Un gran interès per a l'astrofísica i la cosmologia modernes és una classe especial de fenòmens anomenats esclats de raigs gamma. Durant diverses dècades, i especialment activament en els últims anys, la ciència ha estat acumulant dades d'observació sobre aquest fenomen còsmic a gran escala. La seva naturalesa encara no s'ha dilucidat del tot, però hi ha models teòrics prou fonamentats que pretenen explicar-ho.
El concepte del fenomen
La radiació gamma és la regió més dura de l'espectre electromagnètic, formada per fotons d' alta freqüència d'aproximadament 6∙1019 Hz. Les longituds d'ona dels raigs gamma poden ser comparables a la mida d'un àtom i també poden ser diversos ordres de magnitud més petites.
L'esclat de raigs gamma és un esclat breu i extremadament brillant de raigs gamma còsmics. La seva durada pot ser des de diverses desenes de mil·lisegons fins a diversos milers de segons; registrades més sovintflaixos que duren aproximadament un segon. La brillantor de les ràfegues pot ser significativa, centenars de vegades superior a la brillantor total del cel en el rang gamma suau. Les energies característiques oscil·len entre diverses desenes i milers de kiloelectronvolts per quàntic de radiació.
Les fonts de bengales es distribueixen uniformement per l'esfera celeste. S'ha comprovat que les seves fonts estan extremadament llunyanes, a distàncies cosmològiques de l'ordre de milers de milions d'anys llum. Una altra característica de les ràfegues és el seu perfil de desenvolupament variat i complex, també conegut com a corba de llum. El registre d'aquest fenomen es produeix gairebé cada dia.
Història de l'estudi
El descobriment es va produir l'any 1969 mentre es processava informació dels satèl·lits Vela de l'exèrcit nord-americà. Va resultar que el 1967, els satèl·lits van registrar dos polsos curts de radiació gamma, que els membres de l'equip no van poder identificar amb res. Amb els anys, el nombre d'esdeveniments d'aquest tipus ha augmentat. El 1973, les dades de Vela es van desclassificar i es van publicar, i es va iniciar la investigació científica sobre el fenomen.
A finals de la dècada de 1970 i principis de la dècada de 1980 a la Unió Soviètica, una sèrie d'experiments KONUS van establir l'existència de ràfegues curtes de fins a 2 segons de durada i també van demostrar que les ràfegues de radiació gamma es distribueixen aleatòriament.
L'any 1997, es va descobrir el fenomen de la "resplendor posterior": la lenta decadència de l'explosió a longituds d'ona més llargues. Després d'això, els científics van aconseguir per primera vegada identificar l'esdeveniment amb un objecte òptic: una galàxia de desplaçament cap al vermell molt llunyà.z=0, 7. Això va permetre confirmar la naturalesa cosmològica del fenomen.
L'any 2004 es va posar en marxa l'observatori de raigs gamma orbital Swift, amb l'ajuda del qual va ser possible identificar ràpidament esdeveniments de rang gamma amb fonts de raigs X i radiació òptica. Actualment, diversos dispositius més estan operant en òrbita, inclòs el telescopi espacial de raigs gamma. Fermi.
Classificació
Actualment, segons les característiques observades, es distingeixen dos tipus de ràfegues de raigs gamma:
- Llarg, caracteritzat per una durada de 2 segons o més. Hi ha al voltant del 70% d'aquests brots. La seva durada mitjana és de 20 a 30 segons, i la durada màxima registrada de la bengala GRB 130427A va ser de més de 2 hores. Hi ha un punt de vista segons el qual esdeveniments tan llargs (ara n'hi ha tres) s'han de distingir com un tipus especial d'esclats ultrallargs.
- Curt. Es desenvolupen i s'esvaeixen en un període de temps reduït: menys de 2 segons, però duren de mitjana uns 0,3 segons. El titular del rècord fins ara és el flaix, que només va durar 11 mil·lisegons.
A continuació, analitzarem les causes més probables dels GRB dels dos tipus principals.
Ressons d'hipernova
Segons la majoria dels astrofísics, els esclats llargs són el resultat del col·lapse d'estrelles extremadament massives. Hi ha un model teòric que descriu una estrella en rotació ràpida amb una massa de més de 30 masses solars, que al final de la seva vida dóna lloc a un forat negre. El disc d'acrecióaquest objecte, un col·lapse, sorgeix a causa de la matèria de l'embolcall estel·lar que cau ràpidament sobre el forat negre. El forat negre s'engoleix en pocs segons.
Com a resultat, es formen potents dolls de gas ultrarelativista polar: dolls. La velocitat de sortida de matèria als dolls és propera a la velocitat de la llum, la temperatura i els camps magnètics d'aquesta regió són enormes. Aquest raig és capaç de generar un flux de radiació gamma. El fenomen es va anomenar hipernova, per analogia amb el terme "supernova".
Moltes de les llargues ràfegues de raigs gamma s'identifiquen de manera bastant fiable amb supernoves amb un espectre inusual en galàxies llunyanes. La seva observació a l'abast de la ràdio va indicar la possible existència de jets ultrarelativistes.
colisions amb estrelles de neutrons
Segons el model, es produeixen esclats curts quan es fusionen estrelles de neutrons massives o una parella estrella de neutrons-forat negre. Aquest esdeveniment ha rebut un nom especial: "quiló", ja que l'energia emesa en aquest procés pot superar l'alliberament d'energia de noves estrelles en tres ordres de magnitud.
Un parell de components supermassius forma primer un sistema binari que emet ones gravitatòries. Com a resultat, el sistema perd energia i els seus components cauen ràpidament els uns sobre els altres al llarg de trajectòries en espiral. La seva fusió genera un objecte que gira ràpidament amb un camp magnètic fort de configuració especial, a causa del qual, de nou, es formen dolls ultrarelativistas.
La simulació mostra que el resultat és un forat negre amb un toroide de plasma acumulatiu que cau al forat negre en 0,3 segons. L'existència de dolls ultrarelativistes generats per l'acreció dura el mateix temps. Les dades d'observació són generalment coherents amb aquest model.
L'agost de 2017, els detectors d'ones gravitacionals LIGO i Virgo van detectar una fusió d'estrelles de neutrons en una galàxia a 130 milions d'anys llum de distància. Els paràmetres numèrics de la kilonova van resultar no ser els mateixos que prediu la simulació. Però l'esdeveniment de l'ona gravitatòria va anar acompanyat d'un breu esclat en el rang de raigs gamma, així com d'efectes en les longituds d'ona dels raigs X a l'infraroig.
Flash estrany
El 14 de juny de 2006, l'Observatori Swift Gamma va detectar un esdeveniment inusual en una galàxia no massa massiva situada a 1.600 milions d'anys llum de distància. Les seves característiques no es corresponien amb els paràmetres dels flashs llargs i curts. L'esclat de raigs gamma GRB 060614 va tenir dos polsos: primer, un pols dur de menys de 5 segons de durada, i després una "cua" de 100 segons de raigs gamma més suaus. No s'han pogut detectar signes d'una supernova a la galàxia.
No fa gaire ja es van observar esdeveniments similars, però eren unes 8 vegades més febles. Per tant, aquest augment híbrid encara no encaixa en el marc del model teòric.
Hi ha hagut diverses hipòtesis sobre l'origen de l'esclat anòmal de raigs gamma GRB 060614. en-En primer lloc, podem suposar que és molt llarg, i les característiques estranyes es deuen a algunes circumstàncies específiques. En segon lloc, el flaix va ser curt, i la "cua" de l'esdeveniment per alguna raó va adquirir una gran durada. En tercer lloc, es pot suposar que els astrofísics s'han trobat amb un nou tipus d'explosió.
També hi ha una hipòtesi completament exòtica: en l'exemple del GRB 060614, els científics es van trobar amb l'anomenat "forat blanc". Aquesta és una regió hipotètica de l'espai-temps que té un horitzó d'esdeveniments, però que es mou al llarg de l'eix del temps oposat a un forat negre normal. En principi, les equacions de la teoria general de la relativitat prediuen l'existència de forats blancs, però no hi ha requisits previs per a la seva identificació ni idees teòriques sobre els mecanismes de formació d'aquests objectes. El més probable és que la hipòtesi romàntica s'hagi d'abandonar i centrar-se a recalcular models.
Perill potencial
Els esclats de raigs gamma a l'Univers són omnipresents i es produeixen amb força freqüència. Sorgeix una pregunta natural: representen un perill per a la Terra?
Teòricament es van calcular les conseqüències per a la biosfera, que pot provocar una radiació gamma intensa. Per tant, amb una alliberació d'energia de 1052 erg (que correspon a 1039 MJ o uns 3,3∙1038 kWh) i una distància de 10 anys llum, l'efecte de l'esclat seria catastròfic. S'ha calculat que a cada centímetre quadrat de la superfície terrestre de l'hemisferi que tindria la desgràcia de ser colpejat pels raigs gammade flux, s'alliberaran 1013 erg o 1 MJ o 0,3 kWh d'energia. L' altre hemisferi tampoc tindrà problemes: tots els éssers vius hi moriran, però una mica més tard, a causa d'efectes secundaris.
No obstant això, és poc probable que un malson així ens amenaci: simplement no hi ha estrelles a prop del Sol que puguin proporcionar una alliberació d'energia tan monstruosa. El destí de convertir-se en un forat negre o una estrella de neutrons tampoc amenaça les estrelles properes a nos altres.
Per descomptat, un esclat de raigs gamma suposaria una greu amenaça per a la biosfera i a una distància molt més gran, però, cal tenir en compte que la seva radiació no es propaga isotròpicament, sinó en un corrent força estret., i la probabilitat de caure-hi des de la Terra és molt menor que, en general, no es nota.
Perspectives d'aprenentatge
Els esclats de raigs gamma còsmics han estat un dels misteris astronòmics més grans durant gairebé mig segle. Ara el nivell de coneixement sobre ells està molt avançat a causa del ràpid desenvolupament d'eines d'observació (incloses les espacials), processament de dades i modelització.
Per exemple, no fa gaire es va fer un pas important per aclarir l'origen del fenomen de l'esclat. Quan s'han analitzat les dades del satèl·lit Fermi, es va trobar que la radiació gamma es genera per col·lisions de protons de jets ultrarelativistas amb protons de gas interestel·lar, i es van perfeccionar els detalls d'aquest procés.
Se suposa que ha d'utilitzar el resplendor d'esdeveniments llunyans per a mesures més precises de la distribució del gas intergalàctic fins a distàncies determinades pel desplaçament cap al vermell Z=10.
Al mateix tempsBona part de la naturalesa de les ràfegues encara es desconeix, i hauríem d'esperar a l'aparició de nous fets interessants i a més progressos en l'estudi d'aquests objectes.
