Ժամանակակից աստղաֆիզիկայի և տիեզերագիտության նկատմամբ մեծ հետաքրքրություն է ներկայացնում երևույթների հատուկ դասը, որը կոչվում է գամմա ճառագայթների պայթյուն: Մի քանի տասնամյակների ընթացքում, և հատկապես վերջին տարիներին, գիտությունը դիտողական տվյալներ է կուտակում այս լայնածավալ տիեզերական երևույթի վերաբերյալ։ Դրա բնույթը դեռ լիովին պարզաբանված չէ, սակայն կան բավականաչափ հիմնավորված տեսական մոդելներ, որոնք պնդում են, որ դա բացատրում են:
Երևույթի հայեցակարգը
Գամմա ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական սպեկտրի ամենադժվար շրջանն է, որը ձևավորվում է բարձր հաճախականությամբ ֆոտոնների կողմից մոտավորապես 6∙1019 Հց-ից: Գամմա ճառագայթների ալիքի երկարությունները կարող են համեմատելի լինել ատոմի չափի հետ, ինչպես նաև կարող են լինել մի քանի կարգով ավելի փոքր:
Գամմա-ճառագայթը տիեզերական գամմա ճառագայթների համառոտ և չափազանց պայծառ պոռթկում է: Դրա տևողությունը կարող է լինել մի քանի տասնյակ միլիվայրկյանից մինչև մի քանի հազար վայրկյան; առավել հաճախ գրանցվում էբռնկումներ, որոնք տևում են մոտ մեկ վայրկյան: Պայթյունների պայծառությունը կարող է նշանակալի լինել՝ հարյուրավոր անգամ ավելի բարձր, քան երկնքի ընդհանուր պայծառությունը փափուկ գամմա տիրույթում: Բնութագրական էներգիաները տատանվում են մի քանի տասնյակից մինչև հազարավոր կիլոէլեկտրոնվոլտ մեկ ճառագայթման քվանտում:
Բոցավառումների աղբյուրները հավասարաչափ բաշխված են երկնային ոլորտում։ Ապացուցված է, որ դրանց աղբյուրները չափազանց հեռու են՝ միլիարդավոր լուսային տարիների տիեզերական հեռավորությունների վրա։ Պոռթկումների մեկ այլ առանձնահատկությունը դրանց զարգացման բազմազան և բարդ պրոֆիլն է, որն այլ կերպ հայտնի է որպես լույսի կոր: Այս երեւույթի գրանցումը տեղի է ունենում գրեթե ամեն օր։
Ուսումնառության պատմություն
Հայտնագործությունը տեղի է ունեցել 1969 թվականին ամերիկյան ռազմական Vela արբանյակներից ստացված տեղեկատվության մշակման ժամանակ: Պարզվել է, որ 1967 թվականին արբանյակները գրանցել են գամմա ճառագայթման երկու կարճ իմպուլսներ, որոնք թիմի անդամները ոչնչով չեն կարողացել նույնացնել։ Տարիների ընթացքում նման միջոցառումների թիվն ավելացել է։ 1973 թվականին Վելայի տվյալները գաղտնազերծվեցին և հրապարակվեցին, և այդ երևույթի վերաբերյալ սկսեցին գիտական հետազոտություններ։
1970-ականների վերջին և 1980-ականների սկզբին Խորհրդային Միությունում KONUS-ի մի շարք փորձարկումներ հաստատեցին մինչև 2 վայրկյան տևողությամբ կարճ պոռթկումների գոյությունը, ինչպես նաև ապացուցեցին, որ գամմա ճառագայթման պոռթկումները պատահականորեն բաշխված են:
1997թ.-ին հայտնաբերվեց «հետապայծառ» ֆենոմենը՝ ավելի երկար ալիքների երկարությամբ պոռթկումների դանդաղ քայքայումը: Դրանից հետո գիտնականներին առաջին անգամ հաջողվեց նույնացնել իրադարձությունը օպտիկական օբյեկտի հետ՝ շատ հեռավոր կարմիր շեղման գալակտիկայի:z=0, 7. Դա հնարավորություն տվեց հաստատել երեւույթի տիեզերաբանական բնույթը։
2004 թվականին գործարկվեց Swift ուղեծրային գամմա-ճառագայթների աստղադիտարանը, որի օգնությամբ հնարավոր դարձավ արագ նույնականացնել գամմա տիրույթի իրադարձությունները ռենտգենյան և օպտիկական ճառագայթման աղբյուրներով։ Ներկայումս ուղեծրում գործում են ևս մի քանի սարքեր, այդ թվում՝ գամմա-ճառագայթների տիեզերական աստղադիտակը։ Ֆերմի.
Դասակարգում
Ներկայումս, ելնելով դիտարկված հատկանիշներից, առանձնանում են գամմա-ճառագայթների պոռթկումների երկու տեսակ՝
- Երկար, բնութագրվում է 2 վայրկյան կամ ավելի տևողությամբ: Նման բռնկումների մոտ 70%-ը կա։ Դրանց միջին տեւողությունը 20–30 վայրկյան է, իսկ GRB 130427A բռնկման առավելագույն գրանցված տեւողությունը եղել է ավելի քան 2 ժամ։ Կա տեսակետ, ըստ որի՝ նման երկար իրադարձությունները (այժմ դրանք երեքն են) պետք է առանձնացնել որպես գերերկարատև պոռթկումների հատուկ տեսակ։
- Կարճ. Դրանք զարգանում և մարում են նեղ ժամանակում` 2 վայրկյանից պակաս, բայց միջինում տևում են մոտ 0,3 վայրկյան: Մինչ այժմ ռեկորդակիրը ֆլեշն է, որը տևեց ընդամենը 11 միլիվայրկյան։
Հաջորդում մենք կանդրադառնանք երկու հիմնական տիպերի GRB-ների ամենահավանական պատճառներին:
Հիպերնովայի արձագանքներ
Աստղաֆիզիկոսների մեծամասնության կարծիքով՝ երկարատև պոռթկումները չափազանց մեծ զանգված ունեցող աստղերի փլուզման արդյունք են: Գոյություն ունի տեսական մոդել, որը նկարագրում է 30-ից ավելի արեգակնային զանգված ունեցող արագ պտտվող աստղը, որն իր կյանքի վերջում առաջացնում է սև խոռոչ։ Ակտիվացման սկավառակայդպիսի առարկա՝ կոլապսար, առաջանում է այն պատճառով, որ աստղային ծրարն արագորեն ընկնում է սև խոռոչի վրա։ Սև խոռոչը մի քանի վայրկյանում կուլ է տալիս նրան։
Արդյունքում առաջանում են հզոր բևեռային ուլտրարելատիվիստական գազային շիթեր՝ շիթեր։ Շիթերում նյութի արտահոսքի արագությունը մոտ է լույսի արագությանը, ջերմաստիճանը, իսկ մագնիսական դաշտերը այս տարածաշրջանում հսկայական են։ Նման շիթն ունակ է առաջացնել գամմա ճառագայթման հոսք։ Երևույթը կոչվում էր հիպերնովա՝ «գերնորով» տերմինի համեմատությամբ։
Գամմա ճառագայթների երկարատև պոռթկումներից շատերը բավականին հուսալիորեն նույնացվում են հեռավոր գալակտիկաներում արտասովոր սպեկտրով գերնոր աստղերի հետ: Նրանց դիտարկումը ռադիոտիրույթում ցույց տվեց ուլտրարելատիվիստական շիթերի հնարավոր գոյությունը:
Նեյտրոնային աստղերի բախումներ
Ըստ մոդելի, կարճ պոռթկումները տեղի են ունենում, երբ զանգվածային նեյտրոնային աստղերը կամ նեյտրոնային աստղ-սև անցք զույգը միաձուլվում են: Նման իրադարձությունը ստացել է հատուկ անվանում՝ «կիլոն», քանի որ այս գործընթացում արտանետվող էներգիան կարող է երեք կարգով գերազանցել նոր աստղերի էներգիայի արտազատումը։
։
Գերզանգվածային բաղադրիչների զույգը սկզբում ձևավորում է գրավիտացիոն ալիքներ արձակող երկուական համակարգ: Արդյունքում համակարգը կորցնում է էներգիան, և դրա բաղադրիչները արագորեն ընկնում են միմյանց վրա պարուրաձև հետագծերով: Նրանց միաձուլումը առաջացնում է արագ պտտվող առարկա՝ հատուկ կոնֆիգուրացիայի ուժեղ մագնիսական դաշտով, որի շնորհիվ կրկին առաջանում են ուլտրառելատիվիստական շիթեր։
Սիմուլյացիան ցույց է տալիս, որ արդյունքը սև խոռոչ է, որի պլազմային կուտակիչ տորոիդը ընկնում է սև խոռոչի վրա 0,3 վայրկյանում: Ակտիվացման արդյունքում առաջացած ուլտրարելատիվիստական շիթերի գոյությունը տևում է նույնքան ժամանակ: Դիտարկման տվյալները ընդհանուր առմամբ համապատասխանում են այս մոդելին:
2017 թվականի օգոստոսին գրավիտացիոն ալիքների LIGO և Virgo դետեկտորները հայտնաբերել են նեյտրոնային աստղերի միաձուլում 130 միլիոն լուսային տարի հեռավորության վրա գտնվող գալակտիկայում: Կիլոնովայի թվային պարամետրերը պարզվեց, որ այնքան էլ նույնը չէին, ինչ կանխատեսում էր սիմուլյացիան: Սակայն գրավիտացիոն ալիքի իրադարձությունը ուղեկցվում էր գամմա ճառագայթների տիրույթում կարճ պոռթկումով, ինչպես նաև ռենտգենյան ճառագայթների մինչև ինֆրակարմիր ալիքների երկարություններով:
Տարօրինակ ֆլեշ
2006 թվականի հունիսի 14-ին Swift Gamma աստղադիտարանը հայտնաբերեց անսովոր իրադարձություն ոչ շատ զանգվածային գալակտիկայում, որը գտնվում է 1,6 միլիարդ լուսատարի հեռավորության վրա: Դրա բնութագրերը չէին համապատասխանում ինչպես երկար, այնպես էլ կարճ շողերի պարամետրերին։ GRB 060614 գամմա-ճառագայթների պոռթկումն ուներ երկու իմպուլս՝ նախ՝ 5 վայրկյանից պակաս երկարությամբ կոշտ զարկերակ, իսկ հետո ավելի մեղմ գամմա ճառագայթների 100 վայրկյանանոց «պոչ»: Գալակտիկայում գերնոր աստղի նշաններ չեն կարող հայտնաբերվել։
Ոչ վաղ անցյալում նմանատիպ իրադարձություններ արդեն նկատվել էին, բայց դրանք մոտ 8 անգամ ավելի թույլ էին։ Այսպիսով, այս հիբրիդային ալիքը դեռ չի տեղավորվում տեսական մոդելի շրջանակում:
Կան մի քանի վարկածներ GRB 060614 գամմա-ճառագայթների անոմալ պոռթկման ծագման վերաբերյալ: ներսՆախ, կարելի է ենթադրել, որ այն իսկապես երկար է, և տարօրինակ առանձնահատկությունները պայմանավորված են որոշ կոնկրետ հանգամանքներով։ Երկրորդ, ֆլեշը կարճ էր, և իրադարձության «պոչը» ինչ-ինչ պատճառներով ձեռք բերեց մեծ երկարություն։ Երրորդ, կարելի է ենթադրել, որ աստղաֆիզիկոսները բախվել են նոր տեսակի պոռթկումների։
Կա նաև միանգամայն էկզոտիկ վարկած՝ GRB 060614-ի օրինակով գիտնականները հանդիպել են այսպես կոչված «սպիտակ փոսին»։ Սա տարածություն-ժամանակի հիպոթետիկ շրջան է, որն ունի իրադարձության հորիզոն, բայց շարժվում է ժամանակի առանցքի երկայնքով սովորական սև խոռոչի հակառակ կողմում: Սկզբունքորեն, հարաբերականության ընդհանուր տեսության հավասարումները կանխատեսում են սպիտակ անցքերի գոյությունը, սակայն չկան դրանց նույնականացման նախադրյալներ և տեսական պատկերացումներ այդպիսի օբյեկտների ձևավորման մեխանիզմների մասին։ Ամենայն հավանականությամբ, ռոմանտիկ վարկածը պետք է լքվի և կենտրոնանա մոդելների վերահաշվարկի վրա։
Պոտենցիալ վտանգ
Գամմա-ճառագայթների պայթյունները Տիեզերքում ամենուր են և տեղի են ունենում բավականին հաճախ: Բնական հարց է ծագում՝ դրանք վտանգ ներկայացնու՞մ են Երկրի համար։
Տեսականորեն հաշվարկել են կենսոլորտի հետևանքները, որոնք կարող են առաջացնել ինտենսիվ գամմա ճառագայթում: Այսպիսով, 1052 erg-ի էներգիայի արտանետմամբ (որը համապատասխանում է 1039 ՄՋ կամ մոտ 3,3∙1038 կՎտժ) և 10 լուսային տարի հեռավորության վրա, պայթյունի ազդեցությունը աղետալի կլինի: Հաշվարկվել է, որ Երկրի մակերևույթի յուրաքանչյուր քառակուսի սանտիմետր կիսագնդում, որը դժբախտություն կունենար հարվածել գամմա ճառագայթներին.հոսք, կթողարկվի 1013 erg, կամ 1 ՄՋ կամ 0,3 կՎտժ էներգիա: Մյուս կիսագունդը նույնպես դժվարության չի գա՝ այնտեղ բոլոր կենդանի արարածները կմեռնեն, բայց մի փոքր ուշ՝ երկրորդական ազդեցությունների պատճառով։
Սակայն դժվար թե նման մղձավանջը մեզ սպառնա. Արեգակի մոտ պարզապես աստղեր չկան, որոնք կարող են ապահովել էներգիայի նման հրեշավոր արտազատում: Սև խոռոչ կամ նեյտրոնային աստղ դառնալու ճակատագիրը չի սպառնում նաև մեզ մոտ գտնվող աստղերին։
Իհարկե, գամմա-ճառագայթների պոռթկումը լուրջ վտանգ կստեղծի կենսոլորտի համար և շատ ավելի մեծ հեռավորության վրա, այնուամենայնիվ, պետք է նկատի ունենալ, որ դրա ճառագայթումը տարածվում է ոչ թե իզոտրոպիկ, այլ բավականին նեղ հոսքով:, և Երկրից դրա մեջ ընկնելու հավանականությունը շատ ավելի քիչ է, քան ընդհանուր առմամբ չի նկատվում:
Ուսուցման հեռանկարներ
Տիեզերական գամմա-ճառագայթների պոռթկումները գրեթե կես դար ամենամեծ աստղագիտական առեղծվածներից մեկն են: Այժմ դրանց մասին գիտելիքների մակարդակը շատ բարձր է՝ շնորհիվ դիտորդական գործիքների (ներառյալ տիեզերական), տվյալների մշակման և մոդելավորման արագ զարգացման:
Օրինակ, ոչ վաղ անցյալում մի կարևոր քայլ արվեց պայթյունի երևույթի ծագումը պարզելու ուղղությամբ։ Ֆերմի արբանյակից ստացված տվյալները վերլուծելիս պարզվել է, որ գամմա ճառագայթումն առաջանում է ուլտրարելատիվիստական շիթերի պրոտոնների բախումից միջաստղային գազի պրոտոնների հետ, և այս գործընթացի մանրամասները զտվել են։
Ենթադրվում է, որ այն կօգտագործի հեռավոր իրադարձությունների հետփայլը միջգալակտիկական գազի բաշխման ավելի ճշգրիտ չափումների համար մինչև Z=10 կարմիր շեղումով որոշված հեռավորությունները:
Միևնույն ժամանակՊոռթկումների բնույթի մեծ մասը դեռևս անհայտ է, և մենք պետք է սպասենք նոր հետաքրքիր փաստերի ի հայտ գալուն և այդ օբյեկտների ուսումնասիրության հետագա առաջընթացին:
