Ketertarikan besar pada astrofisika dan kosmologi modern adalah kelas fenomena khusus yang disebut ledakan sinar gamma. Selama beberapa dekade, dan terutama secara aktif dalam beberapa tahun terakhir, ilmu pengetahuan telah mengumpulkan data pengamatan mengenai fenomena kosmik skala besar ini. Sifatnya belum sepenuhnya dijelaskan, tetapi ada model teoretis yang cukup kuat yang mengklaim dapat menjelaskannya.
Konsep fenomena
Radiasi gamma adalah wilayah tersulit dari spektrum elektromagnetik, yang dibentuk oleh foton frekuensi tinggi dari sekitar 6∙1019 Hz. Panjang gelombang sinar gamma dapat sebanding dengan ukuran atom, dan juga dapat beberapa kali lipat lebih kecil.
Ledakan sinar gamma adalah ledakan sinar gamma kosmik yang singkat dan sangat terang. Durasinya bisa dari beberapa puluh milidetik hingga beberapa ribu detik; paling sering terdaftarberkedip berlangsung sekitar satu detik. Kecerahan semburan bisa signifikan, ratusan kali lebih tinggi dari total kecerahan langit dalam rentang gamma lembut. Energi karakteristik berkisar dari beberapa puluh hingga ribuan kiloelektronvolt per kuantum radiasi.
Sumber suar tersebar merata di seluruh bola langit. Telah terbukti bahwa sumber mereka sangat jauh, pada jarak kosmologis dalam orde miliaran tahun cahaya. Fitur lain dari semburan adalah profil pengembangannya yang bervariasi dan kompleks, atau dikenal sebagai kurva cahaya. Registrasi fenomena ini terjadi hampir setiap hari.
Riwayat studi
Penemuan terjadi pada tahun 1969 saat memproses informasi dari satelit Vela militer Amerika. Ternyata pada tahun 1967, satelit merekam dua pulsa pendek radiasi gamma, yang tidak dapat diidentifikasi oleh anggota tim dengan apa pun. Selama bertahun-tahun, jumlah acara semacam itu telah meningkat. Pada tahun 1973, data Vela dibuka dan dipublikasikan, dan penelitian ilmiah dimulai pada fenomena tersebut.
Pada akhir 1970-an dan awal 1980-an di Uni Soviet, serangkaian eksperimen KONUS membuktikan keberadaan semburan pendek berdurasi hingga 2 detik, dan juga membuktikan bahwa semburan radiasi gamma terdistribusi secara acak.
Pada tahun 1997, fenomena "pijaran sisa" ditemukan - peluruhan lambat dari ledakan pada panjang gelombang yang lebih panjang. Setelah itu, para ilmuwan untuk pertama kalinya berhasil mengidentifikasi peristiwa tersebut dengan objek optik - galaksi pergeseran merah yang sangat jauh.z=0, 7. Ini memungkinkan untuk mengkonfirmasi sifat kosmologis dari fenomena tersebut.
Pada tahun 2004, observatorium sinar gamma orbital Swift diluncurkan, dengan bantuan yang memungkinkan untuk dengan cepat mengidentifikasi peristiwa rentang gamma dengan sinar-X dan sumber radiasi optik. Saat ini, beberapa perangkat lagi beroperasi di orbit, termasuk Teleskop Luar Angkasa Sinar Gamma. Fermi.
Klasifikasi
Saat ini, berdasarkan fitur yang diamati, dua jenis semburan sinar gamma dibedakan:
- Long, ditandai dengan durasi 2 detik atau lebih. Ada sekitar 70% dari wabah tersebut. Durasi rata-rata mereka adalah 20-30 detik, dan durasi maksimum yang tercatat dari suar GRB 130427A adalah lebih dari 2 jam. Ada sudut pandang yang menurutnya peristiwa panjang seperti itu (sekarang ada tiga di antaranya) harus dibedakan sebagai tipe khusus dari ledakan ultra-panjang.
- Singkat. Mereka berkembang dan memudar dalam kerangka waktu yang sempit - kurang dari 2 detik, tetapi rata-rata berlangsung sekitar 0,3 detik. Pemegang rekor sejauh ini adalah flash, yang hanya bertahan 11 milidetik.
Selanjutnya, kita akan melihat kemungkinan penyebab GRB dari dua jenis utama.
Gema hipernova
Menurut sebagian besar astrofisikawan, ledakan panjang adalah hasil dari runtuhnya bintang yang sangat masif. Ada model teoretis yang menggambarkan bintang yang berputar cepat dengan massa lebih dari 30 massa matahari, yang pada akhir masa hidupnya memunculkan lubang hitam. Disk akresiobjek seperti itu, kolapsar, muncul karena materi selubung bintang yang dengan cepat jatuh ke lubang hitam. Lubang hitam menelannya dalam beberapa detik.
Akibatnya, pancaran gas ultrarelativistik kutub yang kuat terbentuk - pancaran. Kecepatan aliran keluar materi dalam jet mendekati kecepatan cahaya, suhu, dan medan magnet di wilayah ini sangat besar. Jet semacam itu mampu menghasilkan fluks radiasi gamma. Fenomena itu disebut hipernova, dengan analogi dengan istilah "supernova".
Banyak dari semburan panjang sinar gamma cukup andal diidentifikasi dengan supernova dengan spektrum yang tidak biasa di galaksi jauh. Pengamatan mereka dalam jangkauan radio menunjukkan kemungkinan adanya jet ultrarelativistik.
Tabrakan bintang neutron
Menurut model, ledakan pendek terjadi ketika bintang neutron masif atau pasangan lubang hitam bintang neutron bergabung. Peristiwa semacam itu telah menerima nama khusus - "kilon", karena energi yang dipancarkan dalam proses ini dapat melebihi pelepasan energi bintang-bintang baru sebanyak tiga kali lipat.
Sepasang komponen supermasif pertama-tama membentuk sistem biner yang memancarkan gelombang gravitasi. Akibatnya, sistem kehilangan energi, dan komponen-komponennya dengan cepat jatuh satu sama lain di sepanjang lintasan spiral. Penggabungan mereka menghasilkan objek yang berputar cepat dengan medan magnet yang kuat dari konfigurasi khusus, yang karenanya, sekali lagi, jet ultrarelativistik terbentuk.
Simulasi menunjukkan bahwa hasilnya adalah lubang hitam dengan toroid plasma akresi yang jatuh ke lubang hitam dalam 0,3 detik. Keberadaan jet ultrarelativistik yang dihasilkan oleh akresi berlangsung dalam jumlah waktu yang sama. Data observasi umumnya konsisten dengan model ini.
Pada bulan Agustus 2017, detektor gelombang gravitasi LIGO dan Virgo mendeteksi penggabungan bintang neutron di galaksi yang berjarak 130 juta tahun cahaya. Parameter numerik kilonova ternyata tidak persis sama dengan prediksi simulasi. Namun peristiwa gelombang gravitasi itu disertai dengan ledakan pendek dalam kisaran sinar gamma, serta efek pada panjang gelombang sinar-X hingga inframerah.
Kilat aneh
Pada 14 Juni 2006, Swift Gamma Observatory mendeteksi peristiwa yang tidak biasa di galaksi yang tidak terlalu besar yang terletak 1,6 miliar tahun cahaya jauhnya. Karakteristiknya tidak sesuai dengan parameter kedipan panjang dan pendek. Ledakan sinar gamma GRB 060614 memiliki dua pulsa: pertama, pulsa keras kurang dari 5 detik, dan kemudian "ekor" 100 detik sinar gamma yang lebih lembut. Tanda-tanda supernova di galaksi tidak dapat dideteksi.
Belum lama ini peristiwa serupa telah diamati, tetapi sekitar 8 kali lebih lemah. Jadi hybrid surge ini belum sesuai dengan kerangka model teoritis.
Ada beberapa hipotesis tentang asal mula ledakan sinar gamma anomali GRB 060614. Di-Pertama, kita dapat berasumsi bahwa itu sangat panjang, dan fitur aneh disebabkan oleh beberapa keadaan tertentu. Kedua, lampu kilatnya pendek, dan "ekor" acara untuk beberapa alasan menjadi panjang. Ketiga, dapat diasumsikan bahwa astrofisikawan telah menemukan jenis ledakan baru.
Ada juga hipotesis yang benar-benar eksotis: pada contoh GRB 060614, para ilmuwan menemukan apa yang disebut "lubang putih". Ini adalah wilayah hipotetis ruang-waktu yang memiliki horizon peristiwa, tetapi bergerak sepanjang sumbu waktu yang berlawanan dengan lubang hitam normal. Pada prinsipnya, persamaan teori relativitas umum memprediksi keberadaan lubang putih, tetapi tidak ada prasyarat untuk identifikasi mereka dan tidak ada ide teoretis tentang mekanisme pembentukan objek semacam itu. Kemungkinan besar, hipotesis romantis harus ditinggalkan dan fokus pada penghitungan ulang model.
Potensi bahaya
Ledakan sinar gamma di Alam Semesta ada di mana-mana dan cukup sering terjadi. Sebuah pertanyaan alami muncul: apakah mereka menimbulkan bahaya bagi Bumi?
Secara teoritis menghitung konsekuensi bagi biosfer, yang dapat menyebabkan radiasi gamma yang intens. Jadi, dengan pelepasan energi 1052 erg (yang sesuai dengan 1039 MJ atau sekitar 3.3∙1038kWh) dan jarak 10 tahun cahaya, efek ledakannya akan menjadi bencana besar. Telah dihitung bahwa pada setiap sentimeter persegi permukaan bumi di belahan bumi yang akan mengalami kemalangan akan terkena sinar gammaaliran, 1013 erg, atau 1 MJ, atau 0,3 kWh energi akan dilepaskan. Belahan bumi lainnya juga tidak akan bermasalah - semua makhluk hidup akan mati di sana, tetapi beberapa saat kemudian, karena efek sekunder.
Namun, mimpi buruk seperti itu tidak mungkin mengancam kita: sama sekali tidak ada bintang di dekat Matahari yang dapat memberikan pelepasan energi yang begitu dahsyat. Nasib menjadi lubang hitam atau bintang neutron juga tidak mengancam bintang yang dekat dengan kita.
Tentu saja, ledakan sinar gamma akan menimbulkan ancaman serius bagi biosfer dan pada jarak yang jauh lebih besar, namun, harus diingat bahwa radiasinya tidak merambat secara isotropik, tetapi dalam aliran yang agak sempit, dan kemungkinan jatuh ke dalamnya dari Bumi jauh lebih kecil daripada yang biasanya tidak diperhatikan.
Perspektif Belajar
Ledakan sinar gamma kosmik telah menjadi salah satu misteri astronomi terbesar selama hampir setengah abad. Sekarang tingkat pengetahuan tentang mereka jauh lebih maju karena perkembangan pesat alat observasi (termasuk yang luar angkasa), pemrosesan data dan pemodelan.
Misalnya, belum lama ini sebuah langkah penting diambil dalam mengklarifikasi asal usul fenomena ledakan. Saat menganalisis data dari satelit Fermi, ditemukan bahwa radiasi gamma dihasilkan oleh tumbukan proton jet ultrarelativistik dengan proton gas antarbintang, dan detail proses ini disempurnakan.
Ini seharusnya menggunakan sisa-sisa peristiwa jauh untuk pengukuran yang lebih akurat dari distribusi gas antargalaksi hingga jarak yang ditentukan oleh pergeseran merah Z=10.
Pada saat yang samaSebagian besar sifat ledakan masih belum diketahui, dan kita harus menunggu munculnya fakta baru yang menarik dan kemajuan lebih lanjut dalam mempelajari objek-objek ini.
