Gammaflits

Gammaflitse is uiters energieke ontploffings wat in verafgeleë sterrestelsels waargeneem is. Hulle is sover bekend die helderste elektromagnetiese verskynsels in die heelal. Flitse kan van 10 millisekondes tot verskeie ure duur. Ná ’n aanvanklike flits van gammastrale is ’n langer "nagloed" waarneembaar in langer golflengtes (X-straal, ultraviolet, opties, infrarooi, mikrogolf en radio).Vedrenne & Atteia 2009

Die intense uitstraling van die meeste gammaflitse vind vermoedelik plaas tydens ’n supernova of hipernova wanneer ’n vinnig roterende, swaar ster inplof en ’n neutronster, kwarkster of swartkolk vorm. ’n Ander, korter soort gammaflits word blykbaar deur ’n ander proses geskep: die samesmelting van dubbele neutronsterre. Die oorsaak van ’n voorafgaande flits wat in sommige van hierdie kort verskynsels waargeneem word, is moontlik die ontwikkeling van ’n resonansie tussen die kors en kern van sulke sterre vanweë die enorme getykragte wat in die sekondes voor die botsing ondervind word en veroorsaak dat die hele kors van die ster versplinter.

Die bron van die meeste gammaflitse is miljarde ligjare van die Aarde af, wat daarop dui die flitse is beide uiters energiek (’n tipiese flits stel omtrent soveel energie vry as die Son in die hele 10 miljard jaar van sy bestaan) en uiters skaars (’n paar per miljoen jaar per sterrestelsel).Podsiadlowski 2004 Alle waargenome gammaflitse het buite die Melkweg plaasgevind. Daar is ’n hipotese dat ’n gammaflits in die Melkweg wat direk na die Aarde gerig is, ’n massauitwissing van lewe sal kan veroorsaak.Melott 2004

Gammaflitse is in 1967 die eerste keer deur die Vela-satelliete waargeneem wat ontwerp is om geheime kernwapentoetse op te spoor. Ná hulle ontdekking is honderde teoretiese modelle voorgestel om dié flitse te verklaar, soos die botsing tussen komete en neutronsterre.Hurley 2003 Min inligting was beskikbaar om dié modelle te bewys, totdat die eerste X-straal- en optiese nagloede in 1997 waargeneem is en hulle rooiverskuiwing gemeet is om hulle afstand en die omvang van hulle energievrystelling te bepaal. Hierdie ontdekkings en die daaropvolgende bestudering van die sterrestelsels en supernovas wat met hulle verbind word, het gelei tot die slotsom dat hulle in verafgeleë sterrestelsels voorgekom het.

 Klassifikasie 
duimnael|200px|links|Die ligkurwes van verskillende gammaflitse.
Die ligkurwes van gammaflitse is uiters uiteenlopend en ingewikkeld.Katz 2002, p. 37 Geen twee gammaflitse se ligkurwes is identies nie.Marani 1997 Groot variasies kan gesien word in feitlik alle eienskappe: Die duur van die flitse kan van 10 millisekondes tot verskeie ure wees, daar kan ’n enkele hoogtepunt of verskeie kleiner pulse wees, en individuele hoogtepunte kan óf simmetries wees óf vinnig helderder en dan stadig dowwer word. Sommige flitse word voorafgegaan deur ’n dowwe flits, wat dan (ná sekondes of minute van geen aktiwiteit nie) gevolg word deur die veel intenser, "ware" flits.Lazatti 2005 Die ligkurwes van sommige flitse het ’n uiters chaotiese en ingewikkelde profiel met feitlik geen waarneembare patrone nie.Fishman & Meegan 1995

Hoewel sommige ligkurwes deur middel van sekere eenvoudige modelle nagemaak kan word,Simić 2005 is min vordering gemaak om hulle volle uiteenlopendheid te verstaan. 

 Kort gammaflitse 
duimnael|Hubble se foto van die infrarooi nagloed van ’n flits wat veroorsaak is deur die samesmelting van twee kompakte voorwerpe. 

Flitse van korter as twee sekondes word geklassifiseer as kort gammaflitse. Hulle maak sowat 30% van alle flitse uit. Tot 2005 is geen nagloede by sulke kort flitse waargeneem nie en min was oor hulle oorsprong bekend.In a Flash NASA Helps Solve 35-year-old Cosmic Mystery . NASA (2005-10-05) Sedertdien is die nagloede van tientalle kort gammaflitse waargeneem en die flitse se oorsprong nagespeur; verskeie is verbind met streke met min of geen stervorming nie, soos groot elliptiese sterrestelsels en die sentrale dele van groot sterrestelselswerms.Bloom 2009Hjorth 2005Berger 2007Gehrels 2005 Dit sluit enige verbintenis met swaar sterre uit en bevestig dat kort gammaflitse verskil van lang flitse. Daar was ook geen verband met supernovas nie.Zhang 2009

Die ware aard van hierdie verskynsels (en selfs of die klassifikasie noukeurig is) is steeds onbekend, hoewel die algemene hipotese is dat hulle ontstaan tydens die samesmelting van twee kompakte voorwerpe: óf dubbele neutronsterreNakar 2007 óf ’n neutronster en ’n swartkolk. Die kort duur van hierdie verskynsels dui op ’n bron met ’n baie klein deursnee in ruimteterme – minder as 0,2 ligsekondes (sowat 60 000 km, of vier keer so groot soos die Aarde). Dit dui ook op ’n baie kompakte voorwerp. Die waarneming van minute tot ure van X-straalflitse ná ’n kort gammaflits stem verder ooreen met klein deeltjies van ’n primêre voorwerp soos ’n neutronster wat aanvanklik binne twee sekondes of minder deur ’n swartkolk ingesluk word, gevolg deur ’n paar uur van kleiner energieverskynsels, soos oorblywende deeltjies van gety-ontwrigte neutronstermateriaal (nie meer neutronium nie) wat in ’n wentelbaan agterbly en oor ’n langer tydperk in die swartkolk verdwyn. 

 Lang gammaflitse 
Die meeste waargenome flitse (70%) het langer as twee sekondes geduur en word geklassifiseer as lang gammaflitse. Omdat hulle die meeste is en geneig is om helderder nagloede te hê, is hulle in fyner besonderhede bestudeer as kort flitse. Feitlik elke goed bestudeerde lang gammaflits is verbind met ’n sterrestelsel met vinnige stervorming, en in baie gevalle met ’n supernova – dit verbind hulle onteenseglik met die inploffing van baie swaar sterre.Woosley & Bloom 2006 Lang nagloede by ’n hoë rooiverskuiwing stem ook ooreen met die feit dat die flitse in stervormingstreke ontstaan het.Pontzen et al. 2010

 Ultralang gammaflitse 
Dié verskynsels lê aan die eindpunt van die lang-gammaflits-verspreiding; hulle duur langer as 10 000 sekondes. Daar is voorgestel hulle hoort in ’n ander klas, moontlik veroorsaak deur die inploffing van ’n blou superreus. Net ’n paar is nog waargeneem en hulle mees uitstaande kenmerk is die duur van die flitse. Tot dusver is die bekendste ultralang gammaflitse GRB 091024A, GRB 101225A en GRB 111209A. ’n Onlangse studie toon egter die bestaande bewyse dat dié flitse ’n ander bron het, is onoortuigend en dat verdere waarnemings oor verskeie golflengtes nodig is om tot ’n beter gevolgtrekking te kom.

 Energie-uitstraling 
duimnael|200px|’n Kunstenaarsvoorstelling van ’n helder gammaflits in ’n stervormende gebied. Die energie van die ontploffing word in twee smal strale in teenoorgestelde rigtings uitgestuur.

Gammaflitse is baie helder van die Aarde af gesien ondanks hulle enorme afstand. ’n Gemiddelde lang gammaflits se magnitude kan vergelyk word met dié van ’n helder ster in die Melkweg al is dit miljarde ligjare ver (in vergelyking met die tientalle ligjare van die meeste sigbare sterre). Die meeste van die energie word in gammastrale vrygestel, hoewel baie gammaflitse ook optiese uitstralings het. So het GRB 080319B ’n optiese uitstraling gehad wat op sy hoogtepunt ’n skynbare magnitude van 5,8 gehad het;Racusin 2008 dit kan vergelyk word met dié van die dofste ster wat met die blote oog gesien kan word – al was hy 7,5 miljard ligjare van die Aarde af. Hierdie kombinasie van ligsterkte en afstand dui op ’n uiters energieke bron. As ’n mens aanneem die gammastraalontploffing was sferies, was die energie-uitset van GRB 080319B binne ’n faktor van twee van die resmassa-energie van die Son (die energie wat uitgestraal sou word as die Son geheel en al in bestraling omskep sou word).

Geen bekende proses in die heelal kan soveel energie in so ’n kort tyd uitstraal nie. Daar word geglo gammaflitse is hoogs gefokusde ontploffings, met die meeste van die ontploffingsenergie wat in ’n smal straal uitgeskiet word wat feitlik teen die spoed van lig beweeg.Rykoff 2009Abdo 2009 Omdat die energie so gefokus is, word verwag die meeste gammaflitse sal die Aarde mis en nie waargeneem word nie. Wanneer ’n flits reg na die Aarde toe wys, veroorsaak die kompaktheid van die straal dat die flits baie helderder vertoon as wanneer die energie sferies uitgestraal sou word. As hierdie effek in aanmerking geneem word, het tipiese gammaflitse wat al waargeneem is ’n ware energievrystelling van sowat 1044 J, of sowat 1/2000 van ’n sonmassa-energie-ekwivalent.Frail 2001 Dit kan vergelyk word met die energie wat vrygestel word in ’n helder tipe Ib/c-supernova en binne die omvang van teoretiese modelle. Baie helder supernovas het gelyktydig met verskeie van die naaste gammaflitse plaasgevind.Galama 1998 

 Ontstaan 
duimnael|links|200px|’n Hubble-foto van die Wolf-Rayetster WR 124 en sy omringende newel.

Omdat die meeste gammaflitse so uiters ver van die Aarde af is, is dit moeilik om die bronne daarvan te identifiseer. Die verbintenis van sommige lang gammaflitse met supernovas en die feit dat die sterrestelsels waarin hulle voorkom vinnige stervorming ondervind, is ’n sterk bewys dat lang flitse met baie swaar sterre verband hou. Die algemeen aanvaarde meganisme vir lang gammaflitse is die inplofmodel,MacFadyen 1999 waar die kern van ’n uiters swaar, vinnige roterende ster met ’n lae metaalinhoud aan die einde van sy leeftyd inplof en ’n swartkolk word. Materiaal naby die kern val in op die swartkolk en draai in ’n akkresieskyf met ’n hoë digtheid om die swartkolk. Dit veroorsaak dat twee relativistiese strale al met die rotasie-as langs gevorm word; dit breek deur die omringende newel en word as gammastrale uitgestraal. 

Die soort sterre in die Melkweg wat die naaste aan sulke bronne van lang gammaflitse is, is moontlik die Wolf-Rayetsterre, uiters warm en swaar sterre wat die meeste van hulle waterstof verloor het weens stralingsdruk. Eta Carinae en WR 104 is al genoem as moontlike bronne van toekomstige gammaflitse.Plait 2008 Dit is egter onduidelik of enige sterre in die Melkweg die regte eienskappe het om gammaflitse voort te bring.Stanek 2006

Bogenoemde model verduidelik nie alle gammaflitse nie. Daar is sterk bewyse dat sommige kort gammaflitse voorkom in stelsels waar daar geen stervorming en swaar sterre is nie.Prochaska 2006 Die gewildste teorie vir dié strale se oorsprong is die samesmelting van twee neutronsterre in ’n dubbelsterstelsel. Volgens dié model beweeg die neutronsterre al hoe nader aan mekaar vanweë die vrystelling van swaartekraguitstralingsenergieAbbott 2007Kochanek 1993 totdat getykragte hulle skielik uitmekaarruk en hulle ’n enkele swartkolk word. Die invallende materiaal skep ’n akkresieskyf en bring ’n flits van energie voort, nes in die inplofmodel. 

Tempo en gevaar vir lewe

Gammaflitse kan nadelige of vernietigende uitwerkings op lewe hê. Die veiligste omgewings vir lewe soortgelyk aan dié op Aarde is die laedigtheidsgebiede in die buitewyke van groot sterrestelsels. Ons kennis van sterrestelseltipes en hulle verspreiding dui daarop dat lewe soos ons dit ken, slegs in omtrent 10% van alle sterrestelsels kan bestaan. Verder is sterrestelsels met ’n rooiverskuiwing (z) hoër as 0,5 ongeskik vir lewe soos ons dit ken weens hulle hoër tempo van gammaflitse en hulle sterrekundige kompaktheid.

Alle gammaflitse wat tot dusver waargeneem is, het ver buite die Melkweg plaasgevind en was onskadelik vir die Aarde. As ’n gammaflits egter in die Melkweg tussen 5 000 en 8 000 ligjare van die Aarde af voorkom en sy emissie regstreeks op die Aarde gerig is, kan die gevolge skadelik en potensieel verwoestend vir die Aarde se ekostelsels wees. Tans bespeur wentelbaansatelliete gemiddeld ongeveer een gammaflits per dag. Die naaste waargenome gammaflits tot Maart 2014 was GRB 980425, sowat 130 miljoen ligjare van hier.GRB 980425 was baie minder energiek as die gemiddelde gammaflits en is verbind met die tipe Ib-supernova SN 1998bw.

Dit is moeilik om die presiese tempo te raam waarteen gammaflitse voorkom. Vir ’n sterrestelsel ongeveer dieselfde grootte as die Melkweg kan ramings van die verwagte tempo (vir lang gammaflitse) wissel van een elke 10 000 jaar tot een elke miljoen jaar. Slegs ’n klein persentasie hiervan sal op die Aarde gerig wees. Skattings van die tempo van kort gammaflitse is selfs meer onseker weens die onbekende mate van kollimasie, maar is waarskynlik vergelykbaar.Guetta en Piran 2006

Omdat daar vermoed word gammaflitse is in twee teenoorgestelde straalbundels gerig, sou slegs planete in die pad van hierdie strale blootgestel word aan die hoë-energie-gammastraling. ’n Gammaflits kan moontlik enigiets in die pad van sy straal tot op ongeveer 200 ligjare weg laat verdamp.

Hoewel gammaflitse na aan die Aarde wat ons planeet met ’n vernietigende stortvloed gammastrale tref slegs hipoteties is, is hoë-energie-prosesse dwarsdeur die sterrestelsel waargeneem wat die Aarde se atmosfeer beïnvloed.

Uitwerking op die Aarde
Die Aarde se atmosfeer is baie doeltreffend in die absorbering van elektromagnetiese hoë-energie-straling soos X- en gammastrale, en dus sou sulke straling nie gevaarlike vlakke by die oppervlak bereik gedurende die flits self nie. Die onmiddellike uitwerking op lewe op die Aarde van ’n gammaflits binne ’n paar duisend ligjare sou slegs ’n kort toename in ultravioletstraling op grondvlak wees, wat minder as ’n sekonde tot etlike tientalle sekondes kan duur. Hierdie ultravioletstraling kan moontlik gevaarlike vlakke bereik, afhangend van die presiese aard en afstand van die flits, maar dit blyk onwaarskynlik te wees dat dit ’n wêreldwye ramp vir lewe op die Aarde sou veroorsaak.

Die langtermynuitwerkings van ’n nabygeleë gammaflits is gevaarliker. Gammastrale veroorsaak chemiese reaksies in die atmosfeer wat suurstof- en stikstofmolekules betrek, en vorm eers stikstofoksied en daarna stikstofdioksied. Die stikstofoksiede veroorsaak gevaarlike gevolge op drie vlakke. Eerstens put dit die osoon uit, met modelle wat ’n moontlike wêreldwye afname van 25-35% toon, en tot 75% in sekere gebiede – ’n effek wat jare kan duur. Hierdie vermindering is genoeg om ’n gevaarlik verhoogde UV-indeks op die oppervlak te veroorsaak. Tweedens veroorsaak die stikstofoksiede fotochemiese rookmis, wat die lug verdonker en dele van die sonligspektrum blokkeer. Dit sou fotosintese beïnvloed, maar modelle toon 'n afname van net ongeveer 1% in die totale sonligspektrum, wat ’n paar jaar duur. Nietemin kan die rookmis moontlik ’n verkoelende effek op die Aarde se klimaat hê en ’n “kosmiese winter” veroorsaak, maar slegs indien dit gelyktydig met ’n wêreldwye klimaatonstabiliteit plaasvind. Derdens sou die verhoogde stikstofdioksiedvlakke in die atmosfeer uitreën en suurreën vorm. Salpetersuur is giftig vir ’n verskeidenheid organismes, insluitend amfibiese lewe, maar modelle voorspel dat dit nie vlakke sal bereik wat ’n ernstige wêreldwye uitwerking sou hê nie. Die nitrate kan in werklikheid tot voordeel vir sommige plante wees.

Alles in ag genome, sal ’n gammaflits binne ’n paar duisend ligjare, met sy energie na die Aarde gerig, hoofsaaklik lewe benadeel deur die verhoging van UV-vlakke gedurende die flits self en vir ’n paar jaar daarna. Modelle toon dat die vernietigende uitwerking van dié toename tot 16 keer die normale vlakke van DNS-skade kan veroorsaak. Dit blyk moeilik te wees om die gevolge hiervan op die terrestriële ekostelsel betroubaar te beoordeel weens onsekerheid in biologiese veld- en laboratoriumdata.

Hipotetiese uitwerking op die Aarde in die verlede

Daar is ’n baie goeie kans (maar geen sekerheid nie) dat minstens een dodelike gammaflits in die afgelope 5 miljard jaar plaasgevind het, naby genoeg aan die Aarde om lewe beduidend te beskadig. Daar is ’n kans van 50% dat so ’n dodelike gammaflits gedurende die afgelope 500 miljoen jaar binne 6,5 kiloligjare van die Aarde af plaasgevind het.

Die Ordovisium-Siluur-uitwissing 450 miljoen jaar gelede kon deur ’n gammaflits veroorsaak gewees het. Ramings dui daarop dat ongeveer 20-60% van die totale fitoplankton-biomassa in die Ordovisiese oseane in 'n gammaflits sou gesterf het, omdat die oseane meestal oligotroof (met min voedingstowwe) en helder was. 

Die spesies van trilobiete wat gedeeltes van hulle lewens in die planktonlaag naby die oseaanoppervlak deurgebring het, is baie swaarder getref as diepwaterbewoners, wat geneig was om in redelik beperkte gebiede te bly. Dit staan in teenstelling met die gewone patroon van uitsterwingsvoorvalle, waar spesies met wydverspreide bevolkings gewoonlik beter vaar. ’n Moontlike verduideliking is dat trilobiete wat in die diep water gebly het, beter beskerm sou wees teen die verhoogde UV-straling wat met ’n gammaflits verbind word. 

Daar is al beweer dat die skielike styging van koolstof-14 in die jare 774-775 n.C. die gevolg van ’n kort gammaflits was, hoewel ’n baie sterk sonvlam ook ’n moontlikheid is.

Verwysings

Bronne




























Nog leesstof




Skakels 
 Swift-gammaflitssending:
 Amptelike Nasa-webtuiste oor Swift 
 Britse Swift-datasentrum 
 Swift-sentrum by Penn State
 INTEGRAL: INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory 
 BATSE: Burst and Transient Source Explorer 
 EXIST: Energetic X-ray Survey Telescope
 The Gamma-ray bursts Coordinates Network (GCN) 
 BOOTES: Burst Observer and Optical Transient Exploring System  
 GROND: Gamma-Ray Burst Optical Near-infrared Detector

Kategorie:Ruimteverskynsels