. Elektromaqnit spektrinin optik, ultrabənövşəyi, rentgen və qamma-şüa diapazonlarında partlayışın eyni vaxtda müşahidələri nəticəsində alimlər qamma-şüa partlayışlarını əhatə edən bir çox sualları cavablandırmağa başladılar. 2008-ci ildə Fermi Gamma-Ray Kosmik Teleskopu işə salındı ​​və alimlərə gamma-şüalarının partlaması sirri barədə əlavə məlumat verdi.

Son vaxtlara qədər qamma şüaları yüksək enerjili astronomiyanın ən böyük sirri adlandırıla bilər. Ancaq bu gün Swift və Fermi kimi son peyklərdən alınan dəlillər bir qamma şüası partlamasının arxasındakı enerjinin maddənin qara dəliyə çökməsindən qaynaqlandığını göstərir. Bununla birlikdə, çökmə növü qamma-şüalanma növündən asılıdır.

Astronomlar partlamaların sayına və nə qədər davam etdiklərinə baxdıqda iki fərqli partlayış sinifini tapdılar: uzun müddətli və qısa müddətli. Bu iki sinif, ehtimal ki, fərqli proseslər tərəfindən yaradılmışdır, lakin hər iki halda da son nəticə tamamilə yeni bir qara dəlikdir.


Compton Gamma-ray Teleskopunda BATSE aləti tərəfindən müşahidə olunan qamma şüaları üçün partlayışların sayına qarşı zaman qrafiki.

Uzun müddətli partlayışlar orta hesabla 30 saniyə olmaqla 2 saniyədən bir neçə yüz saniyəyə (bir neçə dəqiqə) qədər davam edir. Bunlar supernovalarda kütləvi ulduzların ölümü ilə əlaqələndirilir, lakin hər supernovada qamma şüası əmələ gəlmir.

Qısamüddətli partlayışlar, bir neçə milisaniyədən 2 saniyəyə qədər davam edən 2 saniyədən az davam edən və ortalama müddəti təxminən 0,3 saniyə (və ya 300 milisaniyədə) olanlardır. Bu partlayışlar iki neytron ulduzunun yeni bir qara dəliyə və ya daha böyük bir qara dəlik meydana gətirmək üçün qara dəlikli bir neytron ulduzuna birləşməsi ilə əlaqəli görünür.

Son 50 ildə elm adamını əziyyət çəkən bu müasir elm sirri indi demək olar ki, həll edilmişdir.


Niyə qalaktikamızda heç bir qamma-şüa patlaması aşkar edilməyib? - Astronomiya

Astronomiyanın ən təəccüblü sirlərindən biri də ani, güclü qamma şüalarının partlayış mənbəyidir. Compton Rəsədxanası ümumiyyətlə gündə bir partlayış aşkarlayır. Burstlər müddəti ilə çox fərqlənir və istənilən istiqamətdən təsadüfi görünür. Onların təkrarlanması məlum deyil.

Çox təəccüblüdür ki, bir partlama söndükdən sonra heç bir iz qalmır. Hələ bilinən bir obyekt heç bir qamma şüası partlaması ilə əlaqələndirilməyib.

Möhtəşəm bir kəşf

Gamma-şüaları ilk dəfə təsadüfən 1967-ci ildə Vela peykləri tərəfindən qeydə alınıb. Bu peyklər, nağıl partlayışlarından çıxan x-şüaları və ya qamma şüalarını axtararaq gizli nüvə sınaqlarını axtarmaq üçün hazırlanmışdır. Ancaq peykin dərin kosmosdan kəşf edildiyi qamma şüaları.

Astronomların partlayış yerlərini bilinən ulduzlarla və ya qalaktikalarla əlaqələndirmələri gözlənilirdi. Ancaq bir çox fərqli teleskopun apardığı çoxsaylı müşahidələrə baxmayaraq, bu günə qədər belə bir identifikasiya edilməmişdir.

BATSE daxil edin

Qəribə Ulduzlar və ya Kosmik Toqquşmalar?

Patlamaların paylanmasını və mənşəyini izah etmək üçün bir çox nəzəriyyə irəli sürülmüşdür, lakin heç biri partlamaların yaratdığı bütün suallara cavab vermir. Bəzi elm adamları partlayış mənbələrinin nisbətən yaxın olduğunu, bəziləri isə bilinən kainatın ən uzaq obyektlərindən olduğunu söyləyirlər.

Gamma-şüa partlayışları nisbətən yaxınlıqdan, bəlkə də öz Süd Yolu qalaktikamızı əhatə edə biləcək neytron ulduzlarının sferik “buludundan” gələ bilər.

(Milli Hava və Kosmik Muzeyinin izni ilə)

Digər nəzəriyyələr, partlayışların müşahidə edilə bilən kainatın xarici hissələrindən, bəlkə də neytron ulduzları ilə qara dəliklər arasındakı şiddətli toqquşmalardan qaynaqlandığını irəli sürür.

(R. Windhorst (ASU) və NASA-nın izni ilə)


Niyə qalaktikamızda heç bir qamma-şüa patlaması aşkar edilməyib? - Astronomiya

Universitet alimləri, kosmik qamma şüalarının partlamasının, bir çox astronomun inandığı kimi, kainatın kənarından deyil, Samanyolu - öz qalaktikamızdan qaynaqlandığına dair yeni sübutlar tapdılar. Enrico Fermi İnstitutunun Araşdırma Elmçisi Jean Quashnock və Astronomiya və Astrofizika üzrə professor Don Lamb, nəticələrini Royal Astronomical Society's Decth & # 46 15 tarixində Monthly Notices-da dərc olunan iki məqalədə elan etdilər.

25 ildir ki, alimlər son dərəcə yüksək enerji radiasiyasının bu sirli partlamalarını müşahidə edirlər. Ancaq partlayışlar çox qısa olduğu üçün - bir saniyədən az bir müddətlə bir neçə dəqiqəyə qədər - təsadüfi göründüyünə görə heç kim bunların səbəbini, hətta nə qədər uzaq olduqlarını təyin edə bilmədi. Lamb, heç vaxt eyni yerdə iki dəfə görünmədiklərini söylədi. "Onların nə vaxt olacağını və harada olacağını bilmirdin və ikinci bir şans əldə etmədin."

Elm adamları partlamaların kosmoloji - kainatın ucundan - ya da Samanyolu içərisindən qalaktik olmasından qaynaqlanır. "İndi bizdə ən çox qamma şüası partlayışının qalaktikamızın içərisindən gəldiyinə dair güclü dəlillərimiz var" dedi. "Partlayışların haradan qaynaqlandığı barədə 25 yaşlı suala nəhayət cavab verilə bilər."

Quzu, partlayışların qalaktika olduğuna dair dəlillərin sürpriz olduğunu söylədi və "şübhəsiz ki, əvvəlcə əmin olduğum bir şey deyil."

Quashnock, qamma şüalarının patlamalarının astronomiyada ən cəlbedici problemlərdən biri olduğunu söylədi. "Kosmoloji olsaydı, bu inanılmaz dərəcədə yüksək enerji partlayışlarına sahib oldunuz, bunlar kainatdakı ən böyük hadisələr olardı" dedi. "Və bu qamma şüalarıdır və başqa heç bir şey yoxdur - burada və orada sonra yenidən getdi."

Quashnock problemi araşdırmağa başladığı zaman, buna qətiliklə kosmoloji baxımdan yanaşdığını söylədi. Ancaq naxışların yerində qaldığını və partlayışların qalaktik olduğunu gördükdə, "Çox həyəcan verici idi. Günün kiçik bir hissəsində dünyada başqa heç kimin bilmədiyi bir şeyi bildim" dedi.

1991-ci ilin aprelində NASA-nın Compton Gamma Ray Observatory (CGRO) peykinin buraxılmasından əvvəl, bir çox astronom bu partlayışların qalaktikanın içindən gəldiyinə inanırdı. Ancaq astronomlar peykin topladığı məlumatlara baxdıqda göydə təsadüfi bir partlayış paylanması gördülər. Alimlər Samanyolu təyyarəsində qalaktik fərziyyəni təsdiqləyən partlayışların bir konsentrasiyasını görmələrini gözləyirdilər. Burstlərin paylanması qalaktikamızın ərazisindən çox kənar mənbələr təklif etdikdə, elmi fikir kosmoloji izahata doğru dəyişdi.

Quashnock və Lamb, CGRO məlumatlarını anlamağa çalışmaq üçün daha yaxından baxmağa başladılar. Əvvəlcə partlayışların paylanması tamamilə təsadüfi görünürdü. Ancaq tədqiqatçılar səmadakı partlayışların dəqiq mövqelərini təyin etmək üçün xas olan statistik qeyri-müəyyənlikləri nəzərə aldıqda, partlayışlar görməyə başladılar. Əslində, bəziləri o qədər sıx bir yerə yığılmışdılar ki, bir-birlərindən fərqlənə bilməzdilər. Əksər hallarda, ətrafında bir və ya daha çox halsızlıq partlaması ilə bir parlaq partlayış var idi.

Lamb, bu partlamaların demək olar ki, eyni mənbələrdən gəldiyini söylədi. Tədqiqatçıların tədqiq etdikləri 38 ən parlaq partlamanın üçdə birinin təhlil etdikləri 10 ay ərzində təkrarlandığı ortaya çıxdı.

Lamb, "25 ildə heç kim belə bir şey görməmişdi" dedi. Lamb və Quashnock, CGRO-nun Burst və Transient Source Experiment (BATSE) tərəfindən hazırlanan məlumatları, əvvəlki detektorla göründüyündən 10 qat daha solğun "görmə" qabiliyyəti olan bir alətdir.

Quzu dedi ki, partlayışlarda görünən enerjilərin dünyaya çatması üçün mənbədə daha böyük enerjilər yaranmalıdır. Partlayışlar kosmoloji olsaydı, partlayışlar o qədər böyük olardı - 1052 erq əmri ilə - neytron ulduzu və ya qara dəlik kimi bilinən hər hansı bir kompakt cisim kütləsini tamamilə tükənmiş və beləliklə eyni mənbədən təkrar enerji partlayışı ehtimalı. Qalaktik mənbələr 1038 erq sırasındakı partlayışlara ehtiyac duyurdu və kütlənin eyni mənbədən bir və ya daha çox partlayış meydana gətirməsi üçün buraxıla biləcəyini olduqca inandırıcı hala gətirdi. "Mənbələrin təkrarlanması bu günə qədər müzakirə olunan bütün kosmoloji modelləri sıradan çıxardı" dedi.

Sualı daha da araşdırmaq üçün Quashnock, Quzu ilə birlikdə partlamaları parlaqlığa görə üç kateqoriyaya ayırdığını söylədi. Ən parlaq partlamaların səmaya bərabər paylandığını tapdılar. Ən zəif partlayışlar parlaq partlayışların təkrarı kimi görünürdü. Lakin orta parlaqlıqdakı partlayışlar qalaktikanın düzündə və mərkəzinə doğru cəmləşmişdi.

Quashnock bölgünü gecə səmasındakı ulduzlara bənzətdi. Yerə ən yaxın olanlar səmada ən parlaq və bərabər paylanmışdır. "Gecə səmaya baxırsan və ətrafındakı ulduzları görürsən. Ancaq qaranlıq bir gecədə qalaktika düzündə qalan ulduzlardan ibarət olan Samanyolu da görürsən, yalnız onlar çox uzaqdadır ," dedi. Quashnock gamma şüalarının partlaması ilə eyni paylama modelinin göründüyünü görəndə "Bundan sonra bir daha kosmoloji modeli düşünmədim" dedi.

Quashnock, orta parlaq partlayışların təkrar görünmədiyini, sadəcə daha uzaqdakı parlaq partlamalar olduğuna görə dedi. Alət, bu uzaq, lakin yenə də qalaktik olan partlayışların təkrarlanması ola biləcəyini düşünə bilən çox zəif qamma şüaları görə bilmədiyini söylədi.

Patlamaların ən ağlabatan mənbəyi, dedi Quzu, qalaktik neytron ulduzlarıdır. Bunlar, günəş kütləsinin 1,4 - 2 qatından yalnız 15 və ya 20 kilometr aralıdakı bir kürəyə sıxıldığı sıx inkişaf etmiş ulduzlardır. Heç kim qamma şüaları partlayışlarının necə meydana gələ biləcəyini dəqiq bilmir, ancaq bir nəzəriyyə onların neytron ulduzunun səthinə çırpılan materialdan (məsələn, kometa kimi) gələ biləcəyini göstərir. Neytron ulduzlarının cazibə qüvvəsi o qədər böyükdür ki, maddə ulduzun səthi ilə toqquşduqda böyük miqdarda enerji sərbəst buraxılacaqdır.

Quashnock, əvvəllər heç kim partlayış nümunələrini görmədiyini söylədi, çünki partlayışların mövqeləri çox az bilinirdi. "Mövqelərdə birmənalılıq olmasaydı, təkrarlananlar aşkar olardı" dedi.

Patlamaların ölçülməsi üsulu, partlamaların dəqiq mənşəyini təyin etməyi çətinləşdirir. Burst mövqeyi fotonların peykin künclərinə düzülmüş BATSE-nin səkkiz detektorunun hər birinə nisbətini ölçməklə təyin olunur. Bu ölçüləri daha da çətinləşdirmək üçün bəzi qamma şüaları BATSE-nin detektorlarına yer atmosferi ilə əks olunur. Bu təsiri düzəltmək üçün BATSE-nin əmr mərkəzi olan Marshall Kosmik Uçuş Mərkəzinin alimləri inkişaf etmiş modelləşdirmə üsullarından istifadə edirlər. Ancaq bu düzəlişlərlə belə ən parlaq partlayış yerləri təxminən dörd dərəcə içində təyin edilə bilər.

Lamb və Quashnock, analizlərini BATSE tərəfindən 1991-ci ilin aprelindən 1992-ci ilin martınadək olan zaman 260 partlayış üzərində aparıblar.

Quashnock, növbəti addımın partlayış mənbələrinin yerləşdiyi yerə daha dəqiq bir şəkildə toxunmağa çalışması və eyni mənbələrdən çıxan daha az enerjinin şüalanmasını tapmağa çalışacağını söylədi. 1995-ci ilin əvvəlində Yüksək Enerji Keçici Təcrübəsi (HETE) başlayacaq. Bu, alimlərin qamma şüaları ilə ultrabənövşəyi və ya görünən radiasiya ilə əlaqələndirilməsinə imkan verə bilər. "HETE, nəhayət qamma şüaları ilə astronomiyanın qalan hissəsi ilə əlaqə qurma şansına sahibdir" dedi Lamb.


23.6 Qamma Şüalarının Sızması

Hamı yaxşı bir sirri sevir və astronomlar da istisna deyil. Bu hissədə müzakirə edəcəyimiz sirr ilk dəfə 1960-cı illərin ortalarında astronomik tədqiqatlar yolu ilə deyil, nüvə silahı partlayışlarının nağıl əlamətləri axtarışı nəticəsində aşkar edilmişdir. ABŞ Müdafiə Nazirliyi bir sıra Vela peyklər, heç bir ölkənin kosmosda nüvə silahının partlamasını qadağan edən müqaviləni pozmadığından əmin olmaq.

Nüvə partlayışlarından bəri ən enerjili elektromaqnit dalğaları meydana gəlir qamma şüaları (bax Radiasiya və Spektr), Vela peyklərdə bu tip radiasiyanı axtaran detektorlar var idi. Peyklər insan fəaliyyətindən təsdiqlənmiş hər hansı bir hadisəni təsbit etmədilər, ancaq hər kəsin təəccübünə səbəb olaraq göydəki təsadüfi istiqamətlərdən gələn qamma şüalarının qısa partlayışlarını aşkar etdilər. Kəşf xəbərləri ilk dəfə 1973-cü ildə nəşr olundu, lakin partlayışların mənşəyi sirr olaraq qaldı. Heç kim qısa qamma şüalarının nə əmələ gətirdiyini və mənbələrin nə qədər uzaq olduğunu bilmirdi.

Bir neçə partlayışdan minlərlə

1991-ci ildə NASA tərəfindən Compton Gamma-Ray Rəsədxanasının istifadəyə verilməsi ilə astronomlar daha çox partlayışlar müəyyənləşdirməyə və onlar haqqında daha çox şey öyrənməyə başladılar (şəkil 23.19). NASA peyki, gündə təxminən bir dəfə, səmada bir saniyənin bir hissəsindən bir neçə yüz saniyəyə qədər davam edən bir qamma şüasının olduğunu təsbit etdi. Compton ölçmələrindən əvvəl astronomlar partlayışların ən çox gələcəyi yerin özümüzün (pancake şəklində) qalaktikanın əsas diski olacağını gözləmişdilər. Halbuki belə olsaydı, Samanyolu'nun izdihamlı təyyarəsində yuxarıdan və ya altından daha çox partlayış görülə bilərdi. Bunun əvəzinə partlayış mənbələri paylandı izotropik başqa bir bölgəyə üstünlük vermədən səmanın hər hansı bir yerində görünə bilər. Demək olar ki, heç bir yerdə ikinci partlayış eyni yerdən gəlmədi.

Öyrənmə ilə əlaqə

Səmanın hər yerindən partlayışların nə dərəcədə gəldiyini yaxşı bir vizual hiss etmək üçün, sonradan tapılan ilk 500 partlayışın yerini göstərən bu qısa animasiya NASA videosuna baxın. Cəld peyk.

Bir neçə ildir ki, astronomlar partlayış mənbələrinin nisbətən yaxın və ya çox uzaq olduqlarını - izotrop olaraq paylanan iki partlayış ehtimalı barədə fəal şəkildə mübahisə etdilər. Yaxınlıqdakı yerlərə günəş sistemini əhatə edən kometa buludu və ya iri və kürə şəklində olan, eyni zamanda bizi hər tərəfdən əhatə edən Qalaktikamızın halosu da daxil ola bilər. Digər tərəfdən, partlayışlar çox böyük məsafələrdə baş versəydi, hər tərəfə vahid şəkildə paylanmış uzaq qalaktikalardan gələ bilərdi.

Həm yerli, həm də uzaq fərziyyələr davam etmək üçün qəribə bir şey tələb edirdi. Əgər partlayışlar öz günəş sistemimizin soyuq xarici hissələrindən və ya Galaktikamızın halosundan gəlirdisə, astronomlar bu başqa səssiz yerlərdə yüksək enerjili qamma şüalarının gözlənilməz parıltıları yarada biləcək yeni bir fiziki proses fərziyyə etməlidilər. məkanın bölgələri. Əgər partlayışlar milyonlarla və ya milyardlarla işıq ili uzaqdakı qalaktikalardan gəlsəydi, bu qədər böyük məsafədə müşahidə edilə bilmək üçün son dərəcə güclü olmalıdırlar, həqiqətən də kainatdakı ən böyük partlayışlardan biri olmalı idilər.

Birinci işığ

Gamma-şüa partlayışlarının mənbəyini anlamağa çalışarkən problem, qamma şüalarını aşkarlamaq üçün alətlərimizin səmadakı partlayışın baş verdiyi yeri dəqiq müəyyənləşdirə bilməməsi idi. Erkən qamma-şüa teleskopları yetərli deyildi görüntü imkanı. Bu, sinir bozucu idi, çünki astronomlar şübhə edirdilər ki bilərdi bu sürətli partlayışlardan birinin dəqiq yerini dəqiq müəyyənləşdirsəniz, digər dalğa boylarında bir tərəfdaşını (ulduz və ya qalaktika kimi) müəyyənləşdirə bilərik və buradan gəldiyi yer də daxil olmaqla partlayış haqqında daha çox şey öyrənə bilərlər. Bununla birlikdə, daha yaxşı bir qətnamə və ya başqa bir dalğa uzunluğundakı partlayışın aşkarlanması üçün qamma şüaları detektoru texnologiyasında ya da əsaslı inkişaflar tələb olunur. Sonda hər iki texnikanın da rolu oldu.

Çatışma, İtalyan Hollandiyalıların təqdimatı ilə baş verdi BeppoSAX 1996-cı ildə peyk. BeppoSAX bir mənbənin mövqeyini əvvəlki alətlərdən daha dəqiq bir şəkildə müəyyənləşdirə bilən yeni bir növ qamma-şüa teleskopuna, göydə bir neçə dəqiqə aralığa qədər. Bununla birlikdə, özü-özlüyündə hələ də qamma şüalarının partlamasının dəqiq mənbəyini təyin etmək üçün kifayət qədər mürəkkəb deyildi. Nəticədə, bir tərəfdəki bir neçə dəqiqəlik qövs qutusu hələ çox ulduz və ya digər səma cisimlərini ehtiva edə bilər.

Bununla birlikdə, BeppoSAX astronomlara başqa dalğa boylarındakı partlayışlardan daha uzun ömürlü elektromaqnit emissiyasını aşkar etmək ümidi ilə başqa, daha dəqiq teleskopları hara göstərəcəyini söyləmək üçün yaxşı idi. Görünən işıq və ya radio dalğa uzunluğunda bir partlayışın aşkarlanması bir neçə nəfər üçün dəqiq bir mövqe təmin edə bilər saniyə qövs və vəziyyətin ayrı-ayrı bir ulduz və ya qalaktikaya təyin edilməsinə icazə verin. BeppoSAX belə bir həmkar tapmaq üçün kosmik gəmidə öz X-ray teleskopunu daşıyırdı və yerdəki görünən işıq və radio qurğularından istifadə edən astronomlar bu dalğa boylarını da araşdırmağa can atırdılar.

İki həlledici BeppoSAX 1997-ci ildə baş vermiş müşahidələr gamma-şüalanma sirrini həll etməyə kömək etdi. İlk partlama fevral ayında Orion bürcünün istiqamətindən gəldi. 8 saat ərzində peyklə işləyən astronomlar partlayışın yerini müəyyənləşdirdilər və kosmik gəmini fokuslanmağa yönəltdilər BeppoSAXMənbədəki rentgen detektoru. Həyəcanlarına görə, hadisədən 8 saat sonra yavaş-yavaş solmaqda olan bir rentgen mənbəyi aşkar etdilər - qamma-şüa partlayışından sonrakı parıltının ilk uğurlu aşkarlanması. Bu, partlayışın daha yaxşı bir yerini təmin etdi (təqribən 40 saniyəlik qövs üçün dəqiq), daha sonra dalğaların daha da uzunluğunda aşkar etməyə çalışmaq üçün dünya miqyasında astronomlara paylandı.

Elə həmin gecə Kanarya adalarındakı 4.2 metrlik William Herschel Teleskopu, rentgen parıltısı ilə eyni vəziyyətdə solan görünən bir işıq mənbəyi tapdı və belə bir sonrakı işığın görünən işığın içində də aşkar oluna biləcəyini təsdiqlədi. Nəhayət, sonrakı parıltı söndü, ancaq orijinal qamma şüalarının partladığı yerdə geridə qalan solğun nöqtənin olduğu uzaq bir qalaktika olan zəif, qeyri-səlis bir qaynaq idi (şəkil 23.20). Bu, qamma-şüa partlayışlarının həqiqətən çox uzaqdan gələn çox enerjili obyekt olduğuna dair ilk dəlil idi. Bununla birlikdə, partlama mənbəyinin bizə çox yaxın olması və daha uzaq bir qalaktikaya uyğunlaşması da mümkün oldu, bu səbəbdən tək bir müşahidə gamma-şüa partlayışlarının ekstragalaktik mənşəyinin qəti bir nümayişi deyildi.

Həmin il 8 mayda Camelopardalis bürcünün istiqamətindən bir partlama gəldi. Koordinasiya olunmuş beynəlxalq səylə, BeppoSAX yenə də kifayət qədər dəqiq bir mövqe düzəltdi və demək olar ki, dərhal Arizonadakı Kitt zirvəsindəki bir teleskop görünən işığın sonrakı işığını tuta bildi. 2 gün ərzində dünyanın ən böyük teleskopu (Havaydakı Kek) partlayış spektrini qeyd etmək üçün kifayət qədər işıq topladı. May ayının parlaq parıltı spektri Günəşdən 4 milyard işıq ili uzaqlıqda olan qeyri-səlis bir cisimdən udma xüsusiyyətlərini göstərdi, yəni partlayış yeri ən azı bu məsafədə, bəlkə də daha da uzaqda olmalı idi. (Astronomların belə bir cisimin spektrindəki Doppler sürüşməsindən məsafəsini necə ala biləcəyi Qalaktikalarda müzakirə edəcəyimiz bir şeydir.) Bu spektrin göstərdiyi şey, uzaq bir qalaktikada qamma şüalarının meydana gəldiyinin açıq bir dəlili idi.

Daha çox partlayış tutmaq üçün şəbəkə

İlkin müşahidələr гамма-şüa partlayışlarının dəqiq yerlərinin və sonrakı işıqlarının tapılacağını göstərdikdən sonra, astronomlar partlamaları tutmaq və dəqiq müəyyənləşdirmək üçün bir sistem qurdular. Ancaq istifadə edilə bilən nəticələr əldə etmək üçün lazım olan qədər sürətli cavab vermək üçün astronomlar lazımi anda lazımi yerdə olduğu insan müşahidəçilərindən daha çox avtomatlaşdırılmış sistemlərə etibar etməli olduqlarını başa düşdülər.

İndi, orbitə çıxan yüksək enerjili bir teleskop bir partlayış aşkar etdikdə, kobud yerləşməsi dərhal bir Gamma-Ray Şəbəkə Koordinatları NASA-nın Goddard Kosmik Uçuş Mərkəzində yerləşən və bir neçə saniyə ərzində yerdəki müşahidəçiləri görünən işıqdan sonra işığa baxmaq üçün xəbərdar etdi.

Bu sistemlə ilk böyük müvəffəqiyyəti, Michigan Universiteti, Lawrence Livermore Milli Laboratoriyası və Los Alamos Milli Laboratoriyalarından bir qrup astronom tərəfindən əldə edildikləri və avtomatik adlandırdıqları bir cihaz dizayn etdikləri. Robotik Optik Keçici Axtarış Təcrübəsi ( ROTSE 1999-cu ildə çox parlaq bir görünən işıq işığı aşkar etdi. Ən yüksək nöqtədə, 9 milyard işıq ili məsafədə (daha sonra daha böyük teleskoplardan alınan spektrlərlə ölçülən) baxmayaraq, partlayış Neptun qədər parlaq idi.

Bu yaxınlarda astronomlar, geniş bir mənzərəli teleskoplardan istifadə edərək, səmanın böyük hissələrinə baxaraq lazımi yerdə və zamanda bir qamma şüası partlayacağına ümid bəsləyirdilər. teleskopun kamerası tərəfindən qeydə alınır. Bu geniş sahəli teleskoplar zəif mənbələrə həssas deyildir, lakin ROTSE göstərdi ki, qamma şüası partlayışından sonra işıqlar bəzən çox parlaq ola bilər.

Astronomların ümidləri 2008-ci ilin martında son dərəcə parlaq bir qamma şüasının meydana gəldiyi və işığının Çilidəki iki geniş sahə kamera sistemi tərəfindən alındığı zaman doğruldu: Polşa “Göyün Pi” və Rus-İtalyan TORTORA [Teleskopio Ottimizzato per la Ricerca dei Transienti Ottici Rapidi (Sürətli Optik Keçicilərin Tədqiqatı üçün Optimize Edilmiş Teleskop İtalyanca)] (bax Şəkil 23.21). Bu teleskoplar tərəfindən alınan məlumatlara görə, təqribən 30 saniyəlik bir müddətdə qamma şüalarının partlaması nəticəsində işıq kifayət qədər parlaq idi, əgər bir insanın sağda doğru yerə baxması olsaydı, gözlə görülə bilməzdi. vaxt. Təəccübümüzə əlavə olaraq, daha böyük teleskoplarla aparılan müşahidələr partlamanın Yerdən 8 milyard işıq ili məsafədə meydana gəldiyini göstərdi!

Şüalanmaq və ya olmamaq

Bu hadisələrə qədər olan böyük məsafələr, bu qədər böyük məsafədə olduqları qədər parlaq görünmək üçün təəccüblü dərəcədə enerjili olmaları lazım idi. Əslində, o qədər enerji tələb etdilər ki, qamma-şüalanma modelləri üçün problem yaratdı: əgər mənbə hər tərəfə enerji yayırdısa, parlaq bir partlayış zamanı yalnız qamma şüalarında çıxan enerji (1999 və ya 2008 hadisələri kimi) ) Günəşə bənzər bir ulduzun bütün kütləsi birdən-birə təmiz şüalanmaya çevrilsəydi, çıxarılan enerjiyə bərabər olardı.

Bu qədər enerji istehsal etmək üçün bir mənbənin bu sürətlə (partlayışla) gerçək bir problemi var. Gamma-şüa partlayışını meydana gətirən ulduz Günəşdən daha çox kütləvi olsaydı belə (ehtimal ki, belədir), bu qədər kütlənin saniyələr içində radiasiyaya çevrilməsi üçün bilinən bir vasitə yoxdur. Bununla birlikdə, qamma şüaları yaradan “mexanizm” üçün lazım olan gücü azaltmaq üçün bir yol var. İndiyə qədər apardığımız müzakirə, qamma şüalarının mənbəyinin hər tərəfə bir közərmə lampası kimi eyni miqdarda enerji verdiyini qəbul etdi.

Ancaq Pulsarlarda və Neytron Ulduzlarının Kəşfində müzakirə etdiyimiz kimi, kainatdakı bütün radiasiya mənbələri belə deyil. Bəziləri yalnız bir və ya iki istiqamətə cəmlənmiş nazik şüa şüaları yaradır. Lazer göstəricisi və okeandakı bir mayak Yer üzündəki bu kimi işıqlı mənbələrə nümunədir (Şəkil 23.22). If, when a burst occurs, the gamma rays come out in only one or two narrow beams, then our estimates of the luminosity of the source can be reduced, and the bursts may be easier to explain. In that case, however, the beam has to point toward Earth for us to be able to see the burst. This, in turn, would imply that for every burst we see from Earth, there are probably many others that we never detect because their beams point in other directions.

Long-Duration Gamma-Ray Bursts: Exploding Stars

After identifying and following large numbers of gamma-ray bursts, astronomers began to piece together clues about what kind of event is thought to be responsible for producing the gamma-ray burst. Or, rather, what kind of hadisələr, because there are at least two distinct types of gamma-ray burst s. The two—like the different types of supernovae—are produced in completely different ways.

Observationally, the crucial distinction is how long the burst lasts. Astronomers now divide gamma-ray bursts into two categories: short-duration ones (defined as lasting less than 2 seconds, but typically a fraction of a second) and long-duration ones (defined as lasting more than 2 seconds, but typically about a minute).

All of the examples we have discussed so far concern the long-duration gamma-ray burst s. These constitute most of the gamma-ray bursts that our satellites detect, and they are also brighter and easier to pinpoint. Many hundreds of long-duration gamma-ray bursts, and the properties of the galaxies in which they occurred, have now been studied in detail. Long-duration gamma-ray bursts are universally observed to come from distant galaxies that are still actively making stars. They are usually found to be located in regions of the galaxy with strong star-formation activity (such as spiral arms). Recall that the more massive a star is, the less time it spends in each stage of its life. This suggests that the bursts come from a young and short-lived, and therefore massive type of star.

Furthermore, in several cases when a burst has occurred in a galaxy relatively close to Earth (within a few billion light-years), it has been possible to search for a supernova at the same position—and in nearly all of these cases, astronomers have found evidence of a supernova of type Ic going off. A type Ic is a particular type of supernova, which we did not discuss in the earlier parts of this chapter these are produced by a massive star that has been stripped of its outer hydrogen layer. However, only a tiny fraction of type Ic supernova e produce gamma-ray bursts.

Why would a massive star with its outer layers missing sometimes produce a gamma-ray burst at the same time that it explodes as a supernova? The explanation astronomers have in mind for the extra energy is the collapse of the star’s core to form a spinning, magnetic black hole or neutron star . Because the star corpse is both magnetic and spinning rapidly, its sudden collapse is complex and can produce swirling jets of particles and powerful beams of radiation—just like in a quasar or active galactic nucleus (objects you will learn about Active Galaxies, Quasars, and Supermassive Black Holes), but on a much faster timescale. A small amount of the infalling mass is ejected in a narrow beam, moving at speeds close to that of light. Collisions among the particles in the beam can produce intense bursts of energy that we see as a gamma-ray burst.

Within a few minutes, the expanding blast from the fireball plows into the interstellar matter in the dying star’s neighborhood. This matter might have been ejected from the star itself at earlier stages in its evolution. Alternatively, it could be the gas out of which the massive star and its neighbors formed.

As the high-speed particles from the blast are slowed, they transfer their energy to the surrounding matter in the form of a shock wave. That shocked material emits radiation at longer wavelengths. This accounts for the afterglow of X-rays, visible light, and radio waves—the glow comes at longer and longer wavelengths as the blast continues to lose energy.

Short-Duration Gamma-Ray Bursts: Colliding Stellar Corpses

What about the shorter gamma-ray bursts? The gamma-ray emission from these events lasts less than 2 seconds, and in some cases may last only milliseconds—an amazingly short time. Such a timescale is difficult to achieve if they are produced in the same way as long-duration gamma-ray bursts, since the collapse of the stellar interior onto the black hole should take at least a few seconds.

Astronomers looked fruitlessly for afterglows from short-duration gamma-ray burst s found by BeppoSAX and other satellites. Evidently, the afterglows fade away too quickly. Fast-responding visible-light telescopes like ROTSE were not helpful either: no matter how fast these telescopes responded, the bursts were not bright enough at visible wavelengths to be detected by these small telescopes.

Once again, it took a new satellite to clear up the mystery. In this case, it was the Swift Gamma-Ray Burst Satellite, launched in 2004 by a collaboration between NASA and the Italian and UK space agencies (Figure 23.23). The design of Swift is similar to that of BeppoSAX. Lakin, Swift is much more agile and flexible: after a gamma-ray burst occurs, the X-ray and UV telescopes can be repointed automatically within a few minutes (rather than a few hours). Thus, astronomers can observe the afterglow much earlier, when it is expected to be much brighter. Furthermore, the X-ray telescope is far more sensitive and can provide positions that are 30 times more precise than those provided by BeppoSAX, allowing bursts to be identified even without visible-light or radio observations.

On May 9, 2005, Swift detected a flash of gamma rays lasting 0.13 seconds in duration, originating from the constellation Coma Berenices. Remarkably, the galaxy at the X-ray position looked completely different from any galaxy in which a long-duration burst had been seen to occur. The afterglow originated from the halo of a giant elliptical galaxy 2.7 billion light-years away, with no signs of any young, massive stars in its spectrum. Furthermore, no supernova was ever detected after the burst, despite extensive searching.

What could produce a burst less than a second long, originating from a region with no star formation? The leading model involves the merger of two compact stellar corpses: two neutron stars, or perhaps a neutron star and a black hole . Since many stars come in binary or multiple systems, it’s possible to have systems where two such star corpses orbit one another. According to general relativity (which will be discussed in Black Holes and Curved Spacetime), the orbits of a binary star system composed of such objects should slowly decay with time, eventually (after millions or billions of years) causing the two objects to slam together in a violent but brief explosion. Because the decay of the binary orbit is so slow, we would expect more of these mergers to occur in old galaxies in which star formation has long since stopped.

Öyrənmə ilə əlaqə

To learn more about the merger of two neutron stars and how they can produce a burst that lasts less than a second, check out this computer simulation by NASA.

While it was impossible to be sure of this model based on only a single event (it is possible this burst actually came from a background galaxy and lined up with the giant elliptical only by chance), several dozen more short-duration gamma-ray bursts have since been located by Swift, many of which also originate from galaxies with very low star-formation rates. This has given astronomers greater confidence that this model is the correct one. Still, to be fully convinced, astronomers are searching for a “smoking gun” signature for the merger of two ultra-dense stellar remnants.

Astronomers identified two observations that would provide more direct evidence. Theoretical calculations indicate that when two neutron stars collide there will be a very special kind of explosion neutrons stripped from the neutron stars during the violent final phase of the merger will fuse together into heavy elements and then release heat due to radioactivity, producing a short-lived but red supernova sometimes called a kilonova. (The term is used because it is about a thousand times brighter than an ordinary nova, but not quite as “super” as a traditional supernova.) Hubble observations of one short-duration gamma-ray burst in 2013 showed suggestive evidence of such a signature, but needed to be confirmed by future observations.

The second “smoking gun” is the detection of gravitational waves. As will be discussed in Black Holes and Curved Spacetime, gravitational waves are ripples in the fabric of spacetime that general relativity predicts should be produced by the acceleration of extremely massive and dense objects—such as two neutron stars or black holes spiraling toward each other and colliding. The construction of instruments to detect gravitational waves is very challenging technically, and gravitational wave astronomy became feasible only in 2015. The first few detected gravitational wave events were produced by mergers of black holes. In 2017, however, gravitational waves were observed from a source that was coincident in time and space with a gamma-ray burst. The source consisted of two objects with the masses of neutron stars. A red supernova was also observed at this location, and the ejected material was rich in heavy elements. This observation not only confirms the theory of the origin of short gamma-ray bursts, but also is a spectacular demonstration of the validity of Einstein’s theory of general relativity.

Probing the Universe with Gamma-Ray Bursts

The story of how astronomers came to explain the origin of the different kinds of bursts is a good example of how the scientific process sometimes resembles good detective work. While the mystery of short-duration gamma-ray bursts is still being unraveled, the focus of studies for long-duration gamma-ray bursts has begun to change from understanding the origin of the bursts themselves (which is now fairly well-established) to using them as tools to understand the broader universe.

The reason that long-duration gamma-ray bursts are useful has to do with their extreme luminosities, if only for a short time. In fact, long-duration gamma-ray bursts are so bright that they could easily be seen at distances that correspond to a few hundred million years after the expansion of the universe began, which is when theorists think that the first generation of stars formed. Some theories predict that the first stars are likely to be massive and complete their evolution in only a million years or so. If this turns out to be the case, then gamma-ray bursts (which signal the death of some of these stars) may provide us with the best way of probing the universe when stars and galaxies first began to form.

So far, the most distant gamma-ray burst found (on April 29, 2009) was in a galaxy with a redshift that corresponds to a remarkable 13.2 billion light years—meaning it happened only 600 million years after the Big Bang itself. This is comparable to the earliest and most distant galaxies found by the Hubble Space Telescope. It is not quite old enough to expect that it formed from the first generation of stars, but its appearance at this distance still gives us useful information about the production of stars in the early universe. Astronomers continue to scan the skies, looking for even more distant events signaling the deaths of stars from even further back in time.


Astronomers Detect Record-Breaking Gamma Ray Bursts From Colossal Explosion in Space

On the night of January 14, 2019, astronomer Razmik Mirzoyan got a call at his home in Germany. The observers on shift at the Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope (MAGIC) in the Canary Islands were on the other line. Alerted by two space telescopes—the Neil Gehrels Swift Observatory and Fermi Gamma-ray Space Telescope—the two MAGIC telescopes were pointed in the direction of emissions from an immensely powerful cosmic outburst that were arriving at Earth. Within the first 20 minutes of observation, the telescopes detected a strong and increasing signal that seemed to be from a gamma ray burst, the most energetic type of explosion known to occur in the universe.

Mirzoyan told the observers to keep measuring.

That night Mirzoyan, who is a researcher at the Max Planck Institute for Physics in Munich, dashed off a short note on the Astronomer's Telegram, hoping other telescope operators would turn their machines toward the signal. He described how the MAGIC telescopes saw the highest energy emissions ever measured from a gamma ray burst (GRB), with photon energies of up to 1,000 billion electronvolts, or 1 teraelectronvolt (TeV). These were also the first observations of a gamma ray burst (GRB) by MAGIC or any other ground-based telescope.

Without any sleep, Mirzoyan headed to Arizona the next day to celebrate the inauguration of a next-generation gamma ray telescope at Whipple Observatory. By the time he arrived, word had spread about the detection. Everyone in the room was eager to shake Mirzoyan's hand and congratulate the MAGIC team, says Jamie Holder, an astronomer from the University of Delaware who was there. "Almost every conversation I had that week centered around the discovery," he says. "What have they seen? What does it mean? Can we see it, too?"

GRB 190114C, located about 4.5 billion light-years away in the constellation Fornax. (NASA / ESA / V. Acciari et al. 2019)

A few months later, another group of scientists went through their archived observations and found that they, too, detected GRB emissions from the ground. In July 2018, the High Energy Stereoscopic System (HESS) array of telescopes in Namibia detected the faint afterglow emission of another GRB 10 hours after the initial explosion. Even after nearly half a day, the afterglow still had photons with energies of 100 to 440 gigaelectronvolts. Both teams published their results in separate papers the journal Təbiət bu gün.

"These ground-based telescopes have been operating for more than a decade, and GRBs have been one of their main targets, and this is the first time they actually detected them," says astrophysicist Bing Zhang of University of Nevada, Las Vegas, who was not involved in the research but wrote an editorial about the new papers for Təbiət.

Gamma rays are the highest-energy form of radiation, with wavelengths that can be smaller than the nucleus of an atom. (Radio waves, for comparison, have wavelengths ranging between about a millimeter to hundreds of kilometers.) Gamma ray bursts are phenomena that occur in distant galaxies, and astronomers believe the violent outbursts can happen when a massive star dies and collapses in on itself, resulting in a supernova. In one second, a GRB can release as much energy as the sun will produce in its lifetime. The light arrives at Earth as a prompt "flash" of gamma rays. This flash is associated with the highly energetic jets of plasma that form as the core of a dying star becomes a black hole or a neutron star, Holder says, and the afterglow that follows comes from the shock waves as this jet plows into in the surrounding region.

Compared to space-based telescopes, which have been observing GRBs for years, ground-based telescopes have much larger surfaces for detection, but they have the disadvantage of being beneath Earth's atmosphere, which absorbs gamma radiation. Until now, detecting a GRB from Earth's surface has proven elusive.

"Now we know that it is possible to observe GRBs from the ground, to high energies, long after the burst occurred," says Holder. "This will allow us to tune our search strategies to discover more bursts, and to study them as a population."

One of the telescopes at the MAGIC observatory that recently detected emissions from a powerful gamma ray burst. (Pachango / Wikicommons via CC BY-SA 3.0)

Both of the GRBs that were observed are believed to be the result of supernovas. The burst seen by MAGIC, called GRB 190114C, came from about 4.5 billion light-years away, and the one seen by HESS, named GRB 180720B, came from 6 billion light-years away.

The observations show that GRBs produce even more energetic emissions than previously known. Konstancja Satalecka, a scientist at the German Electron Synchrotron (DESY) who was part of the MAGIC collaboration, said in a statement that researchers were missing about half of the energy budget of GRBs until now. "Our measurements show that the energy released in very-high-energy gamma-rays is comparable to the amount radiated at all lower energies taken together," she said. "That is remarkable!”

Now scientists also know that GRBs are able to accelerate particles within the explosion ejecta. After ruling out other theoretical explanations, both teams of scientists have suggested that the very-high-energy gamma ray photons had been scattered by electrons while traveling through space, boosting their energy in a process known as inverse Compton scattering.

"These results are very exciting," Dan Hooper, head of the Theoretical Astrophysics Group at the Fermi National Accelerator Laboratory, says in an email. "Astrophysicists have long expected gamma-ray bursts to emit photons in this energy range (the teraelectronvolt range), but until now this had never been observed." Hooper was also surprised by how high-energy emissions were able to persist in the long afterglow of GRB 180720B. "Considering that the initial burst is measured in tens of seconds, a 10-hour afterglow at such high energies is a remarkable feature."

The findings from MAGIC and HESS have scientists even more excited for the next generation of gamma ray telescopes. The new telescope that Mirzoyan was celebrating in Arizona is a prototype for the Cherenkov Telescope Array (CTA) Observatory, which will consist of 118 telescopes being built in Chile and the Canary Islands. Once in operation, these telescopes will be able to detect gamma rays in the range of 20 GeV to 300 TeV, with about ten times better sensitivity than other current observatories.

Edna Ruiz-Velasco, a researcher at the Max Planck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg, Germany, who is part of the HESS team, says these new observatories will be able to detect GRBs several days after the initial burst, covering longer timescales of the total emissions. Better detections might also help scientists investigate the possible connection between gamma ray bursts and gravitational waves, or the ripples in spacetime that scientists have only recently observed directly.

After decades of waiting, Mirzoyan says he thinks that observations of GRBs from the ground will become much more routine. Already, the HESS team posted another notice on the Astronomer's Telegram that they spotted another burst in August. With so much more data pouring in, astronomers may soon unravel the mysteries of the most immense explosions in the universe.


Cosmic Jets

Among the oldest and brightest entities in the universe, quasars eject jets of very bright light that can be seen from lightyears away. It was initially believed that different events were being seen when quasars were observed, but it was later established that our line of sight affected the appearance of the quasar, for example a blazar is a quasar with jets that are pointing towards Earth. Image credit: ESO/M. Kornmesser Cosmic jets are seen in all kinds of objects (including GRBs , active galactic nuclei, quasars, and radio galaxies), but how they're formed is not yet understood. The phenomenon is defined as streams of matter being emitted along the axis of rotation of a compact object, and are a staple component of most artists' impressions of such objects.

Although researchers are not clear as to exactly what causes these jets, their focus tends to be on the central body – such as a black hole – or the surrounding accretion disc.
Learn more about Cosmic Jets.

Fast radio bursts that lasted for 4 milliseconds have been detected from 5.5-10.4 billion light-years away. Weirdly, no associated gamma, X-ray, optical or gravitational wave signatures were detected with the burst, and there were no repeat events. Scientists think this points to a cataclysmic source, which could be soft gamma-ray repeaters or core-collapse supernova (ccSN) orbiting neutron stars.

High-energy neutrinos may originate from high energy cosmic events and, as such, could provide information on objects such as black holes and gamma-ray bursts. They interact only weakly with matter, and so pass straight through bodies such as the earth and are unperturbed by gravity. The IceCube Neutrino Observatory recently claimed to have detected such neutrinos, although their results ares unconfirmed and, if so, what they can tell us.


Why are there no gamma-ray bursts detected in our galaxy? - Astronomiya

A number of satellites have been built to observe GRBs. The Compton Gamma Ray Observatory determined that GRBs were from outside our Galaxy. (There is a class of gamma-ray objects within our galaxy, but not with the extreme power of GRBs). Some have speculated that GRBs are possibly at the edge of the early Universe and the death throes of extremely massive stars, which only lasted about 1 million years. These stars appear to eject Gamma Rays after a hypernova event , an extreme supernova which produces gamma radiation. GRBs also appear to come from within stellar nurseries.

Public Domain | Image courtesy of NASA, ESA, N. Tanvir (University of Leicester), A. Fruchter (STScI), and A. Levan (University of Warwick).


We may have seen a huge explosion in the oldest galaxy in the universe

An explosion of high-energy radiation may have been spotted coming from a galaxy in the distant universe. If confirmed, it would be the oldest known gamma-ray burst, occurring about 400 million years after the big bang.

Linhua Jiang at Peking University in Beijing, China, and his colleagues were using the Keck Observatory in Hawaii to study the faintest and oldest known galaxy in the universe, GN-z11, when they saw the galaxy appear to grow hundreds of times brighter for just under 3 minutes.

The researchers think this could have been a gamma-ray burst, a type of extremely luminous event that has been seen in other galaxies and is thought to occur when certain giant stars explode in a supernova.

Reklam

We see GN-z11 as it looked 13.4 billion years ago, meaning it was one of the first galaxies to form after the big bang. However, it is actually located about 32 billion light years from Earth owing to the universe’s expansion. This expansion also stretched the duration of the event Jiang and his colleagues saw, which would probably have lasted for only around 20 seconds.

Previously, the most distant known gamma-ray burst occurred about 100 million years later, roughly 500 million years after the big bang, which would make GN-z11’s event the oldest yet spotted, suggesting galaxies in the early universe were more active than thought.

Read more: We’ve found the oldest ever galaxy that looks like our own

This is because gamma-ray bursts should be extremely rare, says Jiang. “The probability to detect a gamma-ray burst [in a particular galaxy] is near to zero,” he says. “If you observed a galaxy for a million years, you’d probably find [only] a few gamma-ray bursts. That’s why it’s so surprising.”

What isn’t clear is whether a rogue signal from a satellite or something in our solar system like an asteroid could have been the cause of the event. Although it is unlikely, Jiang says there will be no way to ever know for sure, given the event has passed.

However, the brightness and duration of the event point to a gamma-ray burst and it is possible more could be found from this era. “Either we were so lucky or the gamma-ray burst rate is higher than what we expected,” says Jiang.

Jurnal arayışı: Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-020-01275-y

Sign up to Lost in Space-Time, a free monthly newsletter on the weirdness of reality


Sky survey reveals first 'orphan' gamma ray burst

Astronomers comparing data from an ongoing major survey of the sky using the National Science Foundation's Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) to data from earlier surveys likely have made the first discovery of the afterglow of a powerful gamma ray burst that produced no gamma rays detectable at Earth. The unprecedented discovery of this "orphan" gamma ray burst (GRB) offers key clues to understanding the aftermath of these highly energetic events.

"GRBs emit their gamma rays in narrowly focused beams. In this case, we believe the beams were pointed away from Earth, so gamma ray telescopes did not see this event. What we found is the radio emission from the explosion's aftermath, acting over time much as we expect for a GRB," said Casey Law, of the University of California, Berkeley.

While searching through data from the first epoch of observing for the VLA Sky Survey (VLASS) in late 2017, the astronomers noted that an object that appeared in images from an earlier VLA survey in 1994 did not appear in the VLASS images. They then searched for additional data from the VLA and other radio telescopes. They found that observations of the object's location in the sky dating back as far as 1975 had not detected it until it first appeared in a VLA image from 1993.

The object then appeared in several images made with the VLA and the Westerbork telescope in the Netherlands from 1993 through 2015. The object, dubbed FIRST J1419+3940, is in the outskirts of a galaxy more than 280 million light-years from Earth.

"This is a small galaxy with active star formation, similar to others in which we have seen the type of GRBs that result when a very massive star explodes," Law said.

The strength of the radio emission from J1419+3940 and the fact that it slowly evolved over time support the idea that it is the afterglow of such a GRB, the scientists said. They suggested that the explosion and burst of gamma rays should have been seen sometime in 1992 or 1993.

However, after searching databases from gamma ray observatories, "We could find no convincing candidate for a detected GRB from this galaxy," Law said.

While there are other possible explanations for the object's behavior, the scientists said that a GRB is the most likely.

"This is exciting, and not just because it probably is the first 'orphan' GRB to be discovered. It also is the oldest well-localized GRB, and the long time period during which it has been observed means it can give us valuable new information about GRB afterglows," Law said.

"Until now, we've never seen how the afterglows of GRBs behave at such late times," noted Brian Metzger of Columbia University, co-author of the study. "If a neutron star is responsible for powering the GRB and is still active, this might give us an unprecedented opportunity to view this activity as the expanding ejecta from the supernova explosion finally becomes transparent."

"I'm delighted to see this discovery, which I expect will be the first of many to come from the unique investment the National Radio Astronomy Observatory (NRAO) and the National Science Foundation are making in VLASS," said NRAO Director Tony Beasley.

VLASS is the largest observing project in the history of the VLA. Begun in 2017, the survey will use 5,500 hours of observing time over seven years. The survey will make three complete scans of the sky visible from the VLA, roughly 80 percent of the sky. Initial images from the first round of observations now are available to astronomers.

VLASS follows two earlier sky surveys done with the VLA. The NRAO VLA Sky Survey (NVSS), like VLASS, was an all-sky survey done from 1993 to 1996, and the FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty centimeters) survey studied a smaller portion of the sky in more detail from 1993 to 2002. The astronomers discovered FIRST J1419+3940 by comparing a 1994 image from the FIRST survey to the VLASS 2017 data.

From 2001 to 2012, the VLA underwent a major upgrade, greatly increasing its sensitivity, or ability to image faint objects. The upgrade made possible a new, improved survey offering a rich scientific payoff. The earlier surveys have been cited more than 4,500 times in scientific papers, and scientists expect VLASS to be a valuable resource for research in the coming years.

Law and his colleagues are publishing their findings in the Astrofizik Jurnal Məktubları.

Milli Radio Astronomiya Rəsədxanası, Associated Universities, Inc tərəfindən kooperativ razılaşması altında fəaliyyət göstərən Milli Elm Fondunun bir təsisidir.


Videoya baxın: Нашли вторую землю! Правда о парадоксе Ферми! Получен сигнал из космоса! (Sentyabr 2021).