الاهتمام الكبير بالفيزياء الفلكية الحديثة وعلم الكونيات هو فئة خاصة من الظواهر تسمى انفجارات أشعة جاما. لعدة عقود ، وخاصة بنشاط في السنوات الأخيرة ، كان العلم يراكم بيانات الرصد فيما يتعلق بهذه الظاهرة الكونية واسعة النطاق. لم يتم توضيح طبيعتها بالكامل بعد ، ولكن هناك نماذج نظرية مدعومة بما يكفي تدعي تفسيرها.
مفهوم الظاهرة
إشعاع جاما هو أصعب منطقة في الطيف الكهرومغناطيسي ، ويتكون من فوتونات عالية التردد من حوالي 6 1019هرتز. يمكن أن تكون الأطوال الموجية لأشعة غاما قابلة للمقارنة بحجم الذرة ، ويمكن أيضًا أن تكون أصغر بعدة مرات.
انفجار أشعة جاما هو انفجار قصير ومشرق للغاية من أشعة جاما الكونية. يمكن أن تتراوح مدته من عدة عشرات من المللي ثانية إلى عدة آلاف من الثواني ؛ غالبا ما تكون مسجلةومضات تدوم حوالي ثانية. يمكن أن يكون سطوع الاندفاعات كبيرًا ، مئات المرات أعلى من السطوع الكلي للسماء في نطاق جاما الناعم. تتراوح الطاقات المميزة من عدة عشرات إلى آلاف الكيلو إلكترون فولت لكل كم إشعاع.
يتم توزيع مصادر التوهجات بالتساوي على الكرة السماوية. لقد ثبت أن مصادرها بعيدة للغاية ، على مسافات كونية تقدر بمليارات السنين الضوئية. ميزة أخرى للرشقات هي تشكيلها التنموي المتنوع والمعقد ، والمعروف باسم منحنى الضوء. يحدث تسجيل هذه الظاهرة كل يوم تقريبًا.
تاريخ الدراسة
حدث الاكتشاف في عام 1969 أثناء معالجة المعلومات من أقمار فيلا العسكرية الأمريكية. اتضح أنه في عام 1967 ، سجلت الأقمار الصناعية نبضتين قصيرتين من أشعة جاما ، والتي لم يتمكن أعضاء الفريق من التعرف عليها بأي شيء. على مر السنين ، زاد عدد مثل هذه الأحداث. في عام 1973 تم رفع السرية عن بيانات فيلا ونشرها ، وبدأ البحث العلمي حول هذه الظاهرة.
في أواخر السبعينيات وأوائل الثمانينيات في الاتحاد السوفيتي ، أثبتت سلسلة من تجارب KONUS وجود رشقات نارية قصيرة تصل مدتها إلى ثانيتين ، وأثبتت أيضًا أن دفعات من إشعاع غاما يتم توزيعها عشوائيًا.
في عام 1997 ، تم اكتشاف ظاهرة "الشفق اللاحق" - الاضمحلال البطيء للانفجار بأطوال موجية أطول. بعد ذلك ، تمكن العلماء لأول مرة من التعرف على الحدث بجسم بصري - مجرة انزياح حمراء بعيدة جدًا.ض=0 ، 7. هذا جعل من الممكن تأكيد الطبيعة الكونية للظاهرة.
في عام 2004 ، تم إطلاق مرصد Swift المداري لأشعة غاما ، والذي أصبح من الممكن بفضله التعرف بسرعة على أحداث نطاق جاما باستخدام مصادر الأشعة السينية والإشعاع الضوئي. حاليًا ، هناك العديد من الأجهزة التي تعمل في المدار ، بما في ذلك تلسكوب أشعة جاما الفضائي. فيرمي
التصنيف
حاليًا ، بناءً على الميزات المرصودة ، يتم تمييز نوعين من رشقات أشعة جاما:
- طويلة وتتميز بمدة ثانيتين أو أكثر. هناك حوالي 70٪ من هذه الأوبئة. متوسط مدتها هو 20-30 ثانية ، وكانت أقصى مدة مسجلة لشعلة GRB 130427A أكثر من ساعتين. هناك وجهة نظر مفادها أنه يجب تمييز مثل هذه الأحداث الطويلة (يوجد الآن ثلاثة منها) كنوع خاص من الرشقات الطويلة جدًا.
- قصير. تتطور وتتلاشى في إطار زمني ضيق - أقل من ثانيتين ، ولكن في المتوسط تستمر حوالي 0.3 ثانية. ماسك الرقم القياسي حتى الآن هو الفلاش الذي استمر 11 مللي ثانية فقط.
بعد ذلك ، سننظر في الأسباب الأكثر احتمالية لـ GRBs من النوعين الرئيسيين.
Hypernova أصداء
وفقًا لمعظم علماء الفيزياء الفلكية ، فإن الانفجارات الطويلة هي نتيجة لانهيار النجوم الضخمة للغاية. هناك نموذج نظري يصف نجمًا سريع الدوران بكتلة تزيد عن 30 كتلة شمسية ، والذي يؤدي في نهاية حياته إلى ظهور ثقب أسود. قرص التراكمينشأ مثل هذا الجسم ، وهو انهيار ، بسبب مسألة سقوط الغلاف النجمي بسرعة على الثقب الأسود. الثقب الأسود يبتلعه في بضع ثوان.
نتيجة لذلك ، يتم تشكيل نفاثات غازية قطبية فائقة النفاثات - نفاثات. سرعة تدفق المادة في النفاثات قريبة من سرعة الضوء ، ودرجة الحرارة ، والمجالات المغناطيسية في هذه المنطقة هائلة. مثل هذا النفاث قادر على توليد تدفق من أشعة جاما. هذه الظاهرة كانت تسمى hypernova قياسا بمصطلح "سوبر نوفا".
العديد من الانفجارات الطويلة لأشعة جاما يتم تحديدها بشكل موثوق تمامًا مع المستعرات الأعظمية ذات الطيف غير المعتاد في المجرات البعيدة. أشارت ملاحظتهم في المدى الراديوي إلى احتمال وجود نفاثات فائقة السرعة.
اصطدام نجم نيوتروني
وفقًا للنموذج ، تحدث رشقات نارية قصيرة عندما تندمج نجوم نيوترونية ضخمة أو نجم نيوتروني مع ثقب أسود. حصل مثل هذا الحدث على اسم خاص - "kilon" ، لأن الطاقة المنبعثة في هذه العملية يمكن أن تتجاوز إطلاق الطاقة للنجوم الجديدة بثلاث مرات من حيث الحجم.
زوج من المكونات فائقة الكتلة يشكل أولاً نظامًا ثنائيًا ينبعث منه موجات الجاذبية. نتيجة لذلك ، يفقد النظام الطاقة ، وتسقط مكوناته بسرعة على بعضها البعض على طول مسارات لولبية. يولد اندماجهم جسمًا يدور بسرعة مع مجال مغناطيسي قوي بتكوين خاص ، بسبب تكوين نفاثات فائقة السرعة مرة أخرى.
تظهر المحاكاة أن النتيجة هي ثقب أسود مع حلقي بلازما تراكمي يسقط على الثقب الأسود في 0.3 ثانية. يستمر وجود الطائرات النفاثة الفائقة النفاثة الناتجة عن التراكم نفس القدر من الوقت. تتوافق بيانات الرصد بشكل عام مع هذا النموذج.
في أغسطس 2017 ، اكتشف كاشفا موجات الجاذبية LIGO و Virgo اندماج نجم نيوتروني في مجرة تبعد 130 مليون سنة ضوئية. تبين أن المعلمات العددية للكيلونوفا لا تتطابق تمامًا مع توقعات المحاكاة. لكن حدث الموجة الثقالية كان مصحوبًا بانفجار قصير في نطاق أشعة جاما ، بالإضافة إلى تأثيرات في الأشعة السينية إلى أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء.
فلاش غريب
في 14 يونيو 2006 ، اكتشف مرصد Swift Gamma حدثًا غير عادي في مجرة ليست ضخمة جدًا تقع على بعد 1.6 مليار سنة ضوئية. لا تتوافق خصائصه مع معايير الومضات الطويلة والقصيرة. كان لانفجار أشعة غاما GRB 060614 نبضتان: الأولى ، نبضة صلبة تقل مدتها عن 5 ثوانٍ ، ثم "ذيل" 100 ثانية من أشعة غاما الأكثر ليونة. لا يمكن الكشف عن علامات المستعر الأعظم في المجرة.
منذ وقت ليس ببعيد شوهدت أحداث مماثلة بالفعل ، لكنها كانت أضعف بنحو 8 مرات. لذا فإن هذا الاندفاع الهجين لا يتناسب بعد مع إطار النموذج النظري.
كانت هناك عدة فرضيات حول أصل انفجار أشعة غاما الشاذة GRB 060614. في-أولاً ، يمكننا أن نفترض أنها طويلة حقًا ، وأن الميزات الغريبة ترجع إلى بعض الظروف المحددة. ثانيًا ، كان الفلاش قصيرًا ، واكتسب "ذيل" الحدث طولًا كبيرًا لسبب ما. ثالثًا ، يمكن الافتراض أن علماء الفيزياء الفلكية قد واجهوا نوعًا جديدًا من الانفجارات.
هناك أيضًا فرضية غريبة تمامًا: في مثال GRB 060614 ، واجه العلماء ما يسمى بـ "الثقب الأبيض". هذه منطقة افتراضية من الزمكان لها أفق حدث ، لكنها تتحرك على طول المحور الزمني المعاكس للثقب الأسود العادي. من حيث المبدأ ، تتنبأ معادلات النظرية العامة للنسبية بوجود ثقوب بيضاء ، ولكن لا توجد شروط مسبقة لتحديدها ولا توجد أفكار نظرية حول آليات تشكيل مثل هذه الأجسام. على الأرجح ، يجب التخلي عن الفرضية الرومانسية والتركيز على إعادة حساب النماذج.
خطر محتمل
انفجارات أشعة جاما في الكون منتشرة في كل مكان وتحدث كثيرًا. يطرح سؤال طبيعي: هل يشكلون خطراً على الأرض؟
يحسب نظريًا العواقب على المحيط الحيوي ، والتي يمكن أن تسبب إشعاع غاما الشديد. لذلك ، مع إطلاق طاقة 1052erg (والذي يتوافق مع 1039MJ أو حوالي 3.3 1038kWh) ومسافة 10 سنوات ضوئية ، سيكون تأثير الانفجار كارثيًا. لقد تم حساب أنه على كل سنتيمتر مربع من سطح الأرض في نصف الكرة الأرضية سيكون من سوء الحظ أن تصاب بأشعة جاماتدفق ، 1013erg ، أو 1 ميغا جول ، أو 0.3 كيلو واط ساعة من الطاقة سيتم إطلاقها. لن يكون النصف الآخر من الكرة الأرضية في مشكلة أيضًا - فجميع الكائنات الحية ستموت هناك ، ولكن بعد ذلك بقليل ، بسبب التأثيرات الثانوية.
ومع ذلك ، من غير المرجح أن يهددنا مثل هذا الكابوس: ببساطة لا توجد نجوم بالقرب من الشمس يمكنها توفير مثل هذا الإطلاق الوحشي للطاقة. مصير الثقب الأسود أو النجم النيوتروني لا يهدد النجوم القريبة منا أيضًا.
بالطبع ، قد يشكل انفجار أشعة جاما تهديدًا خطيرًا للمحيط الحيوي وعلى مسافة أكبر بكثير ، ومع ذلك ، يجب ألا يغيب عن الأذهان أن إشعاعها لا ينتشر بشكل متناحي ، ولكن في تيار ضيق نوعًا ما ، واحتمال الوقوع فيه من الأرض أقل بكثير مما هو عليه بشكل عام لا يلاحظه أحد.
وجهات نظر التعلم
كانت انفجارات أشعة غاما الكونية واحدة من أكبر الألغاز الفلكية لما يقرب من نصف قرن. الآن مستوى المعرفة عنهم متقدم كثيرًا بسبب التطور السريع لأدوات المراقبة (بما في ذلك أدوات الفضاء) ومعالجة البيانات والنمذجة.
على سبيل المثال ، منذ وقت ليس ببعيد تم اتخاذ خطوة مهمة في توضيح أصل ظاهرة الانفجار. عند تحليل البيانات من القمر الصناعي Fermi ، وجد أن إشعاع غاما ينتج عن تصادم بروتونات الطائرات النفاثة فائقة الصغر مع بروتونات الغاز البينجمي ، وتم تنقيح تفاصيل هذه العملية.
من المفترض استخدام الشفق اللاحق للأحداث البعيدة لقياسات أكثر دقة لتوزيع الغاز بين المجرات حتى المسافات التي يحددها الانزياح الأحمر Z=10.
في نفس الوقتلا يزال الكثير من طبيعة الدفقات غير معروف ، ويجب أن ننتظر ظهور حقائق جديدة مثيرة للاهتمام والمزيد من التقدم في دراسة هذه الكائنات.
