Attēla kredīts: ESO
2003. gada 29. martā NASA High Energy Transient Explorer atklāja spilgtu gamma staru pārrāvumu un neilgi pēc tam, kad teleskopi no visas pasaules bija vērsti uz objektu; tagad sauc par GRB 030329 un mēra 2,6 miljardu gaismas gadu attālumā. Izmērot sprādziena pēcgaršu, astronomi saprata, ka tas atbilst hipernovas spektram - ārkārtīgi lielu zvaigžņu sprādzieniem, kas ir vismaz 25 reizes lielāki nekā mūsu pašu Saule. Saskaņojot spektrus, astronomi iegūst pārliecinošus pierādījumus, ka starp gamma staru pārrāvumiem un ļoti lielu zvaigžņu sprādzieniem ir zināma saistība.
Ļoti spilgtu gamma staru pārrāvumu 2003. gada 29. martā novēroja NASA augstā enerģijas pārejas pētnieks (HETE-II) debesu reģionā Leo zvaigznājā.
90 minūšu laikā ar 40 collu teleskopu Sidingas pavasara observatorijā (Austrālijā) un arī Japānā tajā pašā virzienā tika atklāts jauns, ļoti spilgts gaismas avots (“optiskais pēcspīdums”). Saskaņā ar datumu gamma staru sērija tika apzīmēta ar GRB 030329.
Un 24 stundu laikā ar ultravioletā disku dispersijas spektrogrāfu 8,2 m VLT KUEYEN teleskopā ESO Paranal Observatory (Čīle) tika iegūts pirmais, ļoti detalizētais šī jaunā objekta spektrs. Tas ļāva noteikt attālumu kā aptuveni 2650 miljonus gaismas gadu (sarkanā nobīde 0,1685).
Turpmāki novērojumi ar FORS1 un FORS2 daudzrežīmu instrumentiem VLT nākamajā mēnesī ļāva starptautiskai astronomu komandai [1] vēl nepieredzēti detalizēti dokumentēt šīs gamma-starojuma pārrāvuma optiskā pēcspīduma spektra izmaiņas. Viņu detalizēts ziņojums ir atrodams pētījumu žurnāla “Daba” 19. jūnija numurā.
Spektri parāda pakāpeniski un skaidri zināmās enerģētiskās klases supernovas spektra, “hipernovas”, parādīšanos. To izraisa ļoti smagas zvaigznes eksplozija - domājams, ka tā ir vairāk nekā 25 reizes smagāka par Sauli. Izmērītais izplešanās ātrums (pārsniedz 30 000 km / sek.) Un kopējā izdalītā enerģija bija ārkārtīgi augsta, pat izredzētās hipernovas klasē.
Salīdzinot ar vairāk tuvumā esošām hipernovām, astronomi spēj ar labu precizitāti noteikt zvaigžņu eksplozijas brīdi. Izrādās, ka tas ir intervālā no plus / mīnus divām dienām pēc gamma staru pārraušanas. Šis unikālais secinājums sniedz pārliecinošus pierādījumus tam, ka abi notikumi ir tieši saistīti.
Šie novērojumi tāpēc norāda uz kopīgu fizisko procesu, kas notiek aiz hipernovas eksplozijas, un ar to saistīto spēcīgā gamma-starojuma izstarojumu. Komanda secina, ka tas, visticamāk, ir saistīts ar gandrīz acumirklīgu, nesimetrisku ļoti attīstītas zvaigznes (pazīstama kā “kolapsāra” modelis) iekšējā reģiona sabrukumu.
29. marta gamma staru pārrāvums nonāks astrofizikas gadagrāmatās kā rets “tipu definējošs notikums”, nodrošinot pārliecinošu pierādījumu par tiešu saikni starp kosmoloģiskiem gamma staru pārrāvumiem un ļoti masīvu zvaigžņu sprādzieniem.
Kas ir gamma-staru uzliesmojumi?
Viena no šobrīd aktīvākajām astrofizikas jomām ir dramatisko notikumu, kas pazīstami kā “gamma-ray pārrāvumi (GRB)”, izpēte. Pirmoreiz tie tika atklāti 1960. gadu beigās ar sensitīviem instrumentiem, kas atradās uz militāriem pavadoņiem, kuri riņķo apkārt orbītā, un tika palaisti kodolizmēģinājumu uzraudzībai un atklāšanai. Šie īsie enerģētisko gamma staru zibšņi, kas radušies nevis uz Zemes, bet tālu kosmosā, ilgst no mazāk nekā sekundes līdz vairākām minūtēm.
Neskatoties uz ievērojamiem novērošanas centieniem, tikai pēdējo sešu gadu laikā ir kļuvis iespējams precīzi noteikt dažu šo notikumu vietas. Kopš 1997. gada sākuma ar nenovērtējamu palīdzību ar salīdzinoši precīziem ar rentgena starojumu saistīto rentgenstaru izstarojuma novērojumiem dažādās rentgenstaru satelītnovērošanas laboratorijās kopš 1997. gada sākuma astronomi līdz šim ir identificējuši apmēram piecdesmit īslaicīgas optiskās gaismas avotus, kas saistīti ar GRB (“optisko pēcspīdēšanu” ).
Ir konstatēts, ka lielākā daļa GRB atrodas ļoti lielos (“kosmoloģiskos”) attālumos. Tas nozīmē, ka enerģijas daudzums, kas dažās sekundēs izdalās šāda notikuma laikā, ir lielāks nekā Saulei visā tās dzīves laikā, kas ir vairāk nekā 10 000 miljoni gadu. GRB patiešām ir visspēcīgākie notikumi kopš Visumā zināmā Lielā sprādziena, sk. ESO PR 08/99 un ESO PR 20/00.
Pēdējo gadu laikā ir iegūti netieši pierādījumi, ka GRB signalizē par masīvu zvaigžņu sabrukumu. Sākotnēji tas tika pamatots ar viena neparasta gamma-starojuma eksplozijas iespējamo saistību ar supernovu (“SN 1998bw”, atklāts arī ar ESO teleskopiem, sal. ESO PR 15/98). Kopš tā laika ir parādījušies vairāk cēloņu, ieskaitot GRB saistību ar masveida zvaigžņu veidošanās reģioniem tālajās galaktikās, vilinošie pierādījumi par supernovām līdzīgiem gaismas līknes “izciļņiem” dažu agrāku pārrāvumu optiskajos pēcspīdumos un svaigi sintezētu elementu spektrālie paraksti. , ko novēro rentgenstaru observatorijās.
GRB 030329 VLT novērojumi
2003. gada 29. martā (precīzi plkst. 11: 37: 14.67 pēc UT) NASA Augstas enerģijas pārejas pētnieks (HETE-II) atklāja ļoti spilgtu gamma staru pārrāvumu. Pēc “optiskā pēcspīduma” identificēšanas ar 40 collu teleskopu Siding Spring Observatory (Austrālija), pārsprāgšanas sarkanā nobīde [3] tika noteikta kā 0,1685 ar augstas izkliedes spektru, kas iegūts ar UVES spektrogrāfu pie 8,2-m VLT KUEYEN teleskops ESO Paranal Observatory (Čīle).
Atbilstošais attālums ir aptuveni 2650 miljoni gaismas gadu. Šis ir tuvākais parastais GRB, kāds jebkad ir atklāts, tāpēc sniedzot ilgi gaidīto iespēju pārbaudīt daudzās hipotēzes un modeļus, kas tika ierosināti kopš pirmo GRB atklāšanas 1960. gadu beigās.
Ar šo īpašo mērķi ESO vadošā astronomu komanda [1] tagad pievērsās diviem citiem spēcīgiem instrumentiem ESO Ļoti lielajā teleskopā (VLT) - daudzrežīmu FORS1 un FORS2 kamerām / spektrogrāfiem. Mēneša laikā līdz 2003. gada 1. maijam izzūdošā objekta spektri tika iegūti parastajā ātrumā, nodrošinot unikālu novērošanas datu kopumu, kas nepārsniedzamā detalizēti dokumentē attālā objekta fiziskās izmaiņas.
Hipernovas savienojums
Balstoties uz rūpīgu šo spektru izpēti, astronomi tagad iepazīstina ar savu interpretāciju par GRB 030329 notikumu zinātniskajā rakstā, kas parādās starptautiskajā žurnālā “Daba” ceturtdien, 19. jūnijā. Ar prozaisko virsrakstu “Ļoti enerģiska supernova, kas saistīta ar 2003. gada 29. marta gamma staru pārrāvums ”, ne mazāk kā 27 autori no 17 pētniecības institūtiem, kurus vada dāņu astronoms Jens Hjorts, secina, ka tagad ir neapgāžami pierādījumi par tiešu saistību starp GRB un“ ļoti hipernovas ”eksploziju ļoti masīva, ļoti attīstīta zvaigzne.
Tas ir balstīts uz supernovas tipa spektra pakāpenisku “parādīšanos” ar laiku, atklājot zvaigznes ārkārtīgi vardarbīgu eksploziju. Ar ātrumu, kas krietni pārsniedz 30 000 km / sek (t.i., pārsniedz 10% no gaismas ātruma), izmestais materiāls pārvietojas rekordlielā ātrumā, kas apliecina sprādziena milzīgo spēku.
Hipernovas ir reti gadījumi, un tās, iespējams, izraisa tā dēvētā “Vilka-Rayet” tipa zvaigžņu eksplozija [4]. Šīs WR-zvaigznes sākotnēji tika veidotas ar masu virs 25 saules masām un pārsvarā sastāvēja no ūdeņraža. Tagad WR fāzē, kad viņi ir iztīrījuši savus ārējos slāņus, tie gandrīz pilnībā sastāv no hēlija, skābekļa un smagākiem elementiem, kas rodas intensīvas kodola dedzināšanas laikā viņu īsās dzīves fāzē.
“Mēs ilgi un ilgi to gaidījām,” saka Jens Hjorts, “šis GRB mums patiešām sniedza trūkstošo informāciju. No šiem ļoti detalizētajiem spektriem mēs tagad varam apstiprināt, ka šis pārrāvums un, iespējams, citi gari gamma staru pārrāvumi tiek radīti masīvu zvaigžņu kolapses rezultātā. Lielākā daļa citu vadošo teoriju šobrīd ir maz ticamas. ”
“Tipa noteikšanas notikums”
Viņa kolēģis, ESO astronoms Palle Mīlers, ir vienlīdz apmierināts: “Sākumā tas, kas mūs patiešām ieguva, bija tas, ka mēs skaidri atklājām supernovas parakstus jau pirmajā FORS spektrā, kas tika veikts tikai četras dienas pēc GRB pirmās novērošanas - mēs to nemaz negaidījām. Kad mēs ieguvām arvien vairāk datu, mēs sapratām, ka spektrālā evolūcija bija gandrīz pilnīgi identiska hipernovai, kas tika novērota 1998. gadā. Pēc tam šo divu līdzība ļāva noteikt ļoti precīzu pašreizējās supernovas notikuma laiku ”.
Astronomi noteica, ka hipernovas sprādzienam (apzīmētam SN 2003dh [2]), kas dokumentēts VLT spektros, un GRB notikumam, ko novēro HETE-II, jābūt notikušam gandrīz gandrīz tajā pašā laikā. Turpmāk uzlabojot, maksimums ir 2 dienu atšķirība, un tāpēc nav nekādu šaubu, ka abas ir savstarpēji saistītas.
“Supernova 1998bw izraisīja mūsu apetīti, taču pagāja vēl 5 gadi, pirms mēs droši varējām teikt, ka atradām smēķēšanas pistoli, kas izveidoja savienojumu starp GRB un SNe”, piebilst Chryssa Kouveliotou no NASA. “GRB 030329 var izrādīties par sava veida“ trūkstošo saiti ”GRB”.
Noslēgumā jāsaka, ka GRB 030329 bija rets “tipu definējošs” notikums, kas tiks ierakstīts kā pavērsiens augstas enerģijas astrofizikā.
Kas īsti notika 29. martā (vai pirms 2650 miljoniem gadu)?
Šeit ir pilns stāsts par GRB 030329, kā to tagad lasīja astronomi.
Tūkstošiem gadu pirms šī sprādziena ļoti masīva zvaigzne, kurai beidzās ūdeņraža degviela, ļāva zaudēt lielu daļu sava ārējā apvalka, pārveidojot sevi par zilganu Wolf-Rayet zvaigzni [3]. Zvaigznes paliekās atradās apmēram 10 saules masas vērta hēlija, skābekļa un smagāki elementi.
Gados pirms eksplozijas Wolf-Rayet zvaigzne ātri iztērēja savu atlikušo degvielu. Kādā brīdī tas pēkšņi izraisīja hipernovas / gamma staru pārrāvuma notikumu. Kodols sabruka, zvaigžņu ārējo daļu nezinot. Iekšpusē izveidojies melns caurums, ko ieskauj akrētisku lietu disks. Dažu sekunžu laikā no šī melnā cauruma tika palaista matērijas strūkla.
Strūkla izgāja cauri zvaigznes ārējam apvalkam un saistībā ar jaunizveidotā radioaktīvā niķeļa-56 spēcīgajiem vējiem, kas pūš no diska iekšpusē, satricināja zvaigzni. Šī satricinošā, hipernova, spilgti spīd niķeļa klātbūtnes dēļ. Tikmēr strūkla ieauga materiālā zvaigznes tuvumā un radīja gamma staru pārrāvumu, ko aptuveni 2,650 miljonus gadu vēlāk reģistrēja Zemes astronomi. Detalizēts gamma staru iegūšanas mehānisms joprojām ir diskusiju jautājums, taču tas ir vai nu saistīts ar mijiedarbību starp strūklu un matēriju, kas iepriekš izmests no zvaigznes, vai arī ar iekšējām sadursmēm pašas strūklas iekšpusē.
Šis scenārijs atspoguļo “collapsar” modeli, kuru 1993. gadā ieviesa amerikāņu astronoms Stens Voslijs (Kalifornijas Universitāte, Santakrusa) un pašreizējās komandas loceklis, un tas vislabāk izskaidro GRB 030329 novērojumus.
"Tas nenozīmē, ka tagad ir atrisināta gamma staru pārrāvuma noslēpums," saka Vooslijs. “Mēs tagad esam pārliecināti, ka ilgstošie pārrāvumi ir saistīti ar kodola sabrukumu un hipernovu, iespējams, radot melno caurumu. Mēs esam pārliecinājuši lielāko daļu skeptiķu. Tomēr mēs vēl nevaram nonākt pie secinājuma par to, kas izraisa īsus gamma staru pārrāvumus, tos, kas ir mazāki par divām sekundēm. ”
Oriģinālais avots: ESO ziņu izlaidums
