_ Gamma-ray bursts : Recoltarea cunoștințelor din cele mai puternice explozii ale universului

Cele mai puternice evenimente din universul cunoscut — exploziile de raze gamma (GRB) — sunt izbucniri de scurtă durată ale luminii cu cea mai mare energie. Ele pot erupe cu un quintilion (un 10 urmat de 18 zerouri) de ori mai mare decât luminozitatea soarelui nostru. Acum gândite că anunță nașterea de noi găuri negre, acestea au fost descoperite accidental.

Povestea de fundal ne duce în 1963, când Forțele Aeriene ale SUA au lansat sateliții Vela pentru a detecta razele gamma din testele de arme nucleare interzise. Statele Unite tocmai semnaseră un tratat cu Regatul Unit și Uniunea Sovietică pentru a interzice testele în atmosfera Pământului, iar sateliții Vela au asigurat respectarea tuturor părților. În schimb, sateliții au dat peste 16 evenimente cu raze gamma.

Până în 1973, oamenii de știință au putut exclude faptul că atât Pământul, cât și Soarele au fost sursele acestor erupții strălucitoare. Atunci astronomii de la Laboratorul Național Los Alamos au publicat prima lucrare care anunță că aceste explozii provin dincolo de sistemul nostru solar.

Oamenii de știință de la Goddard Space Flight Center al NASA au confirmat rapid rezultatele printr-un detector de raze X pe satelitul IMP 6 . Ar fi nevoie de încă două decenii și de contribuții din partea BeppoSax al Agenției Spațiale Italiene și a Observatorului Compton Gamma-Ray de la NASA pentru a arăta că aceste izbucniri au loc cu mult dincolo de galaxia noastră Calea Lactee, sunt distribuite uniform pe cer și sunt extraordinar de puternice. Cel mai apropiat GRB înregistrat a avut loc la mai mult de 100 de milioane de ani lumină distanță.

Deși au fost descoperite întâmplător, GRB-urile s-au dovedit neprețuite pentru cercetătorii de astăzi. Aceste fulgerări de lumină sunt bogate în perspectivă asupra fenomenelor precum sfârșitul vieții stelelor foarte masive sau formarea găurilor negre în galaxii îndepărtate.

Totuși, au mai rămas o mulțime de pietre prețioase științifice de descoperit. În 2017, GRB-urile au fost legate pentru prima dată de undele gravitaționale – ondulații în țesătura spațiu-timpului – conducându-ne către o mai bună înțelegere a modului în care funcționează aceste evenimente.

Astronomii separă GRB-urile în două clase principale: scurte ( unde explozia inițială de raze gamma durează mai puțin de două secunde) și evenimente lungi (care durează două secunde sau mai mult).

De asemenea, exploziile mai scurte produc mai puține raze gamma în general, ceea ce îi determină pe cercetători să emită ipoteza că cele două clase au avut originea. din diferite sisteme progenitoare.

Astronomii asociază acum exploziile scurte cu ciocnirea fie a două stele neutronice, fie a unei stele neutronice și a unei gauri negre, rezultând o gaură neagră și o explozie de scurtă durată. GRB-urile scurte sunt uneori urmate de kilonovae, lumină produsă de dezintegrarea radioactivă a elementelor chimice. Această dezintegrare generează elemente și mai grele, cum ar fi aurul, argintul și platina.

Erupțiile lungi sunt legate de moartea explozivă a stelelor masive. Când o stea de masă mare rămâne fără combustibil nuclear, miezul ei se prăbușește și apoi revine, conducând o undă de șoc spre exterior prin stea. Astronomii văd această explozie ca pe o supernovă. Miezul poate forma fie o stea neutronică, fie o gaură neagră.

În ambele clase, gaura neagră nou-născută emite raze în direcții opuse. Jeturile, formate din particule accelerate până aproape de viteza luminii, străpung și în cele din urmă interacționează cu materialul înconjurător, emițând raze gamma atunci când o fac.

Această schiță generală nu este însă ultimul cuvânt. Cu cât studiază mai mult astronomii GRB, cu atât este mai probabil să întâmpine evenimente care contestă clasificările actuale.

În august 2020, telescopul spațial cu raze gamma Fermi de la NASA a urmărit o a doua explozie numită GRB 200826A, mai mult de La 6 miliarde de ani lumină distanță. Ar fi trebuit să se încadreze în clasa de explozie scurtă, declanșată de fuziuni de obiecte compacte.

Cu toate acestea, alte caracteristici ale acestui eveniment - cum ar fi supernova pe care a creat-o - au sugerat că a provenit din prăbușirea unei stele masive. Astronomii cred că această explozie s-ar putea să se fi dispărut înainte de a putea atinge durata tipică pentru exploziile lungi.

Fermi și Observatorul Swift Neil Gehrels de la NASA au capturat numărul său opus, GRB 211211A, în decembrie 2021. Situat la un miliard de ani lumină. departe, explozia a durat aproximativ un minut. Deși acest lucru îl face un GRB lung, a fost urmat de o kilonova, ceea ce sugerează că a fost declanșat de o fuziune. Unii cercetători atribuie ciudateniile acestei explozii unei stele neutronice care fuzionează cu un partener al unei găuri negre.

Pe măsură ce astronomii descoperă mai multe explozii care durează câteva ore, s-ar putea să mai existe o nouă clasă în devenire: GRB-uri ultra-lungi. Energia creată de moartea unei stele de masă mare probabil că nu poate susține o explozie atât de mult timp, așa că oamenii de știință trebuie să caute origini diferite.

Unii cred că exploziile ultra-lungi apar de la magnetari nou-născuți - neutroni. stele cu viteze rapide de rotație și câmpuri magnetice de o mie de ori mai puternice decât media. Alții spun că această nouă clasă necesită puterea celor mai mari rezidenți stelari ai universului, supergiganții albaștri. Cercetătorii continuă să exploreze GRB-uri ultralungi.

Deși razele gamma sunt cea mai energetică formă de lumină, cu siguranță nu sunt cele mai ușor de observat. Ochii noștri văd doar o bandă îngustă a spectrului electromagnetic. Studierea oricărei lumini din afara acestui interval, cum ar fi razele gamma, depinde strâns de instrumentele dezvoltate de oamenii de știință și inginerii noștri. Această nevoie de tehnologie, alături de natura deja trecătoare a GRB-urilor, a făcut ca exploziile să fie mai dificil de studiat în primii ani.

Lucirile ulterioare GRB apar atunci când materialul din jeturi interacționează cu gazul din jur.

Afterlumines. emit radio, infraroșu, optică, UV, raze X, precum și lumină cu raze gamma, care oferă mai multe date despre explozia originală. Luminile ulterioare persistă, de asemenea, cu ore până la zile (sau chiar ani) mai mult decât explozia lor inițială, creând mai multe oportunități de descoperire.

Studiarea strălucirilor ulterioare a devenit cheia pentru deducerea forțelor motrice din spatele diferitelor explozii. În explozii lungi, pe măsură ce strălucirea ulterioară se estompează, oamenii de știință văd în cele din urmă sursa strălucindu-se din nou pe măsură ce supernova subiacentă devine detectabilă.

Deși lumina este cel mai rapid călător al universului, ea nu poate ajunge la noi instantaneu. Până când detectăm o explozie, s-ar putea să fi trecut milioane până la miliarde de ani, permițându-ne să sondam o parte din universul timpuriu prin străluciri îndepărtate.

În ciuda cercetărilor ample efectuate până acum, înțelegerea noastră despre GRB este departe de a fi completă. Fiecare nouă descoperire adaugă noi fațete modelelor de explozie de raze gamma ale oamenilor de știință.

Fermi și Swift au descoperit unul dintre aceste evenimente revoluționare în 2022 cu GRB 221009A, o explozie atât de strălucitoare încât a orbit temporar majoritatea gamma-spațiale. instrumente cu raze. Se estimează că un GRB de această magnitudine va avea loc o dată la 10.000 de ani, ceea ce îl face probabil cel mai mare eveniment de luminozitate la care a fost martor civilizația umană. Prin urmare, astronomii l-au numit cel mai strălucitor din toate timpurile – sau BARCA.

Aceasta este una dintre cele mai apropiate explozii lungi văzute vreodată la momentul descoperirii sale, oferind oamenilor de știință o privire mai atentă asupra funcționării interioare a nu numai GRB-uri, dar și structura Căii Lactee. Privind în BARCĂ, ei au descoperit unde radio lipsă în alte modele și au urmărit reflexiile cu raze X pentru a mapa norii de praf ascunși ai galaxiei noastre.

GRB-urile ne conectează, de asemenea, la unul dintre cei mai căutați din univers. după mesageri. Undele gravitaționale sunt distorsiuni invizibile ale spațiului-timp, născute din evenimente cataclismice precum coliziunile cu stele neutroni. Gândiți-vă la spațiu-timp ca la pătura atotcuprinzătoare a universului, cu undele gravitaționale ca valuri care plutesc prin material.

În 2017, Fermi a observat fulgerul cu raze gamma a unei fuziuni cu stele neutroni la doar 1,7 secunde după ce undele gravitaționale au fost detectate din aceeași sursă. După ce au călătorit 130 de milioane de ani lumină, undele gravitaționale au ajuns pe Pământ cu puțin timp înaintea razelor gamma, ceea ce demonstrează că undele gravitaționale călătoresc cu viteza luminii.

Oamenii de știință nu detectaseră niciodată călătoria comună a undelor gravitaționale și a luminii până la capăt. la pământ. Acești mesageri combinați pictează o imagine mai vie a stelelor neutronice care fuzionează.

Cu cercetările continue, cunoștințele noastre în continuă evoluție despre GRB ar putea dezlega țesătura nevăzută a universului nostru. Dar explozia reală este doar vârful aisbergului. O mulțime nesfârșită de informații se profilează chiar sub suprafață, gata pentru recoltare.

(Fluierul)