დიდი ინტერესი თანამედროვე ასტროფიზიკისა და კოსმოლოგიისთვის არის ფენომენების განსაკუთრებული კლასი, რომელსაც ეწოდება გამა-სხივების აფეთქება. რამდენიმე ათეული წელია და განსაკუთრებით ბოლო წლებში აქტიურად მეცნიერება აგროვებს დაკვირვების მონაცემებს ამ ფართომასშტაბიანი კოსმოსური ფენომენის შესახებ. მისი ბუნება ჯერ კიდევ არ არის ბოლომდე ახსნილი, მაგრამ არსებობს საკმარისად დასაბუთებული თეორიული მოდელები, რომლებიც ამტკიცებენ მის ახსნას.
ფენომენის კონცეფცია
გამა გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური სპექტრის უმძიმესი რეგიონი, რომელიც წარმოიქმნება მაღალი სიხშირის ფოტონების მიერ დაახლოებით 6∙1019 ჰც. გამა სხივების ტალღის სიგრძე შეიძლება შედარდეს ატომის ზომასთან და ასევე შეიძლება იყოს რამდენიმე რიგით მცირე ზომის.
გამა-სხივების აფეთქება არის კოსმოსური გამა-სხივების მოკლე და უკიდურესად კაშკაშა აფეთქება. მისი ხანგრძლივობა შეიძლება იყოს რამდენიმე ათეული მილიწამიდან რამდენიმე ათას წამამდე; ყველაზე ხშირად რეგისტრირებულიციმციმები გრძელდება დაახლოებით ერთი წამი. აფეთქებების სიკაშკაშე შეიძლება იყოს მნიშვნელოვანი, ასობით ჯერ აღემატება ცის მთლიან სიკაშკაშეს რბილი გამა დიაპაზონში. დამახასიათებელი ენერგიები მერყეობს რამდენიმე ათეულიდან ათასობით კილოელექტრონვოლტამდე რადიაციის კვანტზე.
მფრქვევების წყაროები თანაბრად ნაწილდება ციურ სფეროზე. დადასტურდა, რომ მათი წყაროები უკიდურესად შორსაა, მილიარდობით სინათლის წლის რიგით კოსმოლოგიურ დისტანციებზე. აფეთქებების კიდევ ერთი მახასიათებელია მათი მრავალფეროვანი და რთული განვითარების პროფილი, სხვაგვარად ცნობილი როგორც სინათლის მრუდი. ამ ფენომენის რეგისტრაცია თითქმის ყოველდღე ხდება.
სწავლის ისტორია
აღმოჩენა მოხდა 1969 წელს ამერიკული სამხედრო Vela-ს თანამგზავრების ინფორმაციის დამუშავებისას. გაირკვა, რომ 1967 წელს თანამგზავრებმა დააფიქსირეს გამა გამოსხივების ორი მოკლე პულსი, რომელთა ამოცნობა ვერ მოხერხდა გუნდის წევრებმა. წლების განმავლობაში, ასეთი ღონისძიებების რიცხვი გაიზარდა. 1973 წელს ველას მონაცემები გაასაიდუმლოეს და გამოქვეყნდა და დაიწყო სამეცნიერო კვლევა ამ ფენომენზე.
1970-იანი წლების ბოლოს და 1980-იანი წლების დასაწყისში საბჭოთა კავშირში, KONUS-ის ექსპერიმენტების სერიამ დაადგინა 2 წამამდე ხანგრძლივობის ხანმოკლე აფეთქებების არსებობა და ასევე დაადასტურა, რომ გამა გამოსხივების აფეთქებები შემთხვევით ნაწილდება.
1997 წელს აღმოაჩინეს "შემდეგ ბზინვის" ფენომენი - აფეთქების ნელი დაშლა უფრო ტალღის სიგრძეებზე. ამის შემდეგ მეცნიერებმა პირველად შეძლეს მოვლენის იდენტიფიცირება ოპტიკურ ობიექტთან - ძალიან შორეულ წითელ გადაადგილების გალაქტიკასთან.z=0, 7. ამან შესაძლებელი გახადა ფენომენის კოსმოლოგიური ბუნების დადასტურება.
2004 წელს გაიხსნა Swift-ის ორბიტალური გამა-სხივების ობსერვატორია, რომლის დახმარებითაც შესაძლებელი გახდა გამა დიაპაზონის მოვლენების სწრაფი იდენტიფიცირება რენტგენის და ოპტიკური გამოსხივების წყაროებით. ამჟამად ორბიტაზე კიდევ რამდენიმე მოწყობილობა მუშაობს, მათ შორის გამა გამოსხივების კოსმოსური ტელესკოპი. ფერმი.
კლასიფიკაცია
ამჟამად, დაკვირვებული მახასიათებლების მიხედვით, განასხვავებენ გამა-გამოსხივების ორ ტიპს:
- გრძელი, ხასიათდება 2 წამის ან მეტი ხანგრძლივობით. ასეთი აფეთქებების დაახლოებით 70% არსებობს. მათი საშუალო ხანგრძლივობაა 20–30 წამი, ხოლო GRB 130427A აფეთქების მაქსიმალური დაფიქსირებული ხანგრძლივობა იყო 2 საათზე მეტი. არსებობს თვალსაზრისი, რომლის მიხედვითაც ასეთი ხანგრძლივი მოვლენები (ახლა სამია) უნდა განვასხვავოთ, როგორც განსაკუთრებული ტიპის ულტრაგრძელი აფეთქებები.
- მოკლე. ისინი ვითარდებიან და ქრებიან ვიწრო ვადაში - 2 წამზე ნაკლებ დროში, მაგრამ საშუალოდ გრძელდება დაახლოებით 0,3 წამი. ამ დროისთვის რეკორდსმენია ფლეშ, რომელიც მხოლოდ 11 მილიწამს გაგრძელდა.
შემდეგ, ჩვენ განვიხილავთ ორი ძირითადი ტიპის GRB-ების ყველაზე სავარაუდო მიზეზებს.
ჰიპერნოვას ექო
ასტროფიზიკოსთა უმეტესობის აზრით, ხანგრძლივი აფეთქებები უკიდურესად მასიური ვარსკვლავების კოლაფსის შედეგია. არსებობს თეორიული მოდელი, რომელიც აღწერს 30-ზე მეტი მზის მასის მქონე სწრაფად მბრუნავ ვარსკვლავს, რომელიც სიცოცხლის ბოლოს წარმოშობს შავ ხვრელს. აკრეციის დისკიასეთი ობიექტი, კოლაფსარი, წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ვარსკვლავური გარსი სწრაფად ცვივა შავ ხვრელზე. შავი ხვრელი მას რამდენიმე წამში შთანთქავს.
შედეგად წარმოიქმნება ძლიერი პოლარული ულტრარელატივისტური აირის ჭავლები - ჭავლები. ჭავლებში მატერიის გადინების სიჩქარე ახლოს არის სინათლის სიჩქარესთან, ტემპერატურა და მაგნიტური ველები ამ რეგიონში უზარმაზარია. ასეთ ჭავლს შეუძლია გამა გამოსხივების ნაკადი წარმოქმნას. ფენომენს ჰიპერნოვა ეწოდა, ტერმინის „სუპერნოვას“ანალოგიით.
გამა-სხივების მრავალი ხანგრძლივი აფეთქება საკმაოდ საიმედოდ არის იდენტიფიცირებული შორეულ გალაქტიკებში უჩვეულო სპექტრის მქონე სუპერნოვასთან. მათი დაკვირვება რადიოს დიაპაზონში მიუთითებდა ულტრარელატივისტური ჭავლების შესაძლო არსებობაზე.
ნეიტრონული ვარსკვლავის შეჯახება
მოდელის მიხედვით, მოკლე აფეთქებები ხდება მასიური ნეიტრონული ვარსკვლავების ან ნეიტრონული ვარსკვლავი-შავი ხვრელის წყვილის შერწყმისას. ასეთ მოვლენას განსაკუთრებული სახელი - „კილონი“აქვს, ვინაიდან ამ პროცესში გამოსხივებული ენერგია შეიძლება აღემატებოდეს ახალი ვარსკვლავების ენერგიის გამოყოფას სამი რიგის სიდიდით.
სუპერმასიური კომპონენტების წყვილი ჯერ ქმნის ორობით სისტემას, რომელიც ასხივებს გრავიტაციულ ტალღებს. შედეგად, სისტემა კარგავს ენერგიას და მისი კომპონენტები სწრაფად ეცემა ერთმანეთს სპირალური ტრაექტორიების გასწვრივ. მათი შერწყმა წარმოქმნის სწრაფად მბრუნავ ობიექტს სპეციალური კონფიგურაციის ძლიერი მაგნიტური ველით, რის გამოც კვლავ წარმოიქმნება ულტრარელატივისტური ჭავლები.
სიმულაცია გვიჩვენებს, რომ შედეგი არის შავი ხვრელი, რომლის აკრეციული პლაზმური ტოროიდი ეცემა შავ ხვრელზე 0,3 წამში. აკრეციის შედეგად წარმოქმნილი ულტრარელატივისტური ჭავლების არსებობა იგივე დრო გრძელდება. დაკვირვების მონაცემები ზოგადად შეესაბამება ამ მოდელს.
2017 წლის აგვისტოში გრავიტაციული ტალღების დეტექტორებმა LIGO-მ და Virgo-მ აღმოაჩინეს ნეიტრონული ვარსკვლავის შერწყმა გალაქტიკაში 130 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე. კილონოვას რიცხობრივი პარამეტრები არ იყო ისეთივე, როგორსაც სიმულაცია პროგნოზირებს. მაგრამ გრავიტაციული ტალღის მოვლენას თან ახლდა ხანმოკლე აფეთქება გამა-სხივების დიაპაზონში, ისევე როგორც ეფექტები რენტგენიდან ინფრაწითელ ტალღის სიგრძემდე.
უცნაური ფლეშ
2006 წლის 14 ივნისს სვიფტის გამა ობსერვატორიამ აღმოაჩინა უჩვეულო მოვლენა არც თუ ისე მასიურ გალაქტიკაში, რომელიც მდებარეობს ჩვენგან 1,6 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე. მისი მახასიათებლები არ შეესაბამებოდა როგორც გრძელი, ისე მოკლე ციმციმის პარამეტრებს. გამა-გამოსხივების აფეთქებას GRB 060614 ჰქონდა ორი პულსი: პირველი, 5 წამზე ნაკლები ხანგრძლივობის მძიმე პულსი, შემდეგ კი უფრო რბილი გამა სხივების 100 წამიანი "კუდი". გალაქტიკაში სუპერნოვას ნიშნები ვერ იქნა აღმოჩენილი.
არც ისე დიდი ხნის წინ მსგავსი მოვლენები უკვე დაფიქსირდა, მაგრამ ისინი დაახლოებით 8-ჯერ სუსტი იყო. ასე რომ, ეს ჰიბრიდული ტალღა ჯერ კიდევ არ ჯდება თეორიული მოდელის ჩარჩოებში.
არსებობს რამდენიმე ჰიპოთეზა ანომალიური გამა გამოსხივების GRB 060614 წარმოშობის შესახებ. შიგნითპირველ რიგში, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ ის მართლაც გრძელია და უცნაური თვისებები განპირობებულია გარკვეული კონკრეტული გარემოებებით. მეორეც, ფლეშ იყო მოკლე და მოვლენის "კუდი" რატომღაც დიდი სიგრძე შეიძინა. მესამე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ასტროფიზიკოსები შეხვდნენ ახალი ტიპის აფეთქებებს.
არის სრულიად ეგზოტიკური ჰიპოთეზაც: GRB 060614-ის მაგალითზე მეცნიერები ე.წ. "თეთრ ხვრელს" შეხვდნენ. ეს არის სივრცე-დროის ჰიპოთეტური რეგიონი, რომელსაც აქვს მოვლენის ჰორიზონტი, მაგრამ მოძრაობს დროის ღერძის გასწვრივ ჩვეულებრივი შავი ხვრელის საპირისპიროდ. პრინციპში, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის განტოლებები წინასწარმეტყველებს თეთრი ხვრელების არსებობას, მაგრამ არ არსებობს მათი იდენტიფიკაციის წინაპირობები და არ არსებობს თეორიული იდეები ასეთი ობიექტების ფორმირების მექანიზმების შესახებ. დიდი ალბათობით, რომანტიკულ ჰიპოთეზას უნდა მიატოვოთ და ყურადღება გაამახვილოთ მოდელების გადაანგარიშებაზე.
პოტენციური საფრთხე
სამყაროში გამა-სხივების აფეთქებები ყველგან გვხვდება და საკმაოდ ხშირად ხდება. ჩნდება ბუნებრივი კითხვა: უქმნიან თუ არა ისინი საფრთხეს დედამიწას?
თეორიულად გამოითვალა შედეგები ბიოსფეროზე, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ინტენსიური გამა გამოსხივება. ასე რომ, ენერგიის გამოყოფით 1052 ერგ. კვტ/სთ) და 10 სინათლის წლის მანძილზე, აფეთქების ეფექტი კატასტროფული იქნება. გამოთვლილია, რომ დედამიწის ზედაპირის ყოველ კვადრატულ სანტიმეტრზე ნახევარსფეროში, რომელსაც უბედურება მოჰყვება გამა სხივები.ნაკადი, გამოიყოფა 1013 erg, ან 1 MJ, ან 0.3 kWh ენერგია. სხვა ნახევარსფეროსაც არ გაუჭირდება - ყველა ცოცხალი არსება იქ მოკვდება, ოღონდ ცოტა მოგვიანებით, მეორადი ეფექტების გამო.
თუმცა, ასეთი კოშმარი ნაკლებად სავარაუდოა, რომ გვემუქრება: უბრალოდ, მზის მახლობლად არ არსებობს ვარსკვლავები, რომლებსაც შეუძლიათ ასეთი საშინელი ენერგიის გამოყოფა. შავ ხვრელად ან ნეიტრონულ ვარსკვლავად გადაქცევის ბედი არც ჩვენთან ახლოს მყოფ ვარსკვლავებს ემუქრება.
რა თქმა უნდა, გამა გამოსხივება სერიოზულ საფრთხეს შეუქმნის ბიოსფეროს და ბევრად უფრო დიდ მანძილზე, თუმცა გასათვალისწინებელია, რომ მისი გამოსხივება არა იზოტროპულად, არამედ საკმაოდ ვიწრო ნაკადში ვრცელდება. და დედამიწიდან მასში ჩავარდნის ალბათობა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე ზოგადად არ შეიმჩნევა.
სწავლის პერსპექტივები
კოსმოსური გამა-სხივების აფეთქება ერთ-ერთი ყველაზე დიდი ასტრონომიული საიდუმლოა თითქმის ნახევარი საუკუნის განმავლობაში. ახლა მათ შესახებ ცოდნის დონე გაცილებით დაწინაურებულია დაკვირვების ხელსაწყოების (მათ შორის კოსმოსური), მონაცემთა დამუშავებისა და მოდელირების სწრაფი განვითარების გამო.
მაგალითად, არც ისე დიდი ხნის წინ გადაიდგა მნიშვნელოვანი ნაბიჯი აფეთქების ფენომენის წარმოშობის გასარკვევად. ფერმის თანამგზავრის მონაცემების გაანალიზებისას დადგინდა, რომ გამა გამოსხივება წარმოიქმნება ვარსკვლავთშორისი აირის პროტონებთან ულტრარელატივისტური ჭავლების პროტონების შეჯახებით და ამ პროცესის დეტალები დაიხვეწა.
სავარაუდოა, რომ გამოიყენოს შორეული მოვლენების შემდგომი ნათება გალაქტიკათშორისი გაზის განაწილების უფრო ზუსტი გაზომვისთვის დისტანციებამდე, რომელიც განსაზღვრულია წითელი გადანაცვლებით Z=10.
ამავდროულადაფეთქებების ბუნების დიდი ნაწილი ჯერ კიდევ უცნობია და ჩვენ უნდა დაველოდოთ ახალი საინტერესო ფაქტების გაჩენას და შემდგომ პროგრესს ამ ობიექტების შესწავლაში.
