Pulsarų gama spinduliai per Fermio teleskopą

Supernovų pagimdyti pulsarai – tai itin sparčiai besisukančios neutroninės žvaigždės. Po mirtį atnešusio sprogimo tik tiek lieka iš susigniaužusios masyvios žvaigždės šerdies. Paprastai pulsarai atrandami ir tiriami pagal jų skleidžiamas radijo bangas. Šįkart du tuzinus pulsarų padėjo atrasti kraštutiniai gama spinduliai, įrašyti per Fermio kosminį gama spindulių teleskopą (Fermi Gamma-ray Space Telescope). Teleskopas yra gavęs žymaus italų fiziko Enriko Fermio (Enrico Fermi) vardą. Iš atrastųjų – 16 pulsarų buvo pamatyti vien tik pagal gama spindulių pulsavimą. Čia – gama spindulių viso skliauto dangalapis, kurio vidurys sulygiuotas su mūsų Paukščių Tako Galaktika. Jame pažymėti pulsarai: 16 naujai atrastųjų Fermio pulsarų apibrėžti geltonai, 8 anksčiau rastųjų pagal radijo pulsavimą – rausvai. Stulbinantys žvaigždžių palaikai, ryškiausi iš pulsarų – dešiniajame krašte: Burės (Vela), Krabas (Crab) ir Geminga. Geminga – sutrumpinta iš Gemini gamma ray source, Dvynių gama spindulių šaltinis; įdomu, kad viena italų tarme geminga reiškia „to ten nėra“. Pulsarai Tazas (Taz, sutrumpinta iš Tasmanijos velnias), Ungurys (Eel) ir Triušis (Rabbit) buvo pavadinti pagal vardus ūkų, kuriuos – kaip dabar žinoma – patys aprūpina energija. Gulbės Gama (Gamma Cygni) ir CTA 1 pulsarai – taip pat slypintys ūkuose, besiplečiančiose supernovų liekanose – matyti kairėje.

Pagaliau GLAST

Skrodžianti dūmų debesis Delta II raketa atsispyrė nuo Kanaveralo kyšulio oro pajėgų stoties pakilimo aikštelės 17-B šį trečiadienį 12 val. 5 min. vietos laiku (18 val. 5 min. Lietuvoje). Raketoje saugiai paslėptas pakilo ir Gama spindulių plačiakampis kosminis teleskopas (Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST), šiuo metu jau skriejantis orbita aplink Žemę. Teleskope įdiegta jutimo įranga pradžioje buvo sukurta Žemėje naudojamų dalelių greitintuvų tyrimams. Tačiau ją pasitelkęs aukštai danguje GLAST gali gauti gama spindulių duomenų ne tik iš ypatingųjų vietų mūsų Galaktikoje, bet ir iš pervirš masyvių juodųjų bedugnių tolimųjų aktyviųjų galaktikų centruose , ir galingų gama žybsnių šaltinių . Tokie kosminiai varikliai išskiria energiją, neįmanomą sukurti mūsų planetos laboratorijose. GLAST įranga taip pat pakankamai jautri ieškoti naujų fizikos dėsnių požymių palyginti mažai ištirtoje didelės energijos gama spindulių sandaroje.

Žemės gama spinduliai

Stambių pikselių nuotraukoje nufotografuoti mūsų pačių planetos Žemės gama spinduliai – šviesos forma, nešanti didžiausią energiją. Neįtikėtina, tačiau gama spinduliai, pagauti šioje nuotraukoje, buvo daugiau nei 35 milijonų elektronvoltų (MeV) stiprumo, nors paprastos regimosios šviesos fotonas turi vos 2 elektronvoltus (eV). Žemės gama spinduliavimas išties yra labai menkas. Ši nuotrauka sudėta sujungus septynerių metų ekspozicijų duomenis iš Komptono gama spindulių observatorijos (Compton Gamma Ray Observatory), skriejusios Žemės orbitoje 1991 – 2000 m. Nuotrauka rodo, kad ryškiausi pakraščiuose ir blyškūs link centro gama spinduliai sklinda iš Žemės atmosferos viršutinių sluoksnių. Gama spinduliai randasi, kai atmosfera sąveikauja su didelės energijos kosminiais spinduliais ir užkerta kelią žalingai radiacijai pasiekti paviršių. Astronomai siekia suprasti Žemės gama spinduliavimą, kadangi jis gali trukdyti kitų kosminių gama spindulių šaltinių stebėjimams – t. y. pulsarų, supernovų liekanų ir tolimųjų aktyvių galaktikų, kurioms energiją tiekia milžiniškos masės juodosios bedugnės.

Dangus gama spinduliuose

2007 m. numatytas paleisti Gama spindulių plačiakampis kosminis teleskopas (Gamma-ray Large Area Space Telescope, GLAST) tyrinės visatą gama spinduliuose – tai didžiausią energiją nešantys šviesos kvantai. Jeigu norite žinoti, ką bus galima išvysti pro GLAST – pažvelkite į šį vaizdą, koks spėjama bus gautas po pirmųjų 55 dienų tyrimų teleskopu (vaizdų seka sudėta iš kadrų po vieną per dieną). Viso dangaus vaizdas plokštumoje projektuojamas dangaus pusiaujo koordinačių sistemoje. Paukščių Takas matyti kaip išlinkusi juosta, o mūsų Galaktikos centras – dešinėje pusėje. Taigi kas danguje skleidžia gama spindulius? Astronomai tikrina savo žinias spėdami, kad gama šviesoje – be išsklaidytos Paukščių Tako šviesos – turėtų spinduliuoti įsižiebiančios aktyviosios galaktikos, pulsarai, gama žybsniai, Saulės žybsniai ir, žinoma, Mėnulis .

Ilgų gama žybsnių galaktikos

Kas sukelia galingus sprogimus, vadinamus gama žybsniais? Astronomai nėra įsitikinę, tačiau spėja, kad ilgesni gama spindulių žybsniai (gamma ray burst, GRB) susiję su nepaprastai masyviomis žvaigždėmis. Nauji, šį spėjimą patvirtinantys, duomenys buvo neseniai gauti kartu su Hablo (Hubble) kosminio teleskopo nuotraukomis. Čia pateiktose nuotraukose matyti, kad ilgi gama žybsniai paprastai atsiranda tose galaktikose ir tose galaktikų dalyse, kur vyksta aktyvi žvaigždėdara ir gausu ryškių, masyvių žvaigždžių. Tuo ilgi GRB skiriasi nuo daugelio supernovų, kurios būna gana tolygiai išsibarsčiusios po savo gimtąsias galaktikas. Kadangi mūsų Paukščių Tako Galaktikoje tokių aktyvios žvaigždėdaros sričių palyginti nedaug, netoli sužibsiančio GRB, kuris galėtų įtakoti gyvybę Žemėje, tikimybė taip pat palyginti maža.

GRB 060218: paslaptingasis žybsnis

Kas gi čia? Kažkas vyksta mažame dangaus lopinėlyje Avino žvaigždyne. Teleskopai visame pasaulyje akylai seka, kaip diena po dienos kinta neįprastas, staiga danguje nušvitęs objektas. Niekas nežino, kas su juo atsitiks vėliau. Visa ši kosminė mįslė prasidėjo vasario 18 d., kai aplink Žemę skriejantis automatinis Svifto (Swift) palydovas aptiko anksčiau nepastebėtą, blausų gama spindulių šaltinį. Objektas, pažymėtas GRB 060218, yra iš gama spindulių žybsnių (gamma ray burst, GRB). Tačiau tai, kaip kinta jo ryškis – labai neįprasta. Pastebėta, kad GRB 060218 nuo pasirodymo pradžių spinduliuoja visų ilgių elektromagnetinėse, net radijo ir regimosios šviesos bangose. Čia kairėje – Slouno skaitmeninių dangaus tyrimų (Sloan Digital Sky Survey, SDSS) projekto teleskopu fotografuota GRB 060218 apylinkių nuotrauka, gauta gerokai anksčiau orbitinio Svifto teleskopo atradimo, o dešinėje – jau paties Svifto teleskopo daryta ultravioletinė nuotrauka, po atradimo. Mįslingasis GRB matyti dešinės nuotraukos centre. Tolimesni stebėjimai leido nustatyti raudonąjį poslinkį lygų z = 0,033. Tai reškia, kad objektas yra vos už 440 milijonų šviesmečių – tai arčiau, negu kiti paprasti gama spindulių žybsniai. Ar GRB 060218 yra naujo tipo gama spindulių žybsnis, ar naujos rūšies supernova, ar anksčiau neatrasta jungtis tarp GRB ir supernovų – lieka tolimesnių neatidėliotinų tyrimų tema.

Gama žybsnių mįslė

Iš kur atsiranda staigūs gama žybsniai? Pačių galingiausių iš visų žinomų kosmose sprogimų padariniai, gama žybsniai, vis dar lieka neįminta mįsle, nors atrasti beveik prieš 40 metų. Dabar paaiškėjo, kad priežastis gali būti ne viena. Kelis pastaruosius metus ilgi gama žybsniai, trunkantys nuo sekundės iki minutės, randami žydrose Visatos srityse, kuriose gausu žvaigždėdaros. Masyvios jaunos žvaigždės savo trumpo gyvenimo pabaigoje tokiose srityje paprastai sprogsta. Astronomai ilgus gama žybsnius sieja su jaunų masyvių žvaigždžių sprogimais. Per kelis paskutinius mėnesius galų gale aptiktos trumpų gama žybsnių vietos. Jie aptinkami skirtingose vietose – net tik žvaigždėdaros gausiose žydrose srityse. Todėl daugelis astronomų dabar spėja, kad trumpi gama žybsniai, kurie paprastai trunka mažiau nei sekundę, pasirodo dėl kitokių priežasčių, negu ilgi gama žybsniai. Vyraujanti nuomonė yra ta, kad trumpi gama žybsniai atsiranda tada, kai neutroninė žvaigždė susiduria su kita neutronine žvaigžde arba juodąja bedugne. Tokie susidūrimai gali vykti tik ten, kur žvaigždėdara jau seniai išsekusi. Šioje iliustracijoje matote, kaip dvi didelės energijos neutroninės žvaigždės artėja viena prie kitos, skriedamos savose orbitose. Tokia mirties spiralė gali baigtis trumpu gama žybsniu.

Žemės gama spinduliai

Stambių pikselių nuotraukoje iš tikrųjų matomi mūsų pačių planetos Žemės gama spinduliai – šviesos forma, nešanti didžiausią energiją. Tiesą sakant, gama spinduliai , „pagauti“ šioje nuotraukoje buvo daugiau nei 35 milijonų elektronvoltų (MeV) stiprumo, o paprastos regimosios šviesos fotonas turi vos 2 elektronvoltus (eV). Žemės gama spinduliavimas tikrai yra labai silpnas. Ši nuotrauka sumontuota sujungus septynerių metų ekspozicijos duomenis iš Komptono gama spindulių observatorijos (Compton Gamma Ray Observatory), skriejusios Žemės orbitoje 1991 – 2000 m.. Nuotrauka rodo, kad ryškiausi pakraščiuose ir blyškūs link centro gama spinduliai sklinda iš Žemės atmosferos viršutinių sluoksnių. Gama spinduliai randasi, kai atmosfera sąveikauja su didelės energijos kosminiais spinduliais ir užkerta kelią žalingai radiacijai pasiekti paviršių. Astronomai siekia suprasti Žemės gama spinduliavimą, kadangi jis gali trukdyti kitų kosminių gama spindulių šaltinių stebėjimus – t. y. pulsarų, supernovų liekanų ir tolimųjų aktyvių galaktikų, kurioms energiją tiekia milžiniškos masės juodosios bedugnės .

Milžiniškas magnetaro žybsnis

Ar ryškiausias iš iki šiol stebėtų galaktinių žybsnių padėtų rasti trūkstamą grandį tarp dviejų kosminių sprogimų tipų? Praeitą gruodį tanki gama spindulių skraistė, vos kelis kartus didesnė už Žemę, perskrodė mūsų Saulės sistemą, permerkdama dirbtinius palydovus ir pastebimai atsispindėdama nuo Mėnulio. Šią didžiausią iš iki šiol įrašytų sprogimo bangų sukėlė šalia mūsų Galaktikos centro esantis magnetaras – didžiulis magnetas – žymimas kaip švelniųjų gama spindulių kartotojas SGR 1806-20 (Soft Gamma Repeater, SGR). Milžiniško sprogimo pradinis ryškumas ir staigumas leidžia jį sugretinti su kita didžiųjų sprogimų rūšimi, stebima iš daug didesnio atstumo – su trumpais gama žybsniais GRB (Gamma-ray burst, GRB). Daugelis mokslininkų mano, kad staigūs gama žybsniai GRB yra visiškai skirtingos prigimties, negu jų ilgieji „pusbroliai“, gama spindulių pliūpsniai, siejami su tolimomis supernovomis . Šie piešiniai iliustruoja nuslūgstantį švelniųjų gama spindulių kartotojo SGR sprogimą. Matyti greita spindulių banga, judanti tolyn nuo viduryje esančio magnetaro. Vėliau tikimasi geriau ištirti galimą ryšį tarp švelniųjų gama spindulių kartotojų SGR ir gama žybsnių GRB, nes vis daugiau panašių įvykių užrašo aplink Žemę skriejantis Svifto (Swift) palydovas.

Aukso kilmė

Iš kur atsirado mūsų papuošalų auksas? Niekas iki šiol tiksliai nežino. Vidutinis santykinis Saulės sistemos tankis didesnis negu galėjo būti ankstyvosios Visatos žvaigždėse ar sprogus paprastoms supernovoms. Kai kurie astronomai spėja, kad daug neutronų turintys sunkieji elementai – auksas ir kiti – lengvai galėjo susidaryti retai vykstančiuose neutronų prisotintuose sprogimuose, tokiuose kaip, pvz., neutroninių žvaigždžių susidūrimai. Šioje iliustracijoje matote dviejų besisukančių neutroninių žvaigždžių, judančių viena link kitos, prieš pat susidūrimą kompiuterinį atvaizdą. Manoma, kad neutroninių žvaigždžių susidūrimai sukuria ir staigius gama žybsnius. Taigi gali būti, kad jūsų brangenybių dėžutėje – dovana atminimui iš vieno galingiausių sprogimų Visatoje.