Международен екип от астрономи е открил двойка изблици на гама лъчи с енергии, по-мощни от всичко, което някога е виждано. GRB (gamma-ray bursts) са най-силните експлозии, известни в Космоса, но тези последни наблюдения показват, че значително сме подценили истинския им потенциал.
Три нови документа, публикувани в Nature, описват двата нови изблици на гама лъчи - GRB 190114C и GRB 180720B - и двете, които дават фотони с най-високата енергия, регистрирана някога. Безпрецедентните наблюдения хвърлят нова светлина, съвсем буквално, върху тези мистериозни космически събития.
Смята се, че изблиците на гама лъчи се получават в последните мигове от съществуването на гигантски звезди, преди да се превърнат/пропаднат в черни дупки. Експлозията произвежда мощна концентрирана струя, която изстрелва материал в космоса с 99,99% скорост на светлината. Бързо ускоряващите се частици в струята произвеждат гама лъчи чрез сложни взаимодействия с магнитни полета и радиация. Тези гама лъчи продължават да пътуват през междузвездното пространство,а някои от тях в крайна сметка достигат до Земята. Когато влизат в контакт с нашата атмосфера, гама лъчите задействат каскада от частици, което от своя страна генерира явление, известно като светлина на Черенков, което може да бъде открито чрез специално оборудвани телескопи.
Астрономите изучават GRB повече от 50 години, но има още много какво да научим, включително и как възникват гама лъчите и каква е физиката, когато материалите се изхвърлят от черни дупки с такива екстремни скорости, каза Андрю Леван, професор по астрономия в Университета на Уорик и съавтор на едно от новите изследвания. Новооткритите GRB със своите безпрецедентни енергии определено помагат.
„Тези нови наблюдения увеличават енергийния обхват, над който можем да наблюдаваме гама лъчите и разкриват нов компонент от емисиите, който не сме виждали досега“, пише Леван в Gizmodo. "Те са фантастична демонстрация на технологията, която позволява на телескопите да разпознават този вид светлина. Най-важното е, че те дават нов начин за разбиране на физиката в най-екстремните условия в природата."
Всъщност тези наблюдения не биха били възможни без много впечатляваща технология. Енергиите на GRB, описани в новите изследвания, били измерени чрез наблюдение на тяхното въздействие върху нашата атмосфера. Когато гама лъчи достигнат небето ни, те изхвърлят големи частици, произвеждайки един вид въздушен душ. Движейки се с релативистични скорости, тези душове генерират разпознаваем синкав блясък, наречен светлина Черенков, която може да бъде разпозната чрез достатъчно подходящи телескопи.
В този случай тези телескопи са високоенергийната стереоскопична система (HESS) в Намибия и Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) на Канарските острови, и двете управлявани от Обществото на Макс Планк. По-рано сателити са били използвани за наблюдение на светлината на Черенков, но техните уреди не са достатъчно чувствителни, за да открият супер високоенергийни събития, защото произвеждат слаба светлина.
Първото от тези високоенергийни събития, GRB 180720B, се случи на 20 юли 2018 г. и е описано в изследване на астрономи от Института Макс Планк, Deutsches Elektronen-Synchotron (DESY), Международния център за радиоастрономически изследвания ( ICRAR) и няколко други институции. Второто събитие, GRB 190114C, се случи на 14 януари 2019 г. и е описано в двe нови изследвания, ръководени от Размик Мирзоян от Института по физика Макс Планк. Над 300 учени от цял свят са участвали в изследването.
"Това, което е забележително при тези конкретни изблици, е не колко енергия отделят общо, а енергията, която виждаме от отделните битове светлина“, обяснява Леван. „Можем да мислим за светлината като за малко частици, наречени фотони, и всеки от тези фотони носи енергия... Фотоните около нас, които виждаме с очите си, обикновено държат около 1 електрон волт енергия, но фотоните от GRB 190114C, измерени от MAGIC, са с 1 тераелектрон волт (TeV), което е трилион пъти повече енергия, отколкото виждаме с очите си".
"Прилича на 10 цента на ваше име, когато човекът, който стои до вас, е Бил Гейтс", пояснява той. "Не е изненадващо, че един фотон има толкова много енергия може да прави различни неща - малко като това, че можете да водите съвсем различен живот със 100 милиарда долара отколкото с 10 цента. Така че тази много енергийна светлина наистина дава нов прозорец към Вселената. "
Данните, събрани от MAGIC, показват, че енергията от GRB 190114C е между 200 милиарда и 1000 милиарда електронволта, или 0,2 до 1 тераелектрон волта. Това е най-силното събитие на GRB, откривано някога. Наблюденията от подкрепящи обсерватории определят разстоянието на този GRB до около 4 милиарда светлинни години от Земята. По-ранното събитие, GRB 180720B, измерено с HESS, е малко по-слабо, регистрирайки енергия между 100 милиарда и 440 милиарда електронни волта, или 0,1 до 0,44 TeV, и се оценява на 6 милиарда светлинни години разстояние от нашата планета.
"Това, което най-много ме изненадва при тези наблюдения, е че най-накрая видяхме такава високоенергийна емисия след повече от десетилетие усилия", казва Леван. В допълнение към тези две събития, миналото лято беше записано още едно голямо GRB, подробности за което тепърва ще бъдат публикувани, казва той. "Това означава, че вместо да е много рядко, този вид емисии може да бъде доста често срещан при изблици на гама-лъчи. В този случай всъщност е изненадващо, че трябваше да чакаме толкова дълго, за да намерим тази изключително енергийна светлина", заяви Леван пред Gizmodo.
Новите документи, освен че характеризират новите GRB, дават обяснения и за високоенергийните фотони, за които се предполага, че са произведени чрез процес, известен като обратно комптоново разсейване. Отначало бързо ускоряващите се частици скачат в силното магнитно поле в рамките на самата експлозия, което води до синхротронно излъчване (да, същия вид излъчване, произведено в синхротрони и други ускорители на частици на Земята, но с това свършва сравнението). След това, на втори етап, синхротронните фотони се разбиват в бързите частици, които са ги създали, усилвайки енергията си до екстремните скорости, регистрирани в земната атмосфера.
GRB се записват от спътници почти ежедневно, но всъщност са доста редки от космологична гледна точка и благодарим за това. За да си представим силата на тези неща: "типичният взрив освобождава толкова енергия за няколко секунди, колкото Слънцето през целия си 10-милиарда-годишен живот", обяснява астрономът Джема Андерсън, съавтор на изследването. Ако избухването на гама лъчи е някъде близо до нашия район и се фокусира директно върху Земята, това може да предизвика масово изчезване.
Както Леван обяснява на Gizmodo, подобно събитие може да се е случило в древното минало на Земята.
"Има едно масово изчезване, което можем да видим в геоложкия запис - изчезването през Ордовик, което съвпада с онова, което бихме очаквали при изблик на гама лъчи", казва Леван. "Ако дадено събитие е достатъчно близо до Земята, за да ни засегне сега, бихме имали някои парадоксални ефекти.“
Първо, озоновият слой би бил унищожен от гама лъчите, което ще позволи обилно количество UV лъчи да достигне до повърхността, обяснява Леван. За разлика от тях, видимата светлина вероятно ще бъде блокирана поради унищожаването на ключови молекули в атмосферата и наличието на азотни оксиди, които биха блокирали слънчевата светлина, задействайки ледников период. Това двойно въздействие на атмосферните ефекти би било ... лошо.
"Това е в съответствие с наблюдаваното преди 440 милиона години по време на изчезването през Ордовик, въпреки че това не е единственото възможно обяснение", казва Леван. "Въпреки това, за да ни повлияе, избухването на гама лъчи би трябвало да е достатъчно близо, като струята му да е насочена право към нас. Наблюденията сочат, че избухванията на гама лъчи всъщност са много редки в Млечния път. "
"Всъщност не очакваме да са значително по-често от веднъж на милиард години или около това, няма причина да губим съня си заради тази възможност".
