Гама-изблик

Гама-изблик (ГЗИ) — неизмерна енергетска експлозија кои се забележани во далечните галаксии, кои се најсветлите и најкрајните експлозивни настани во целиот универзум, како што ги опишува НАСА, изблиците се како „најмоќна класа на експлозии во универзумот“. Тие се најенергичните и најсветлите електромагнетни настани од Големата експлозија. Гама-изблиците може да траат од десет милисекунди до неколку часа. По првичниот блесок на гама-зраците, емитуван е „проследен сјај“, кој е подолготраен и обично е емитуван на подолги бранови должини (рендгенски, ултравиолетови, оптички, инфрацрвени, микробранови и радио).
Интензивното зрачење на повеќето набљудувани гама-изблици се смета дека се ослободува за време на супернова или суперсјајна супернова бидејќи ѕвезда со висока маса експлодира и создава неутронска ѕвезда или црна дупка. Се чини дека поткласа на гама-изблиците потекнува од спојувањето надвојните неутронски ѕвезди.
Изворите на повеќето гама-изблици се оддалечени милијарди светлосни години од Земјата, што значи дека експлозиите се и крајно енергични (вообичаен излблик ослободува онолку енергија за неколку секунди колку што Сонцето ќе ослободи во целиот свој животен век од 10 милијарди години) и исклучително ретко (неколку по галаксија на милион години). Сите набљудувани гама-изблици потекнуваат надвор од галаксијата Млечен Пат, иако поврзана класа на феномени, меки гама-повторувачи, се поврзани со магнетари во Млечниот Пат. Претпоставувано е дека една гама-изблик во Млечниот Пат, насочен директно кон Земјата, може да предизвика настан на масовно изумирање. Некои истражувачи претпоставуваат дека доцното ордовициско масовно истребување се случило како резултат на таков изблик на гама-зраци.
Гама-изблиците првпат биле откриени во 1967 година од сателитите Вела, кои биле дизајнирани да забележуваат тајни тестови за јадрено оружје; по темелна анализа, ова било објавено во 1973 година. По нивното откритие, стотици теоретски модели биле предложени за објаснување на овие изблици, како што се судирите меѓу кометите и неутронските ѕвезди. Малку информации биле достапни за да бидат потврдени овие модели сè до откривањето на првите рендгенски и оптички последователни блесоци во 1997 година и директно мерење на нивните црвени поместувања со помош на оптичка спектроскопија, а со тоа и нивните растојанија и енергетски излези. Овие откритија, и последователните студии на галаксиите и суперновите поврзани со изблиците, ја разјасниле оддалеченоста и сјајноста на гама-изблиците, дефинитивно ставајќи ги во далечните галаксии.
1 Историја
Гама-изблиците за прв пат биле забележани во доцните 1960-ти од сателитите Вела, кои биле изградени за да ги забележуваат импулсите на гама-зрачење емитирани од јадреното оружје тестирано во вселената. Соединетите Држави се сомневале дека Советскиот Сојуз може да се обиде да изврши тајни јадрени испитувања по потпишувањето на Договорот за забрана на јадрени испитувања во 1963 година. На 2 јули 1967 година, во 14:19 UTC, сателитите Вела 4 и Вела 3 откриле блесок на гама-зрачење за разлика од кој било познат изглед на јадрено оружје. Неизвесно што се случило, но не сметајќи го ова прашање особено итно, тимот од Националната лабораторија Лос Аламос, предводен од Реј Клебесадел, ги поднел податоците на истрага. Бидејќи дополнителните сателити Вела биле лансирани со подобри инструменти, работната група од Лос Аламос продолжила да наоѓа необјасниви изблици на гама-зраци во нивните податоци. Со анализа на различните времиња на пристигнување на изблиците откриени од различни сателити, групата можела да утврди груби проценки за положбите на небото од 16 изблици и дефинитивно да отфрли земјино или сончево потекло. Спротивно на општонародното верување, податоците никогаш не биле класифицирани. По темелна анализа, наодите биле објавени во 1973 година како напис на ''Astrophysical Journal'' со наслов „''Набљудувања на гама-изблиците од космичко потекло''“.
Повеќето рани хипотези за гама-изблиците поставиле блиски извори во галаксијата Млечен Пат. Од 1991 година, Комптоновата гама-набљудувачница (КГЗН/CGRO) и нејзиниот инструмент наречен Истражувач на избличен и минувачки извор (ИИМИ/BATSE), исклучително чувствителен забележувач на гама-зраци, обезбедиле податоци кои покажаа дека распространувањето на гама-изблици е изотропноне е пристрасно кон некоја посебна насока во просторот. Доколку изворите биле од нашата сопствена галаксија, тие би биле силно концентрирани во или во близина на галактичката рамнина. Отсуството на каква било таква шема во случајот со гама-изблици, обезбедило силен доказ дека гама-изблиците мора да доаѓаат надвор од Млечниот Пат. Сепак, некои модели на Млечниот Пат сè уште се во согласност со изотропното распространување.
1.1 Други тела како кандидати извори
Со децении по откривањето на гама-изблиците, астрономите барале пандан на други бранови должини: т.е., секое астрономско тело во положбено совпаѓање со неодамна забележаниот изблик. Астрономите разгледувале многу различни класи на тела, вклучувајќи бели џуџиња, пулсари, супернови, збиени јата, квазари, Сејфертови галаксии и тела од типот на BL Гуштер. Сите такви пребарувања биле неуспешни, и во неколку случаи особено добро локализирани изблици (оние чии положби биле утврдени со тогаш висок степен на точност) можело јасно да биде покажано дека немаат светли тела од каква било природа во согласност со положбата добиена од сателитите за забележување. Ова наведувало потекло или на многу слаби ѕвезди или на крајно далечни галаксии. Дури и најточните положби содржеле бројни бледи ѕвезди и галаксии, а нашироко било договорено дека конечната резолуција на потеклото на космичките гама-зраци ќе бара нови сателити и побрзо општење.
1.2 Проследен отсјај
Неколку модели за потеклото на гама-изблиците претпоставуваа дека првичниот гама-изблик треба да биде проследен со проследен отсјај: бавно избледнувачка емисија на подолги бранови должини создадени од судири помеѓу избувното исфрлање и меѓуѕвездениот гас. Раните пребарувања за овој проследен отсјај биле неуспешни, главно поради тоа што е тешко да биде набљудувана положбата на избликот на подолги бранови должини веднаш по првичниот изблик. Пробивот дошол во февруари 1997 година кога сателитот BeppoSAX забележал гама-изблик (GRB 970228) и кога рендгенската камера била насочена кон правецот од кој потекнува избликот, забележал избледена емисија на рендгенски зраци. Телескопот „Вилијам Хершел“ идентификувал избледувачко оптички тело, 20 часа по експлозијата. Откако гама-избликот избледол, длабокото отслокување било во можност да идентификува слаб, далечен домаќин на галаксијата на местоположбата на гама-избликот како што е прецизно забележано од оптичкиот проследен отсјај.
Поради многу слабата сјајност на оваа галаксија, нејзината точна оддалеченост не била мерена неколку години. Па потоа, се случи уште еден голем напредок со следниот настан регистриран од BeppoSAX, GRB 970508. Овој настан бил локализиран во рок од четири часа од неговото откривање, дозволувајќи им на истражувачките работни групи да започнат со набљудување многу порано од било кој претходен изблик. Спектарот на телото открило црвено поместување од ''z'' = 0,835, поставувајќи го избликот на растојание од приближно 6 милијарди светлосни години од Земјата. Ова било првото прецизно определување на растојанието до гама-избликот, и заедно со откривањето на галаксијата домаќин од 970228 докажаа дека гама-изблиците се јавуваат во крајно далечни галаксии. За неколку месеци, контроверзноста за скалата на растојанието заврши: гама-изблиците биле вонгалактички настани кои потекнуваат од слаби галаксии на огромни растојанија. Следната година, GRB 980425 бил проследен во рок од еден ден од светла супернова (SN 1998bw), која се совпаѓала по местоположбата, што укажува на јасна врска помеѓу гама-изблиците и смртта на многу масивни ѕвезди. Овој изблик ја дал првата силна трага за природата на системите што ги создаваат гама-изблиците.
1.3 Понови инструменти
BeppoSAX функционирал до 2002 година, а Комптоновата гама-набљудувачница (со BATSE) излегла од орбитата во 2000 година. Сепак, револуцијата во проучувањето на изливите на гама-зраци го мотивирала развојот на голем број дополнителни инструменти дизајнирани специјално за истражување на природата на гама-изблиците, особено во најраните моменти по експлозијата. Првата таква мисија, Високо енергетскиот минлив истражувач 2 (HETE-2), бил лансиран во 2000 година и функционираше до 2006 година, обезбедувајќи ги повеќето од главните откритија во овој период. Една од најуспешните вселенски мисии до сега, „Свифт“, била лансирана во 2004 година и од мај 2024 година сè уште е во функција. Свифт е опремена со многу чувствителен забележувач на гама-зраци, како и вградени рендгенски и оптички телескопи, коишто можат брзо и автоматски да бидат придвижувани за да ја набљудуваат емисијата на проследениот отсјај, по избликот. Неодамна, Фермиевата мисија била лансирана со Надгледувачот на гама-изблици, кој забележува изблици со брзина од неколку стотици годишно, од кои некои се доволно светли за да бидат набљудувани при крајно високи енергии со Фермиевиот големоповршински телескоп. Во меѓувреме, на земја, биле изградени или модифицирани бројни оптички телескопи за да вградат програмска опрема за роботска контрола што веднаш реагира на сигналите испратени преку Мрежата за координати на гама-изблици. Ова им овозможува на телескопите брзо да бидат пренасочени кон гама-избликот, често во рок од неколку секунди по примањето на сигналот и додека самата емисија на гама-зраци е сè уште во тек.
Новите случувања од 2000-тите вклучуваат препознавање на кратки изблици на гама-зраци како посебна класа (најверојатно од спојување на неутронски ѕвезди и не се поврзани со супернови), откривање на продолжена, непредвидлива активност на палење на рендгенски бранови должини кои траат многу минути по повеќето гама-изблици, и откривањето на најсјајните (GRB 080319B) и поранешните најоддалечени (GRB 090423) тела во универзумот. Најоддалечениот познат гама-изблик, GRB 090429B, сега е најоддалеченото познато тело во универзумот.
Во октомври 2018 година, астрономите објавиле дека GRB 150101B (откриен во 2015 година) и GW170817, настан од гравитациски бран откриен во 2017 година (кој е поврзан со GRB170817A, изблик откриен 1,7 секунди од истиот механизам), можеби биле спојување на две неутронски ѕвезди. Сличностите помеѓу двата настани, во однос на емисиите на гама-зраци, оптички и рендгенски зраци, како и природата на поврзаните галаксии домаќини, се „впечатливи“, што наведува дека двата одделни настани може да бидат резултат на спојување на неутронски ѕвезди, и двете може да бидат килонова, што може да биде почеста во универзумот отколку што претходно било разбирано, според истражувачите.
Највисоката енергетска светлина забележана од изблик на гама-зраци бил еден тераелектронволт, од GRB 190114C во 2019 година. (Треба да биде забележано, ова е околу илјада пати помала енергија од највисоката енергетска светлина забележана од кој било извор, што е 1,4 петаелектронволти од 2021 година.)
Набљудувачот на променливи тела на вселената е мал рендгенски телескопски сателит за проучување на експлозиите на масивните ѕвезди преку анализа на добиените изблици на гама-зраци, развиен од НР Кинеската национална вселенска управа (КНВУ), Кинеската академија на науките (КАН) и францускиот Национален центар вселенски истражувања (НЦВИ/CNES), лансирана на 22 јуни 2024 година (07:00:00 UTC).
Националната вселенска агенција на Република Кина, лансирала коцкест сателит наречен Надгледувач на минливи гама-зраци за следење на гама-изблици и други светли минливи гама-зраци со енергии кои се движат од 50 keV до 2 MeV во четвртото тримесечје на 2026 година.
2 Класификација
Светлинсите криви на гама-изблиците се исклучително разновидни и сложени. Нема две светлински криви на гама-изблик кои се идентични, со големи варијации забележани во речиси секое својство: времетраењето на забележливата емисија може да варира од милисекунди до десетици минути, може да има еден врв или неколку поединечни потпулси и поединелните врвови може да бидат симетрични или со брзо осветлување и многу бавно избледување. На некои изблици им претходи настан „претходник“, слаб изблик кој потоа (по неколку секунди до минути без никаква емисија) следи многу поинтензивна „вистинска“ епизода на изблик. Светлинските криви на некои настани имаат крајно хаотични и сложени профили без речиси никакви забележливи обрасци.
Иако некои светлински криви може грубо да бидат пресоздадени со користење на одредени поедноставени модели, бил постигнат мал напредок во разбирањето на целосната забележана различност. Предложени се многу шеми за класификација, но тие често се засновани исклучиво на разликите во изгледот на светлинските криви и можеби не секогаш одразуваат вистинска физичка разлика во родоначалниците на експлозиите. Сепак, графиците на распространетоста на набљудуваното времетраење за голем број изблици на гама-зраци покажуваат јасна двомодалност, што укажува на постоење на две одделни населенија: „кратко“ население со просечно времетраење од околу 0,3 секунди и „долго“ население со просечно времетраење од околу 30 секунди. Двете распространува се многу широки со значително преклопувачко подрачје во кој идентитетот на даден настан не е јасен само од времетраењето. Дополнителни часови надвор од овој двостепен систем се предложени и на набљудувачки и на теоретски основи.
2.1 Кратки гама-изблици
Настаните со времетраење од помалку од околу две секунди се класифицирани како кратки изблици на гама-зраци. Тие сочинуваат околу 30% од изблиците на гама-зраци, но до 2005 година, ниту еден последен сјај не било успешно откриен од ниту еден краток настан и малку било знаено за нивното потекло. Оттогаш, откриени и локализирани биле неколку десетици кратки проследувачки отсјајувања на гама-изблици, од кои неколку се поврзани со региони со мало или никакво настанување на ѕвезди, како што се големите елиптични галаксии. Ова ја исклучува врската со масивни ѕвезди, што потврдува дека кратките настани физички се разликуваат од долгите настани. Покрај тоа, немаше поврзаност со супернови.
Вистинската природа на овие тела првично била непозната, а водечката хипотеза била дека тие потекнуваат од спојување на двојни неутронски ѕвезди или неутронска ѕвезда со црна дупка. Ваквите спојувања биле претпоставувани дека создаваат килонови, и биле видени докази за килонова поврзана со GRB 130603B. Просечното времетраење на овие настани од 0,2 секунди наведува (поради причинитоста) извор на многу мал физички пречник во ѕвездени услови; помалку од 0,2 светлосни секунди (околу 60.000 км четири пати поголем од пречникот на Земјата). Набљудувањето од минути до часови на рендгенски блесоци по кратка гама-изблик е во согласност со мали честички на главно тело како неутронска ѕвезда првично проголтана од црна дупка за помалку од две секунди, проследено со неколку часа со помала енергија настаните, бидејќи преостанатите фрагменти од плимно нарушениот материјал на неутронската ѕвезда (нема повеќе неутрониум), остануваат во орбитата за да се извртуваат во црната дупка, во подолг временски период. Мал дел од кратки изблици на гама-зраци веројатно се создадени од џиновски блесоци од меки гама-повторувачи во блиските галаксии.
Потеклото на кратките гама-изблици во килонови било потврдено кога краткиот GRB 170817A бил откриен само 1,7 секунди по откривањето на гравитацискиот бран GW170817, што било сигнал од спојувањето на две неутронски ѕвезди.
2.2 Долги гама-изблици
Повеќето набљудувани настани (70%) имаат времетраење од повеќе од две секунди и се класифицирани како долги изблици на гама-зраци. Бидејќи овие настани го сочинуваат мнозинството од населението и затоа што имаат тежнеење да имаат најсветли проследувачки отсјајувања, тие биле набљудувани со многу поголеми подробности од нивните кратки колеги. Речиси секој добро проучен долг изблик на гама-зраци е поврзан со галаксија со брзо настанување на ѕвезди, а во многу случаи и со супернова со колапс на јадрото, недвосмислено поврзувајќи ги долгите гама-изблици со смртта на масивни ѕвезди. Долгите набљудувања на проследениот отсјај на гама-изблиците, при високо црвено поместување, исто така се доследни со гама-избликот што потекнува од подрачја каде настануваат ѕвезди.
Во декември 2022 година, астрономите го пријавиле набљудувањето на GRB 211211A, првиот доказ за долгиот гама-изблик создаден од спојување на неутронска ѕвезда со 51s. GRB 191019A (2019) и GRB 230307A (2023). Со околу 64s и 35s, соодветно, исто така е тврдено дека припаѓаат на оваа класа на долги гама-изблици од спојувања на неутронски ѕвезди.
2.3 Крајнодолги гама-зраци изблици
Овие настани се на крајот на долготрајната распространетост на гама-изблици, која трае повеќе од 10.000 секунди. Предложено е тие да образуваат посебна класа, предизвикана од колапсот на сина суперџиновска ѕвезда, настан за нарушување на плимата и осеката или новонастана магнетар. Само мал број биле идентификувани до денес, нивната главна особина е времетраењето на емисијата на гама-зраци. Најпроучуваните крајнодолги настани се GRB 101225A и GRB 111209A. Ниската стапка на откривање може да биде резултат на малата чувствителност на тековните забележувачи на настани со долготрајност, наместо како одраз на нивната вистинска честота. Една студија од 2013 година, од друга страна, покажува дека постоечките докази за посебно население на крајнодолги гама-изблици со нов тип на родоначалник се неубедливи и потребни се дополнителни набљудувања со повеќе бранови должини за да биде донесен поцврст заклучок.
3 Енергетика
Изблиците на гама-зраците се многу светли како што се гледани од Земјата и покрај нивните вообичаено огромни растојанија. Просечниот долг гама-изблик има булометриски тек споредлив со светла ѕвезда на нашата галаксија и покрај растојанието од милијарди светлосни години (во споредба со неколку десетици светлосни години за повеќето видливи ѕвезди). Поголемиот дел од оваа енергија се ослободува во гама-зраците, иако некои гама-изблици имаат и крајно светлечки оптички сродници. GRB 080319B, на пример, бил придружуван од оптички пандан кој достигнал врв со видлива светлинска величина од 5,8, споредлива со онаа на најтемните ѕвезди со голо око и покрај растојанието на избликот од 7,5 милијарди светлосни години. Оваа комбинација на осветленост и растојание подразбира исклучително енергетски извор. Претпоставувајќи дека експлозијата на гама-зраците е сферична, излезната енергија на GRB 080319B би била во рамките на фактор два од енергијата на масата на одмор на Сонцето (енергијата што ќе се ослободи доколку Сонцето целосно да се претвори во зрачење).
Сметано е дека гама-изблиците се високо насочени експлозии, при што најголемиот дел од енергијата на експлозијата се усогласува во тесен млаз. Млазовите на извлиците на гама-зраци се крајнорелативистички и се најрелативистичките млазови во универзумот. Материјата во млазовите на гама-изблици, исто така, може да стане суперлуминална, или поголема од брзината на светлината во медиумот на млазот, при што има и ефекти на временска повратност. Приближната аголна ширина на млазот (т.е. степенот на ширење на зракот) може да биде проценета директно со набљудување на ахроматските „млазни прекини“ во светлинските криви на проследениот отсјај: време по кое полека распаѓачкиот проследен отсјај почнува брзо да забледува додека млазот забавува и повеќе не може да го емитува своето зрачење толку делотворно. Набљудувањата наведуваат значителна варијација во аголот на млазот помеѓу 2 и 20 степени.
Бидејќи нивната енергија е силно насочена, очекувано е гама-зраците што ги емитираат повеќето излици да ја пропуштат Земјата и никогаш да не бидат откриени. Кога избликот на гама-зраци е насочен кон Земјата, насочувањето на неговата енергија по релативно тесен зрак предизвикува изливот да изгледа многу посветол отколку што би бил доколку неговата енергија е емитувана сферично. Вкупната енергија на вообичаени изблици на гама-зраци е проценета на 3 × 10<sup>44</sup> Ј,што е поголемо од вкупната енергија (10<sup>44</sup> Ј) на обични супернови (тип Ia, Ibc, II), со изблици на гама-зраци, исто така, помоќни од вообичаената супернова. Забележани биле многу светли супернови кои придружуваат неколку од најблиските гама-изблици. Понатамошна поддршка за фокусирање на излезот на гама-изблиците доаѓа од набљудувањата на силните асиметрии во спектрите на блиските супернови од типот Ic и од радионабљудувањата направени долго по изблиците кога нивните млазови повеќе не се релативистички.
Сепак, конкурентен модел, двоѕвездено насочен модел на хипернова, развиен од Ремо Руфини и други во ICRANet, ги прифаќа крајните изотропни енергетски збирови како вистинити, без потреба од поправка за зрачењето. Тие исто така забележуваат дека крајните агли на зрачењето во стандардниот модел „огнена топка“ никогаш не биле физички потврдени.
Со откривањето на GRB 190114C, на астрономите можеби им недостасувала половина од вкупната енергија што ја произведуваат изливите на гама-зраци, со Констанцја Саталецка, астрофизичар во Германскиот електронски синхротрон, изјавувајќи дека „Нашите мерења покажуваат дека енергијата ослободена во гама-зраците со многу висока енергија се споредливи со количеството зрачено од сите пониски енергии земени заедно“.
Се чини дека кратките (временско траење) гама-изблици доаѓаат од население со пониско црвено поместување (т.е. помалку оддалечени) и се помалку светли од долгите гама-изблици. Степенот на зрачењето во кратки изблици не е точно измерен, но како население тие се веројатно помалку усогласени од долгите гама-изблици или можеби воопшто не се усогласени во некои случаи.
4 Родоначалници
Поради огромните растојанија на повеќето извори на гама-изблици од Земјата, идентификацијата на родоначалниците, системите што ги произведуваат овие експлозии, е предизвик. Поврзаноста на некои долги гама-изблици со супернови и фактот дека нивните галаксии домаќини брзо создаваат ѕвезди, нудат многу силен доказ дека долгите изблици на гама-зраци се поврзани со масивни ѕвезди. Најшироко прифатениот механизам за потеклото на долготрајните гама-изблици е моделот на колапсар, во кој јадрото на крајно масивна, ниска металична, брзо вртежна ѕвезда кој пропаѓа во црна дупка во последните фази од нејзината еволуција. Материјата во близина на јадрото на ѕвездата паѓа кон средината и се врти во насобирачки диск со висока густина. Падот на овој материјал во црна дупка истерува пар релативистички млазови долж вртежната оска, кои удираат низ ѕвездената обвивка и на крајот ја пробиваат ѕвездената површина и зрачат како гама-зраци. Некои алтернативни модели ја заменуваат црната дупка со новонастанат магнетар, иако повеќето други аспекти на моделот (колапс на јадрото на масивна ѕвезда и настанување на релативистички млазови) се исти.
Сепак, нов модел кој добил поддршка и бил развиен од италијанскиот астрофизичар Ремо Руфини и други научници од ICRANet е оној на двоѕвездено тематскиот модел на хипернова. Моделот успева и го подобрува и моделот на огнен надворешен слој и парадигмата за индуциран гравитациски колапс (ИГК) предложена претходно, и ги објаснува сите аспекти на изблиците на гама-зраци. Моделот предвидува долги изблици на гама-зраци како што се случуваат во двојни системи со јаглеродно-кислородно јадро и придружна неутронска ѕвезда или црна дупка. Понатаму, енергијата на гама-изблиците во моделот е изотропна наместо колимирана. Творците на моделот ги забележале бројните недостатоци на стандардниот модел на „огнена топка“ како мотивација за развој на моделот, како што е значително различната енергија за изблиците на супернова и гама-зраци, како и фактот дека постоењето на крајно тесни агли на зрачењето никогаш не биле набљудувачки потврдени.
Најблиските аналози во галаксијата Млечен Пат на ѕвездите кои произведуваат долги изблици на гама-зраци се веројатно Волф-Рајеовите ѕвезди, крајно жешки и масивни ѕвезди, кои го отфрлиле најголемиот дел или целата своја водородна обвивка. Ета Кобилица, Апеп и WR 104 се наведени како можни идни родоначалници на гама-родоначалници. Не е јасно дали некоја ѕвезда во Млечниот Пат има соодветни особини за да произведе изблик на гама-зраци.
Моделот со масивна ѕвезда веројатно не ги објаснува сите видови на изблик на гама-зраци. Постојат силни докази дека некои краткотрајни изблици на гама-зраци се случуваат во системи без настанување на ѕвезди и без масивни ѕвезди, како што се елиптични галаксии и галактички ореоли. Претпочитаната хипотеза за потеклото на повеќето кратки изблици на гама-зраци е спојување на двоен систем составен од две неутронски ѕвезди. Според овој модел, двете ѕвезди бавно се вртат една кон друга бидејќи гравитациското зрачење ослободува енергија додека плимните сили ненадејно не ги распарчат неутронските ѕвезди и тие се рушат во една црна дупка. Влевањето на материјата во новата црна дупка создава насобирачки диск и ослободува излив на енергија, аналогно на моделот на колапсар. Предложени биле и бројни други модели за да бидат објаснети кратките изблици на гама-зраци, вклучувајќи го спојувањето на неутронска ѕвезда и црна дупка, колапсот на неутронска ѕвезда предизвикан од насобирање или испарувањето на првобитните црни дупки.
Алтернативно објаснување предложено од Фридварт Винтерберг е дека во текот на гравитацискиот колапс и при достигнувањето на хоризонтот на настани на црната дупка, целата материја се распаѓа во изблик на гама-зрачење.
4.1 Настани за плимни нарушување
Оваа класа на настани слични на гама-изблици првпат била откриена преку откривање на Свифт J1644+57 (првично класифициран како GRB 110328A) од страна на Свифтовата гама-рендгенска изблична мисија на 28 март 2011 година. Овој настан имал времетраење на гама-зраците од околу 2 дена, многу подолго дури и од крајнодолгите гама-изблици, и бил откриен на многу честоти со месеци и години потоа. Се случило во средиштето на една мала елиптична галаксија со црвено поместување, на 3,8 милијарди светлосни години од нас. Овој настан е прифатен како настан на плимно нарушување, каде што ѕвезда талка премногу блиску до супермасивна црна дупка, распарчувајќи ја ѕвездата. Во случајот со Свифт J1644+57, бил лансиран астрофизички млаз кој патувал со брзина блиску до светлината и траел приближно 1,5 година пред да се исклучи.
Од 2011 година, биле откриени само 4 млазни настани на плимно нарушување, од кои 3 биле откриени во гама-зраци (вклучувајќи го и Свифт J1644+57). Проценувано е дека само 1% од сите настани на плимно нарушување се млазни настани.
5 Механизми за емисија
Средствата со кои гама-изблиците ја претвораат енергијата во зрачење остануваат слабо разбрани, а од 2010 година сè уште немало општо прифатен модел за тоа како се случува оваа постапка. Секој успешен модел на емисија на гама-облик мора да ја објасни физичката постапка за создавање на емисија на гама-зраци што одговара на набљудуваната разновидност на светлински криви, спектри и други особини. Посебно предизвикувачка е потребата да биде објаснета многу високата ефикасност што е заклучувана од некои експлозии: некои изблици на гама-зраци може да претворат дури половина (или повеќе) од енергијата на експлозијата во гама-зраци. Раните набљудувања на светлите оптички сродници на GRB 990123 и на GRB 080319B, чии оптички светлински криви биле екстраполации на спектрите на светлината на гама-зраците, наведуваат дека инверзното Комптоново расејување може да биде доминантна постапка во некои настани. Во овој модел, претходно постоечките фотони со ниска енергија се расфрлани со релативистички електрони во рамките на експлозијата, зголемувајќи ја нивната енергија за голем фактор и преобразувајќи ги во гама-зраци.
Природата на емисиите на проследениот отсјај со подолга бранова должина (која се движи од рендгенски бран до радиобран) што ги следи изблиците на гама-зраци е подобро разбрана. Секоја енергија ослободена од експлозијата која не е зрачена во самиот изблик има облик на материја или енергија што се движи нанадвор со речиси брзина на светлината. Како што оваа материја се судира со околниот меѓуѕвезден гас, таа создава релативистички ударен бран кој потоа се шири напред во меѓуѕвездениот простор. Вториот ударен бран, обратниот удар, може да биде проширен назад во исфрлената материја. Крајно енергетските електрони во ударниот бран се забрзуваат со силни месни магнетни полиња и зрачат како синхротронска емисија низ поголемиот дел од електромагнетниот спектар. Овој модел претежно бил успешен во моделирањето на однесувањето на многу забележани последователни блескави во доцните времиња (обично, неколку часа до денови по експлозијата), иако има потешкотии да се објаснат сите особини на проследениот отсјај многу кратко време по изблиците на гама-зраците.
6 Стапка на појава и потенцијални ефекти врз животот
Изблиците на гама-зраци може да има штетни или разорувачки ефекти врз животот. Со оглед на универзумот како целина, најбезбедните средини за живот слични на оние на Земјата се подрачјата со најниска густина во периферијата на големите галаксии. Нашето знаење за видовите галаксии и нивната распространетост наведува дека животот каков што го знаеме може да постои само во околу 10% од сите галаксии. Понатаму, галаксиите со црвено поместување, z, повисоко од 0,5 се несоодветни за живот каков што го знаеме, поради нивната поголема стапка на гама-изблици и нивната ѕвездена збиеност.
Сите гама-изблици забележани до денес се појавиле надвор од галаксијата Млечен Пат и биле безопасни за Земјата. Меѓутоа, ако еден гама-изблик се случи во рамките на Млечниот Пат во рок од 5.000 до 8.000 светлосни години и неговата емисија била зрачена директно кон Земјата, ефектите би можеле да бидат штетни и потенцијално разорни за нејзините екосистеми. Во моментов, сателитите кои кружат, забележуваат во просек приближно еден гама-изблик дневно. Најблискиот забележан гама-изблик, заклучно со март 2014 година, бил GRB 980425, сместен на 40 мегапарсеци (130,000,000 светлосни години) далеку (z =0,0085) во џуџеста галаксија од типот SBc. GRB 980425 бил далеку помалку енергичен од просечниот гама-изблик и бил поврзан со суперновата од типот Ib, SN 1998bw.
Тешко е да биде проценета точната стапка со која се појавуваат гама-изблиците; за галаксија со приближно иста големина како Млечниот Пат, проценките за очекуваната стапка (за долготрајни гама-изблици) може да се движат од една експлозија на секои 10.000 години, до еден изблик на секои 1.000.000 години. Само мал процент од нив ќе зрачат кон Земјата. Проценките за стапката на појава на краткотрајни гама-изблици се уште понеизвесни поради непознатиот степен на колимација, но веројатно се споредливи.
Бидејќи е сметано дека гама-изблиците вклучуваат зрачна емисија по два млазници во спротивставени насоки, само планетите на патот на овие млазници би биле подложени на високоенергетско гама-зрачење. Еден гама-изблик би можел да испари се што е во неговите зраци на околу 200 светлосни години.
Иако блиските гама-изблици кои ја погодуваат Земјата со разорувачки „туш“ од гама-зраци се само хипотетички настани, забележано е дека постапките на висока енергија низ галаксијата влијаат на атмосферата на Земјата.
6.1 Ефекти врз Земјата
Атмосферата на Земјата е многу ефикасна во примањето на високоенергетското електромагнетно зрачење, како што се рендгенските зраци и гама-зраците, така што овие типови на зрачење нема да достигнат никакви опасни нивоа на површината за време на самиот настан на изблик. Непосредниот ефект врз животот на Земјата од еден гама-изблик во рок од неколку килопарсеци би бил само кратко зголемување на ултравиолетовото зрачење на нивото на земјата, кое ќе трае од помалку од една секунда до десетици секунди. Ова ултравиолетово зрачење потенцијално би можело да достигне опасни нивоа во зависност од точната природа и оддалеченоста на избликот, но се чини малку веројатно дека ќе може да предизвика светска катастрофа за животот на Земјата.
Поопасни се долгорочните ефекти од блискиот изблик. Гама-зраците предизвикуваат хемиски реакции во атмосферата кои вклучуваат молекули на кислород и азот, создавајќи прво азотен оксид, а потоа гасот азот диоксид. Азотните оксиди предизвикуваат опасни ефекти на три нивоа. Прво, тие го осиромашуваат озонот, при што моделите покажуваат можно светско намалување од 25–35%, со дури 75% на одредени места, ефект кој би траел со години. Ова намалување е доволно за да предизвика опасно покачен ултравиолетов показател на површината. Второ, азотните оксиди предизвикуваат фотохемиски смог, кој го затемнува небото и блокира делови од спектарот на сончевата светлина. Ова би влијаело на фотосинтезата, но моделите покажуваат само околу 1% намалување на вкупниот спектар на сончева светлина, што трае неколку години. Сепак, смогот може потенцијално да предизвика ефект на ладење на климата на Земјата, предизвикувајќи „космичка зима“ (слична на ударна зима, но без удар), но само ако се случи истовремено со светска климатска нестабилност. Трето, покачените нивоа на азот диоксид во атмосферата ќе поминат и ќе произведат кисели дождови. Азотната киселина е токсична за различни организми, вклучувајќи го и животот на водоземците, но моделите предвидуваат дека нема да достигне нивоа што би предизвикале сериозен светски ефект. Нитратите всушност може да бидат од корист за некои растенија.
Сè на сè, еден гама-изблик во рок од неколку килопарсеци, со својата енергија насочена кон Земјата, најмногу ќе го оштети животот со подигање на ултравиолетовите нивоа за време на самиот изблик и неколку години потоа. Моделите покажуваат дека разорните ефекти од ова зголемување може да предизвикаат до 16 пати повеќе од нормалното ниво на оштетување на ДНК. Покажано е дека е тешко да биде проценета сигурна проценка на последиците од ова врз копнениот екосистем, поради неизвесноста во биолошкото поле и лабораториските податоци.
6.1.1 Хипотезни ефекти на Земјата во минатото
Има многу добри шанси (но не и сигурност) дека барем еден смртоносен гама-изблик се случил во текот на изминатите 5 милијарди години доволно блиску до Земјата за значително да го оштети животот. Има 50% шанси дека таков смртоносен гама-изблик се случил на два килопарсеци од Земјата во текот на последните 500 милиони години, предизвикувајќи еден од главните настани за масовно изумирање.
Главниот Ордовичко-силурискиот настан на изумирање пред 450 милиони години можеби бил предизвикан од гама-изблик. Проценките наведуваат дека приближно 20-60% од вкупната фитопланктонска биомаса во ордовициските океани би исчезнала во гама-изблик, бидејќи океаните биле главно олиготрофни и бистри. Доцноордовичките видови трилобити кои поминале делови од својот живот во планктонскиот слој во близина на површината на океанот биле многу потешко погодени од жителите на длабоките води, кои имале тежнеење да останат во прилично ограничени области. Ова е во спротивност со вообичаениот модел на настани на истребување, каде што видовите со пошироко распространето население обично поминуваат подобро. Можно објаснување е дека трилобитите кои остануваат во длабока вода би биле повеќе заштитени од зголеменото ултравиолетово зрачење поврзано со гама-изблик. Исто така во прилог на оваа хипотеза е и фактот дека за време на доцниот ордовик, видовите школки кои живееле во вдлабнатини, имале помала веројатност да исчезнат отколку школките што живееле на површината.
Направен е случај дека скокот од јаглерод-14 774-775 бил резултат на краток гама-изблик, иако многу силен сончев блесок е друга можност.
7 Кандидати за гама-изблици во Млечниот Пат
Не се забележани изблици на гама-зраци од нашата сопствена галаксија, Млечниот Пат, и прашањето дали некогаш се случило останува нерешено. Во светлината на еволуираното разбирање за изблиците на гама-зраци и нивните родоначалници, научната книжевност евидентира сè поголем број месни, минати и идни кандидати за гама-изблици. Долготрајните гама-изблици се поврзани со суперсјајни супернови или хипернови, а повеќето сјајни сини променливи ѕвезди и Волф-Рајеовите ѕвезди кои брзо се вртат, се сметани дека го завршуваат својот животен циклус во супернови со колапс на јадрото со поврзан долготраен гама-изблик. Меѓутоа, знаењето за гама-изблиците од галаксиите сиромашни со метал од поранешните епохи на еволуцијата на универзумот, и невозможно е директно да биде екстраполирано за да бидат опфатени повеќе еволуирани галаксии и ѕвездени средини со повисока металичност, како што е Млечниот Пат.
8 Поврзано
* Набљудувач на изблици и оптички минлив истражувачки систем
* Брз син оптички минлив настан
* Брз радиоизблик
* Претходник на гама-изблик
* SETI
*''Хоризонти: Истражувајќи го Универзумот''* Список на гама-изблици
** GRB 020813
** GRB 031203
** GRB 070714B
** GRB 080916C
** GRB 100621A
** GRB 130427A
** GRB 190114C
** GRB 221009A
* Релативистички млаз
* Мек гама-повторувач
* Ѕвезден развој
* Земјини гама-изблици
9 Забелешки
10 Општи извори
********************************************************************************************
11 Дополнителна литература
***