Pimedas gammakiirguspurske GRB020819. Pildikrediit: Keck. Pilt suuremalt.
Praktiliselt kõik, mida me universumi kohta teame, tuleb meile valguse kaudu. Erinevalt mateeriast sobib valgus ainulaadselt meie instrumentide jaoks suurte vahemaade läbimiseks kosmosest. Enamik astronoomilisi nähtusi on siiski püsivad ja korduvad - võime loota, et nad "ripuvad ringi" pikaajaliseks vaatluseks või "tulevad tagasi" regulaarselt. Kuid see pole nii gammakiirguse purunemiste (GRB) korral - need salapärased kosmoloogilised sündmused, mis laadivad absoluutselt kõrge energiatasemega footoneid (ja ala-aatomi osakesi).
Esimene tuvastatud taevane GRB toimus tuumarelvalepingu seire ajal 1967. aastal. See sündmus nõudis aastaid analüüsi, enne kui selle maaväline päritolu kinnitati. Pärast seda avastust kehtestati primitiivsed triangulatsioonimeetodid detektorite abil, mis paiknesid erinevatel kosmoseanduritel Planeetidevahelise võrgu (IPN) piires. Sellised meetodid nõudsid palju numbrite krigistamist ja muutsid maapealsete instrumentide abil kohese jälgimise võimatuks. Hoolimata kaasnevatest viivitustest kataloogiti sadu gammakiirguse allikaid. Täna - isegi Interneti kasutamisel - vajaks IPN-tüüpi tuvastamise lähenemisviisi abil vastamine veel mitu päeva.
Kõik see hakkas muutuma 1991. aastal, kui NASA pani Comptoni gammakiirguse vaatluskeskuse (CGRO) kosmosesse, kasutades kosmoselaeva Atlantis osana oma programmist “Suured vaatluskeskused”. Nelja kuu jooksul pärast taeva skaneerimist tegi CGRO astronoomidele selgeks, et universum läbis peaaegu iga päev sporaadilisi ja laialt levinud gammakiirguse paroksüsme - kataklüsmilistest sündmustest põhjustatud paroksüsmid, mis paiskavad tohutul hulgal gammat ja muud suure energiaga kiirgust üle aegruumi kuristik.
Kuid CGRO-l oli üks peamine piirang - ehkki see suutis gammakiiri tuvastada ja astronoome kiiresti hoiatada, polnud see eriti täpne, kus sellised sündmused kosmoses aset leidsid. Selle suure „vearingi” tõttu ei suutnud astronoomid tuvastada selliste sündmuste nähtava valguse järelvilja. Vaatamata sellele piirangule avastas CGRO sadu pidevaid, perioodilisi ja episoodilisi gammakiirgusallikaid - sealhulgas supernoovad, pulsaarid, mustad augud, kvaasarid ja isegi Maa ise! Samal ajal avastas CGRO ka midagi ootamatut - teatud pulssid tegutsesid gammakiirte kitsasribaliste saatjatena ilma nähtava valguseta - ja neis astronoomi esimene tunne oli “tumedad” GRB-d.
Täna me teame, et “tumedad pulsid” pole universumis ainsad gammakiirte “tumedad” allikad. Astronoomid on kindlaks teinud, et episoodiliste (ainult ühekordsete) GRB-de väike osa on ka vähese nähtava valgusega ning nad - nagu kõik, keda on tabanud ebaharilik ja seletamatu - tahavad teada saada, miks. Tegelikult on GRB-d nii ainulaadsed, et austajaid võib sageli kuulda ütlemas: „Kui olete näinud ühte GRB-d, olete näinud ühte GRB-d”.
Esimene satelliit, mis GRB järeltulede optilist tuvastamist lihtsustas, oli BeppoSAX. Itaalia kosmoseagentuuri poolt 1990ndate keskel välja töötatud BeppoSAX käivitas Cape Canaveral 30. aprillil 1996 ning jätkas röntgenkiirguse kiirgusallikate tuvastamist ja täpsustamist kuni 2002. aastani. BeppoSaxi vearing oli piisavalt väike, et optilised astronoomid saaksid kiiresti paljusid GRB-sid tabada. järeltuled maapõhiste instrumentide abil nähtava valguse üksikasjalikuks uurimiseks.
BeppoSAX jõudis Maa atmosfääri uuesti 29. aprillil 2003, kuid selleks ajaks oli NASA asendaja (HETE-2 - High Energy Transient Explorer-2) juba mitu aastat maapõhja orbiidil. HETE-2 peal olevad instrumendid (mille esimest kehastust HETE ei suutnud 1996. aastal eraldada oma Pegasuse raketi kolmandast astmest) laiendasid röntgenikiirguse tuvastamise ulatust ja pakkusid veelgi tihedamaid vearinge - just see asi, mida astronoomid vajasid, et parandada oma reageerimise aega GRB järelvilja asukoht.
Kaks aastat ja paar kuud hiljem (esmaspäeval, 19. augustil 2002) pani HETE-2 kellad ja viled maha, kuna kuskil Kalade Kalad tähtkuju pea lähedal tuvastati tugev gammakiirgusallikas. See sündmus (tähistatud GRB 020819) pani rea astronoomilisi vaatluskeskusi püüdma hõivata raadiosageduslikke, lähi-infrapuna- ja nähtava valguse footoneid, et teha kindlaks sündmuse toimumise koht ja aidata sellest aru saada.
Rahvusvahelise uurijate töörühma (sealhulgas Taani Kopenhaageni Niels Bohri instituudi Pall Jakobsson, kes tõestas seda artiklit Pall Jakobsson, kes tõestas seda artiklit), kes avaldas 2. mail 2005 2. jaanuaril 2005 avaldatud artikli “Pimeda GRB 020819 raadio järeltule ja galaktika galaktika” järgi 4 tunni jooksul Austraalia 1-meetrise Siding Spring Observatory (SSO) teleskoobi tuvastamine pöörati kosmosepiirkonda, mis on väiksem kui kuuendik Kuu läbimõõdust. 13 tundi hiljem tuli teine, pisut suurem instrument - 1,5-meetrine P60-seade Mt. Palomar - liitus ka tagaajamisega. Kumbki instrument - hoolimata nii nõrga valguse jäädvustamisest kui suurusjärgus 22 - ei püüdnud selles kosmosepiirkonnas midagi ebaharilikku. Kuid suur ja äärmiselt fotogeeniline 19,5-magnituudine näoga põrndatud spiraalgalaktika sattus kenasti nende instrumentide haardesse.
Viisteist päeva hiljem kujutas Hawaiil Mauna Keas asuv 10-meetrine Keck ESI instrument sama piirkonda sinises ja punases valguses suurusjärgus 26,9. Sellel optilisel sügavusel võis spiraalgalaktikast 3 kaaresekundit põhja pool näha selgelt eristuvat 24. magnituudiga “kämp” (arvatavalt HII tähte moodustav piirkond). Viimane katse midagi enamat tuvastada tehti 1. jaanuaril 2003 - jällegi Keck 10 meetri abil. GRB 020819 piirkonnast eralduvas optilises valguses muutusi ei toimunud. Kõik see kinnitas, et HETE-2 tuvastatud gammakiirguse puhanguga umbes 134 päeva varem ei kaasnenud ühtegi nähtavat järelvalgust. Uurimisrühmal oli nende „tume gammakiirguse puhver”. Hiljem oleks ülesanne välja mõelda, mis paganama see oli - või vähemalt ei olnud…
Perioodiliselt kogu optilise ja infrapunakiirguse kontrolli tsükli vältel jälgiti purske piirkonda raadiolainete sagedustel. Kasutades VLA-d (väga suur massiiv - koosneb 27 Y-konfigureeritud 25-meetrilisest tassist, mis asuvad viiskümmend miili läänes Socorrost, New Mexico), õnnestus meeskonnal hõivata kahanev rada 8,48 GHz kiirgusega ja teha kindlaks selle paiknemine.
Esimesed raadiolained GRB 020819-st koguti 1,75 päeva pärast HETE-2 häiret. 157. päevaks oli rf-energia tase ühtlustunud punktini, kus allikat ei olnud enam võimalik enesekindlalt näha. Kuid selleks ajaks oli selle asukoht kindlaks määratud „kämpudesse” kolme kaaresekundiga varem kaardistamata spiraalgalaktika tuumast põhja poole. Kahjuks - oma nõrkuse tõttu - ei õnnestunud kaugust võnkani ise spektrograafiliselt kindlaks määrata - siiski leiti, et galaktika asub umbes 6,2 BLY kaugusel ja tal on allikaga suhete osas kõrge usaldus.
Selliste uurimiste tulemusel õpivad astronoomid nüüd üha enam kataklüsmiliste sündmuste klassi, mille tulemuseks on suure ja madala energiaga footonite massilised voolud, jättes peaaegu täielikult vahele vahesagedused - näiteks ultraviolettkiirguse, nähtava ja valguse lähi-infrapuna. Kas on midagi sellist, mis selle põhjuseks võiks olla?
GRB 020819-st õppimise põhjal uuris meeskond kolme tulekera-šoki mudelit, kuidas tumedad GRB-d võivad tekkida. Neist kolmest (kõrge energiagaaside ühtlane paisumine homogeenseks keskkonnaks, ühtlane paisumine kihistunud keskkonda ja kumbagi tüüpi keskkonda tungiv kollimeeritud joa) sobis GRB 020819 käitumise vastu kõige paremini kõrge energiagaaside ühtlane paisumine. teiste gaaside homogeensesse keskkonda (mudel, mille esmakordselt pakkus välja astrofüüsik R. Sari jt 1998. aastal). Selle isotroopse laienemise mudeli eeliseks on (uurimisrühma sõnadega), et nähtava valguse puudumise arvestamiseks tuleb kutsuda esile vaid tagasihoidlik väljasuremine.
Lisaks tumedate GRB-dega seotud võimalike stsenaariumide ringi kitsendamisele jõudis töörühm järeldusele, et GRB 020819, suhteliselt lähedal asuv purske, on vaid üks kahest 14-st GRB-st, mis on lokaliseeritud HETE-2 (2 kaareminutit kasutades), mis teeb pole teatatud OA-d. See toetab hiljutist väidet, et tumeda lõhkemise fraktsioon on palju madalam kui varem soovitatud, võib-olla nii väike kui 10%. ”
Kirjutanud Jeff Barbour
