Gammakiirguspursked — mis need on, kuidas tekivad ja tagajärjed

Gammakiirguspursked (GRB) on äärmiselt energiliste plahvatuste gammakiirguse välgud. Neid on täheldatud kaugetes galaktikates. Need on kõige heledamad elektromagnetilised sündmused, mida universumis teadaolevalt esineb.

GRB-d võivad kesta millisekunditest kuni mitme minutini; tüüpiline ergas impuls kestab paar sekundit. Esimesele intensiivsele purskele järgneb sageli pikemaajaline järelhääle‑faas, mis kiirgab pikematel lainepikkustel — röntgen-, ultraviolett-, nähtava valguse, infrapuna- ja raadiolainevahemikus. See järelhääle‑kiirgus tekib siis, kui plahvatuse relativistlikud jugad põrkuvad ümbritseva ainega ja jaotavad energiat erinevatele sagedustele.

Põhjused ja alamliigid

Enamikku pikki GRB-sid seostatakse tugeva beemitud kiirgusega, mis vabaneb massiivse tähe tuuma kollapsi ehk supernoova käigus, kui kiiresti pöörlev tähekera kokku variseb ja moodustab musta augu või väga massiivse neutrontähe. Seda mudelit nimetatakse sageli "collapsar" mudeliks: akretsioonikett ja magnetväljaga juhitud relativistlikud jugad puhuvad läbi tähe välimise kihi ja tekitavad gammakiirguse plahvatuse.

GRB-de alamkategooria — lühikesed pursked — näib pärinevat teistsugusest protsessist, kõige tõenäolisemalt kahe neutrontähe või neutrontähe ja musta augu ühinemisest. Sellised ühinemised võivad toota ka raskemate elementide (näiteks kuld ja plaatina) sünteesi ja neid seostatakse praegu ka gravitatsioonilainete sündmustega (näiteks GW170817 ja lühike GRB 170817A).

Energiamõõt ja beaming

Enamik GRB-de allikad asuvad Maast miljardite valgusaastate kaugusel. See osutabväga suurtele vabastatud energiatele: isotroopse ekvivalendina võib üksik GRB vabastada mõne sekundi jooksul energiahulga, mis ületab Päikese kogu 10 miljardi aasta pikkuse eluea jooksul. Tegelikult on kiirgus sageli tugevalt suunatud kitsasse jugasse (beaming), mistõttu tegelik eralduv energia võib olla oluliselt väiksem kui isotroopne ekvivalent — siiski jääb see äärmiselt suureks (tüüpilised hinnangud jäävad umbes 10^50–10^52 erg ümber, sõltuvalt avamisnurgast).

Tuvastus ja uurimine

• Esimesed GRB-d avastati sõjatähtsatelt satelliitidelt 1960. aastatel (Vela satelliidid).
• Tänapäeval jälgivad GRB-sid spetsiaalsed kosmilised vaatlused, näiteks Swift ja Fermi, mis annavad kiiret positsioneerimist ja võimaldavad maapinnel teha järelvaatlusi eri lainepikkustel.
• Järelhäält uurides saab määrata GRB punanihet, host‑galaktika omadusi ja keskkonda, kus plahvatus tekkis. Mõned GRB-d on leitud väga kõrgete punanihetega (z > 6–8), mis teeb neist tööriistad varajase universumi uurimiseks.

Esinemissagedus ja mõju Maale

GRB-d on galaktika kohta väga haruldased — ligikaudu mõned üksikud juhtumid miljoni aasta jooksul iga galaktika kohta. Kõik täheldatud GRB-d on pärit väljaspool meie Linnutee galaktikat. Linnutees on leitud sarnaseid, kuid väiksema energiaga sündmusi — nn pehmed gammakordaja välgud, mis on seotud magnetaaridega (võimsate magnetväljadega neutrontähed). Magnetaaride hiiglaslikud pursked võivad tekitada tugevate gammakiirguse impulsse, kuid need on tavaliselt palju nõrgemad kui kauged kosmilised GRB-d.

On arutletud, et lähim ja piisavalt tugev GRB suunatud Maale võiks põhjustada tõsiseid atmosfäärilisi tagajärgi, näiteks osoonikihi olulisemat vähenemist, mis omakorda suurendaks bioloogiliselt kahjuliku UV‑kiirguse hulka kõige pinnal. Selline sündmus oleks potentsiaalselt eluohtlik paljudele liikidele ja mõnes teoorias on püütud seostada kaugemat massilist väljasuremist võimalike GRB‑dega, kuid otsest tõendit selle kohta pole — need seosed on hüpoteetilised ja tõenäosus lähikümnete miljonite aastate jooksul on väga väike.

Mida GRB‑d annavad teadusele?

• GRB‑d toimivad "kosmiliste laternate"‑taoliste valgusallikatena, mis valgustavad lähiümbruse gaasi ja aitavad uurida kaugete galaktikate keskkondi.
• Järelvaatlused aitavad mõista tähe elu lõppfaase, raskete elementide teke ja gravitatsioonilainete allikaid (ülesehitus kilonova‑sündmuste puhul).
• Suured punanihe‑GRB‑d pakuvad unikaalset vaadet varajasele universumile, sealhulgas esimestele tähedetele ja galaktikatele.

Kokkuvõtlikult: gammakiirguspursked on kosmose kõige intensiivsemad elektromagnetilised plahvatused, mis tekivad peamiselt massiivsete tähtede kollapsi või kahe tiheda objekti ühinemise tulemusel. Need sündmused on teadusele hindamatud, kuid Maale suunatud eriti lähedane ja tugev GRB oleks kallaliku mõjuga — see oht on aga äärmiselt väike.

Ajalugu

Gammakiirguse plahvatusi täheldati esmakordselt 1960ndate lõpus USA Vela-satelliitide abil, mis ehitati selleks, et avastada kosmoses katsetatud tuumarelvade poolt kiirgatud gammakiirguse impulsse.

2. juulil 1967, kell 14.19 UTC, avastasid satelliidid Vela 4 ja Vela 3 gammakiirguse välgu, mis ei ole võrreldav ühegi teadaoleva tuumarelva tunnusega. Kuna Los Alamose teaduslaboratooriumi meeskond ei olnud kindel, mis oli juhtunud, kuid ei pidanud asja eriti kiireloomuliseks, talletas andmed uurimise jaoks.

Analüüsides erinevate satelliitide poolt tuvastatud pursete erinevaid saabumisaegu, suutis uurimisrühm määrata kuueteistkümne pursete12-16 ligikaudsed hinnangud taevas paiknemise kohta ja välistada lõplikult maapealse või päikesepäritolu. Avastus avaldati 1973. aastal.

Kõigi BATSE missiooni ajal avastatud gammakiirguse pursete asukohad taevas. Jaotus on juhuslik, ilma kontsentratsioonita Linnutee tasapinna suunas, mis kulgeb horisontaalselt läbi pildi keskpunkti.

Küsimused ja vastused

K: Mis on gammakiirguse plahvatused?

K: Kui kaua GRB-d tavaliselt kestavad?

K: Mis on enamiku GRB-de allikas?

K: Kust pärineb enamik täheldatud GRB-dest?

K: Kui palju energiat vabaneb keskmisest purskest?

K: Kui haruldased on GRB-sündmused?

K: Kas gammapursked võivad olla ohtlikud meie enda galaktikas?

Otsing