Obrazový kredit: ESO
29. marca 2003 Vysokoenergetický prieskumník NASA zistil jasný výbuch gama lúčov a krátko potom, ako sa na objekt zamerali teleskopy z celého sveta; teraz volal GRB 030329 a bol vzdialený 2,6 miliardy svetelných rokov. Meraním dosvitu výbuchu si astronómovia uvedomili, že zodpovedá spektru hypernovy - výbuchu extrémne veľkých hviezd, najmenej 25-krát väčších ako naše Slnko. Prispôsobením spektier majú astronómovia presvedčivé dôkazy o tom, že existuje určitý vzťah medzi výbuchmi gama lúčov a výbuchmi veľmi veľkých hviezd.
Veľmi jasný výbuch gama lúčov bol pozorovaný 29. marca 2003 pomocou prieskumu NASA High Energy Transient Explorer (HETE-II) v oblasti oblohy v súhvezdí Lev.
V priebehu 90 minút sa pomocou 40-palcového ďalekohľadu na observatóriu vlečnej pružiny (Austrália) a tiež v Japonsku zistil v rovnakom smere nový, veľmi jasný zdroj svetla („optický dosvit“). Dávka gama žiarenia bola označená GRB 030329, podľa dátumu.
A prvé, veľmi podrobné spektrum tohto nového objektu bolo získané do 24 hodín vysoko disperzným spektrografom UVES na 8,2 m ďalekohľade VLT KUEYEN na observatóriu ESO Paranal (Chile). To umožnilo určiť vzdialenosť asi 2 650 miliónov svetelných rokov (červený posun 0,1668).
Pokračujúce pozorovania s multimódovými prístrojmi FORS1 a FORS2 na VLT počas nasledujúceho mesiaca umožnili medzinárodnému tímu astronómov [1] dokumentovať bezprecedentné podrobnosti o zmenách spektra optického dosvitu tejto gama lúče. Ich podrobná správa je uvedená v 19. júnovom čísle vedeckého časopisu „Príroda“.
Spektrá ukazujú postupný a jasný vznik supernovového spektra najenergickejšej známej triedy, „hypernovy“. Je to spôsobené výbuchom veľmi ťažkej hviezdy - pravdepodobne viac ako 25-krát ťažšej ako Slnko. Nameraná expanzná rýchlosť (nad 30 000 km / s) a celková uvoľnená energia boli mimoriadne vysoké, dokonca v rámci triedy vyvolenej hypernovy.
Na základe porovnania s viac blízkymi hypernovami sú astronómovia schopní s presnosťou zafixovať moment hviezdnej explózie. Ukázalo sa, že je v intervale plus / mínus dva dni od výbuchu gama žiarenia. Tento jedinečný záver poskytuje presvedčivé dôkazy o tom, že tieto dve udalosti sú priamo spojené.
Tieto pozorovania teda naznačujú spoločný fyzikálny proces za výbuchom hypernovy a súvisiacu emisiu silného gama žiarenia. Tím dospel k záveru, že je pravdepodobné, že je to dôsledok takmer okamžitého, nesymetrického kolapsu vnútornej oblasti vysoko rozvinutej hviezdy (známy ako model „kolapsu“).
Výbuch gama žiarenia z 29. marca prejde do anál astrofyziky ako zriedkavá „udalosť definujúca typ“, ktorá poskytne presvedčivý dôkaz o priamom spojení medzi kozmologickými výbojmi gama žiarenia a výbuchmi veľmi veľkých hviezd.
Čo sú to gama-Ray zhluky?
Jedným z v súčasnosti najaktívnejších oblastí astrofyziky je štúdium dramatických udalostí známych ako „výbuchy gama žiarenia (GRB)“. Prvýkrát ich odhalili koncom šesťdesiatych rokov citlivé prístroje na palube obiehajúcich vojenských satelitov, ktoré boli spustené na účely sledovania a zisťovania jadrových skúšok. Tieto krátke záblesky energetických gama lúčov, ktoré nie sú na Zemi, ale sú ďaleko od vesmíru, trvajú od menej ako jednej sekundy do niekoľkých minút.
Napriek veľkému pozorovaciemu úsiliu je možné presne určiť miesta niektorých z týchto udalostí iba za posledných šesť rokov. S neoceniteľnou pomocou porovnateľne presných pozičných pozorovaní súvisiacej röntgenovej emisie rôznymi röntgenovými satelitnými observatóriami od začiatku roku 1997 astronómovia doteraz identifikovali asi päťdesiat krátkodobých zdrojov optického svetla spojených s GRB („optické dosvity“). ).
Zistilo sa, že väčšina GRB sa nachádza vo veľmi veľkých („kozmologických“) vzdialenostiach. To znamená, že energia uvoľnená v priebehu niekoľkých sekúnd počas takejto udalosti je väčšia ako energia Slnka počas celej jej životnosti dlhšej ako 10 000 miliónov rokov. GRB sú skutočne najsilnejšími udalosťami od čias Veľkého tresku vo vesmíre, porov. ESO PR 08/99 a ESO PR 20/00.
Počas posledných rokov sa objavili nepriame dôkazy o tom, že GRB signalizujú kolaps veľkých hviezd. Pôvodne to vychádzalo z pravdepodobného spojenia jedného neobvyklého výbuchu gama žiarenia so supernovou („SN 1998bw“, tiež objavený pri teleskopoch ESO, porovnaj ESO PR 15/98). Od tej doby sa objavilo viac záchytných bodov, vrátane asociácie GRB s oblasťami masívnej tvorby hviezd vo vzdialených galaxiách, dráždivých dôkazov „hrboliek“ supernovových svetelných kriviek v optických dosvetoch niektorých skorších impulzov a spektrálnych podpisov z čerstvo syntetizovaných prvkov. , pozorované rôntgenovými observatóriami.
VLT pozorovania GRB 030329
29. marca 2003 (presne 11: 37: 14,67 hodín UT) detekoval vysokovýkonný prechodový prieskum NASA (HETE-II) veľmi jasný výboj gama žiarenia. Po identifikácii „optického dosvitu“ 40-palcovým ďalekohľadom v observatóriu Siding Spring (Austrália) bol červený posun burzy [3] stanovený ako 0,1655 pomocou spektra s vysokou disperziou získaného spektrografom UVES na 8,2 m ďalekohľad VLT KUEYEN na observatóriu ESO Paranal (Čile).
Zodpovedajúca vzdialenosť je asi 2 650 miliónov svetelných rokov. Toto je najbližšie normálne zistené GRB, ktoré kedy bolo zistené, a preto poskytuje dlho očakávanú príležitosť otestovať mnohé hypotézy a modely, ktoré boli navrhnuté od objavenia prvých GRB na konci 60. rokov.
S týmto konkrétnym cieľom sa vedecký tím astronómov ESO [1] teraz obrátil na dva ďalšie silné nástroje na veľmi veľkom ďalekohľade ESO (VLT), na multimódové kamery / spektrografy FORS1 a FORS2. Po dobu jedného mesiaca až do 1. mája 2003 boli pravidelne získavané spektrá vyblednutého objektu, čo zaisťuje jedinečný súbor pozorovacích údajov, ktoré dokumentujú fyzické zmeny vzdialeného objektu v neprekonateľných detailoch.
Hypernova spojenie
Na základe dôkladného preštudovania týchto spektier astronómovia teraz prezentujú svoju interpretáciu udalosti GRB 030329 vo výskumnom príspevku, ktorý sa objavil vo štvrtok 19. júna v medzinárodnom časopise Nature. Pod prozaickým názvom „Veľmi energická supernova spojená s gama lúč z 29. marca 2003 “, nie menej ako 27 autorov zo 17 výskumných ústavov na čele s dánskym astronómom Jensom Hjorthom dospelo k záveru, že v súčasnosti existuje nevyvrátiteľný dôkaz o priamej súvislosti medzi GRB a„ hypernovou “explóziou masívna, vysoko vyvinutá hviezda.
Je to založené na postupnom „výskyte“ s časom spektra supernovového typu, ktoré odhaľuje extrémne násilný výbuch hviezdy. Pri rýchlostiach značne vyšších ako 30 000 km / s (t. J. Viac ako 10% rýchlosti svetla) sa vyhadzovaný materiál pohybuje rekordnou rýchlosťou, čo svedčí o obrovskej sile výbuchu.
Hypernovae sú zriedkavé udalosti a sú pravdepodobne spôsobené výbuchom hviezd typu tzv. Wolf-Rayet [4]. Tieto hviezdy WR boli pôvodne tvorené hmotnosťou nad 25 slnečných hmôt a pozostávali väčšinou z vodíka. Teraz, keď sa vo svojej fáze WR zbavili vonkajších vrstiev, pozostávajú takmer výlučne z hélia, kyslíka a ťažších prvkov produkovaných intenzívnym spaľovaním jadra počas predchádzajúcej fázy ich krátkej životnosti.
„Čakali sme na tento dlho a dlho,“ hovorí Jens Hjorth, „tento GRB nám skutočne poskytol chýbajúce informácie. Z týchto veľmi podrobných spektier môžeme teraz potvrdiť, že tento výbuch a pravdepodobne ďalšie dlhé impulzy gama žiarenia sú vytvárané jadrovým kolapsom veľkých hviezd. Väčšina ďalších vedúcich teórií je dnes nepravdepodobná. “
„Udalosť definujúca typ“
Jeho kolega, ESO-astronóm Palle M? Ller, je rovnako spokojný: „Čo nás v prvom rade dostalo, bolo to, že sme jasne detegovali supernovové podpisy už v prvom spektre FORS, ktoré boli urobené iba štyri dni po prvom pozorovaní GRB - to sme vôbec neočakávali. Keď sme získavali čoraz viac údajov, uvedomili sme si, že spektrálny vývoj bol takmer úplne totožný s vývojom hypernovy v roku 1998. Podobnosť týchto dvoch možností nám umožnila stanoviť veľmi presné načasovanie súčasnej supernovovej udalosti “.
Astronómovia určili, že k výbuchu hypernovy (označenému ako SN 2003dh [2]) zdokumentovanému v spektrách VLT a udalosť GRB pozorovanú pomocou HETE-II muselo dôjsť takmer v rovnakom čase. S výhradou ďalšieho zdokonalenia je nanajvýš rozdiel 2 dní, a preto niet pochýb o tom, že tieto dve zložky sú príčinne spojené.
„Supernova 1998bw prejavila našu chuť do jedla, ale trvalo to ešte 5 rokov, než sme mohli s istotou povedať, že sme našli fajčiarsku pištoľ, ktorá pritĺkala spojenie medzi GRB a SNe,“ dodáva Chryssa Kouveliotou z NASA. „GRB 030329 sa môže pre GRB ukázať ako„ chýbajúci odkaz “.“
Záverom možno povedať, že GRB 030329 bola zriedkavou udalosťou „určujúcou typ“, ktorá bude zaznamenaná ako povodie vo vysokoenergetickej astrofyzike.
Čo sa skutočne stalo 29. marca (alebo pred 2 650 miliónmi rokov)?
Toto je kompletný príbeh o GRB 030329, ako ho astronómovia teraz čítajú.
Tisíce rokov pred touto explóziou, veľmi mohutná hviezda, ktorá vyčerpala vodík, uvoľnila veľkú časť vonkajšej obálky a zmenila sa na modrastú hviezdu Wolf-Rayet [3]. Zvyšky hviezdy obsahovali asi 10 slnečných hmôt v hodnote hélia, kyslíka a ťažších prvkov.
V rokoch pred výbuchom Wolf-Rayetova hviezda rýchlo vyčerpala svoje zvyšné palivo. V určitom okamihu to náhle spustilo udalosť hypernova / gama lúč. Jadro sa zrútilo, bez toho, aby to vedela vonkajšia časť hviezdy. Vo vnútri sa vytvorila čierna diera, obklopená diskom narastajúcej hmoty. Za pár sekúnd bol z tejto čiernej diery vypustený prúd hmoty.
Lúč prešiel vonkajším plášťom hviezdy a v spojení s energickými vetrom novo vytvoreného rádioaktívneho niklu-56, ktorý fúka z disku vnútri, roztrieštil hviezdu. Toto roztrieštenie, hypernova, jasne svieti kvôli prítomnosti niklu. Medzitým tryska rozorávala materiál v blízkosti hviezdy a vytvorila výbuch gama lúčov, ktorý astronómovia na Zemi zaznamenali neskôr asi o 2 650 miliónov rokov. Podrobný mechanizmus výroby gama lúčov je stále predmetom diskusie, ale je buď spojený s interakciami medzi prúdom a látkou predtým vypustenou z hviezdy, alebo s vnútornými zrážkami vo vnútri samotného lúča.
Tento scenár predstavuje model „kolapsu“, ktorý predstavil americký astronóm Stan Woosley (Kalifornská univerzita, Santa Cruz) v roku 1993 a člen súčasného tímu. Najlepšie vysvetľuje pozorovania GRB 030329.
„To neznamená, že záhada gama žiarenia je teraz vyriešená,“ hovorí Woosley. „Teraz sme si istí, že dlhé výbuchy zahŕňajú kolaps jadra a hypernovu, pravdepodobne vytvoriac čiernu dieru. Presvedčili sme väčšinu skeptikov. Zatiaľ však nemôžeme dospieť k žiadnemu záveru o tom, čo spôsobuje krátke výboje gama žiarenia, ktoré trvajú menej ako dve sekundy. “
Pôvodný zdroj: ESO News Release
