Astronomia promieniowania gamma: dobry, zły i brzydki

Rozbłyski gamma dostarczały ciągłego źródła emocji, odkąd zostały odkryte w latach 60. XX wieku przez satelity wojskowe Stanów Zjednoczonych, poszukujące dowodów na tajne testy broni jądrowej.

Kiedy rozświetlają niebo, rozbłyski gamma są najjaśniejszymi obiektami we Wszechświecie. Emitują tak dużo światła, że ​​astronomowie uważają, że musi ono być w jakiś sposób skolimowane, inaczej całkowita emisja nie mogłaby wynikać z obecnie rozumianego zjawiska astrofizycznego. W chwili obecnej uwalniają w ciągu kilku sekund energię równoważną masie spoczynkowej Słońca.

To sprawia, że ​​są dla ludzkości czymś więcej niż tylko przelotnym zainteresowaniem. Rozbłyski gamma w Drodze Mlecznej mogły w przeszłości wywołać masowe wymieranie na Ziemi, a tym samym zagrozić nam w przyszłości.

Jednak nigdy nie zaobserwowano rozbłysku promieniowania gamma w Drodze Mlecznej. W rzeczywistości są to na ogół najbardziej odległe, a zatem najstarsze obiekty astronomiczne, jakie możemy zobaczyć. Astronomowie w zeszłym tygodniu powiedzieli, że zauważyli rozbłysk gamma, który miał miejsce zaledwie 630 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Wszystkie te informacje i wiele więcej są wynikiem dwóch rewolucji, które miały miejsce w astronomii promieniowania gamma. Pierwszym z nich jest wystrzelenie teleskopów gamma Swift i Fermi odpowiednio w 2004 i 2008 roku. Drugi to globalny projekt koordynacyjny, który ostrzega społeczność przed rozbłyskami gamma, aby ich poświatę można było obserwować na innych częstotliwościach.

W rezultacie astronomowie przeszli z głodu danych o rozbłyskach gamma do nagłego utonięcia w nich. A ponieważ ilość słabo poznanych danych rośnie z dnia na dzień, powoli staje się jasne, że rozbłyski gamma są znacznie bardziej złożone i tajemnicze, niż ktokolwiek sobie wyobrażał.

Dzisiaj Maxim Lyutikov z Purdue University w Indianie przedstawia tajemnice, nad którymi zastanawiają się astronomowie, i jest to fascynująca lektura. Wydaje się, że istnieją dwa rodzaje rozbłysków gamma: długie, trwające tysiące sekund i krótkie, które zapalają się i gasną w mniej niż sekundę. Jak występują te różne typy, nie jest jeszcze znane. I nie obstawiaj, że wkrótce zostaną odkryte inne rodzaje burstów.

Te rozbłyski mają poświaty rentgenowskie, które czasami szybko zanikają, aw innych przypadkach stabilizują się przez dziesiątki tysięcy sekund. Niektóre wybuchy później ponownie wybuchają, a inne momentalnie się kończą, jak w przypadku Forda T z odwrotnym strzałem.

Każda z tych obserwacji wymaga osobnego wyjaśnienia, a teoretycy walczą. Konsensus jest taki, że rozbłyski gamma powstają w pewnego rodzaju zapaści grawitacyjnej, w której energia grawitacyjna jest przekształcana w energię kinetyczną, a następnie w światło. Tak więc ogólnie uważa się, że supernowe są jednym z rodzajów źródeł. Skąd pochodzą inni, nikt nie wie.

Następnie pojawia się pytanie, w jaki sposób dochodzi do takiego zawalenia. Załamanie grawitacyjne implikuje istnienie fali uderzeniowej, ale struktura tej fali i sposób, w jaki oddziałuje ona na wszystko na swojej drodze, jest słabo poznana.

Kwestionowany jest nawet fizyczny mechanizm powstawania promieni gamma. Jedną z możliwości jest emisja synchrotronowa, naładowane cząstki przyspieszane w polu magnetycznym. Nie wiadomo, skąd pochodzi to pole magnetyczne i jak oddziałuje z falą uderzeniową. Inną opcją jest odwrócona emisja Comptona, w której elektrony o wysokiej energii podnoszą energię fotonów do wyższych częstotliwości. Wybierz swój wybór.

Istnieje nadzieja, że ​​te mechanizmy można w jakiś sposób połączyć, aby wyjaśnić strukturę danych, które widzą astronomowie: rozbłyski, poświaty i różne skale czasowe, w których to się dzieje.

Ale strach, który budzi Ljutikow, polega na tym, że procesy te są tak złożone, że na zawsze pozostaną poza ludzkim zrozumieniem.

To nadmiernie pesymistyczne. Postępy w wielu dziedzinach astrofizyki są ograniczone przez brak danych. Wyjątek stanowi astronomia promieni gamma, przynajmniej na razie. Nie można zaprzeczyć złożoności, jaką reprezentują te dane. Ale to, co przedstawia ten stan rzeczy, jest złotą szansą dla astrofizyków nowego pokolenia: ekscytujący problem, który po prostu wymaga rozwiązania.

Nr ref.: arxiv.org/abs/0911.0349 : Wybuchy promieni gamma: Powrót do tablicy

ukryć