23.6: Siri ya kupasuka kwa Gamma-Ray

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Toa historia fupi ya jinsi kupasuka kwa gamma-ray ziligunduliwa na ni vyombo gani vilivyotengeneza ugunduzi iwezekanavyo
• Eleza kwa nini wanaastronomia wanafikiri kwamba gamma-ray hupasuka boriti nishati yao badala ya kuangaza kwa usawa katika pande zote
• Eleza jinsi mionzi kutoka kwa gamma-ray kupasuka na ufuatiliaji wake huzalishwa
• Eleza jinsi kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray hutofautiana na muda mrefu, na kuelezea mchakato unaofanya kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray
• Eleza kwa nini kupasuka kwa gamma-ray inaweza kutusaidia kuelewa ulimwengu wa mapema

Kila mtu anapenda siri nzuri, na wanaastronomia hawana ubaguzi. Siri tutakayojadili katika sehemu hii iligunduliwa kwanza katikati ya miaka ya 1960, si kupitia utafiti wa astronomia, lakini kutokana na utafutaji wa ishara za hadithi za milipuko ya silaha za nyuklia. Idara ya Ulinzi ya Marekani ilizindua mfululizo wa satelaiti za Vela ili kuhakikisha kuwa hakuna nchi inayovunja mkataba uliopiga marufuku kupasuka kwa silaha za nyuklia angani.

Kwa kuwa milipuko ya nyuklia huzalisha aina ya juhudi zaidi ya mawimbi ya sumakuumeme iitwayo mionzi ya gamma (tazama mionzi na Spectra), satelaiti za Vela zilikuwa na detectors za Satelaiti hazikugundua matukio yoyote yaliyothibitishwa kutokana na shughuli za binadamu, lakini walifanya-kwa mshangao wa kila mtu—kuchunguza kupasuka kwa muda mfupi wa mionzi ya gamma inayotokana na maelekezo ya random angani. Habari za ugunduzi huo zilichapishwa mara ya kwanza mwaka 1973; hata hivyo, asili ya kupasuka ilibakia kuwa fumbo. Hakuna mtu aliyejua nini kilichozalisha mwanga mfupi wa mionzi ya gamma au jinsi vyanzo vilivyo mbali.

Kutoka Mipuko Machache hadi Maelfu

Kwa uzinduzi wa Compton Gamma-Ray Observatory na NASA mwaka 1991, wanaastronomia walianza kutambua kupasuka zaidi na kujifunza zaidi juu yao (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Takriban mara moja kwa siku, satellite ya NASA iligundua flash ya mionzi ya gamma mahali fulani mbinguni ambayo ilidumu kutoka sehemu ya pili hadi sekunde mia kadhaa. Kabla ya vipimo vya Compton, wanaastronomia walikuwa wametarajia kwamba mahali pengine zaidi ya kupasuka kwa kutokea ilikuwa diski kuu ya Galaxy yetu (pancake-umbo). Kama hii ingekuwa kesi, hata hivyo, kupasuka zaidi ingeonekana katika ndege iliyojaa watu wa Milky Way kuliko hapo juu au chini yake. Badala yake, vyanzo vya kupasuka vilisambazwa isotropiki; yaani, wangeweza kuonekana popote angani bila upendeleo kwa kanda moja juu ya mwingine. Karibu kamwe alifanya kupasuka pili kuja kutoka eneo moja.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Compton Hutambua Gamma-Ray Bursts. (a) Katika 1991, Compton Gamma-Ray Observatory ilitumika na Space Shuttle Atlantis. Uzito wa tani zaidi ya 16, ilikuwa mojawapo ya malipo makubwa ya kisayansi yaliyowahi kuzinduliwa katika nafasi. (b) Ramani hii ya gamma-ray kupasuka nafasi kipimo na Compton Gamma-Ray Observatory inaonyesha isotropic (sawa katika pande zote), usambazaji sare ya kupasuka angani. Ramani inaelekezwa ili disk ya Milky Way ingeweka kwenye mstari wa katikati (au equator) ya mviringo. Kumbuka kwamba kupasuka hakuonyesha upendeleo kabisa kwa ndege ya Milky Way, kama vile aina nyingine nyingi za vitu mbinguni zinavyofanya. Rangi zinaonyesha nishati ya jumla katika kupasuka: dots nyekundu zinaonyesha muda mrefu, kupasuka kwa mkali; dots za bluu na zambarau zinaonyesha kupasuka kwa muda mfupi, dhaifu.

Ili kupata hisia nzuri ya kuona ya kiwango ambacho kupasuka hutoka mbinguni kote, angalia video hii fupi ya NASA inayoonyesha eneo la kupasuka 500 za kwanza zilizopatikana na satellite ya baadaye ya Swift.

Kwa miaka kadhaa, wanaastronomia walijadili kikamilifu kama vyanzo vya kupasuka vilikuwa karibu au mbali sana—uwezekano wawili wa kupasuka ambazo zinasambazwa kwa isotropiki. Maeneo ya karibu yanaweza kujumuisha wingu la comets linalozunguka mfumo wa jua au halo ya Galaxy yetu, ambayo ni kubwa na ya mviringo, na pia inatuzunguka katika pande zote. Ikiwa, kwa upande mwingine, kupasuka hutokea kwa umbali mkubwa sana, wangeweza kuja kutoka galaxi za mbali, ambazo pia zinasambazwa kwa usawa katika pande zote.

Wote wa ndani sana na nadharia za mbali sana zinahitaji kitu cha ajabu kinachoendelea. Ikiwa mapasuko yalikuwa yanatoka kwenye baridi ya nje ya mfumo wetu wa jua au kutoka kwenye halo ya Galaxy yetu, basi wanaastronomia walipaswa kudhani aina mpya ya mchakato wa kimwili ambao unaweza kuzalisha mwanga usiotabirika wa mionzi ya gamma yenye nishati ya juu katika maeneo haya ya anga yenye utulivu. Na kama mapasuko yalitokana na galaxi mamilioni au mabilioni ya miaka ya nuru mbali, basi ni lazima iwe na nguvu sana ili kuonekana katika umbali mkubwa sana; kwa kweli ilibidi kuwa miongoni mwa milipuko mikubwa zaidi ulimwenguni.

Baada ya kwanza

Tatizo la kujaribu kutambua chanzo cha kupasuka kwa gamma-ray ni kwamba vyombo vyetu vya kuchunguza mionzi ya gamma havikuweza kubainisha mahali halisi mbinguni ambako kupasuka kulitokea. Darubini za mapema za gamma-ray hazikuwa na azimio la kutosha. Hii ilikuwa ya kuvuruga kwa sababu wanaastronomia walidhani kwamba kama wangeweza kubainisha nafasi halisi ya mojawapo ya kupasuka kwa haraka, basi wangeweza kutambua mwenzake (kama nyota au galaxi) kwenye wavelengths nyingine na kujifunza mengi zaidi kuhusu kupasuka, ikiwa ni pamoja na ilivyotoka wapi. Hii ingekuwa, hata hivyo, zinahitaji ama maboresho makubwa katika teknolojia gamma-ray detector kutoa azimio bora au kugundua kupasuka katika baadhi wavelength nyingine. Mwishoni, mbinu zote mbili zilikuwa na jukumu.

mafanikio alikuja na uzinduzi wa Italia Kiholanzi BepPosax satellite katika 1996. BepPosax ilijumuisha aina mpya ya darubini ya gamma-ray inayoweza kutambua nafasi ya chanzo kwa usahihi zaidi kuliko vyombo vya awali, kwa ndani ya dakika chache za arc angani. Kwa yenyewe, hata hivyo, bado haikuwa ya kisasa ya kutosha kuamua chanzo halisi cha kupasuka kwa gamma-ray. Baada ya yote, sanduku dakika chache za arc upande bado linaweza kuwa na nyota nyingi au vitu vingine vya mbinguni.

Hata hivyo, azimio la angular la BepPoSax lilikuwa nzuri ya kutosha kuwaambia wanaastronomia wapi kuelekeza darubini zingine, sahihi zaidi kwa matumaini ya kuchunguza chafu ya umeme ya muda mrefu kutoka kwa kupasuka kwa wavelengths nyingine. Kugundua kupasuka kwa wavelengths inayoonekana ya mwanga au redio inaweza kutoa nafasi sahihi kwa sekunde chache za arc na kuruhusu msimamo uweke kwenye nyota au galaxi ya mtu binafsi. BepPosax ilibeba darubini yake ya eksirei kwenye chombo cha angani ili kumtafuta mwenzake huyo, na wanaastronomia wakitumia vifaa vya mwanga vinavyoonekana na redio kwenye ardhi walikuwa na hamu ya kutafuta wavelengths hizo pia.

Mbili muhimu BepPoSax kupasuka uchunguzi katika 1997 kusaidiwa kutatua siri ya bursts gamma-ray. Kupasuka kwa kwanza kulikuja Februari kutoka kwa mwelekeo wa Orion ya nyota. Ndani ya masaa 8, wanaastronomia wanaofanya kazi na satellite walitambua msimamo wa kupasuka, na wakaelekeza tena chombo cha angani ili kuzingatia detector ya X-ray ya Bepposax kwenye chanzo. Kwa msisimko wao, waligundua polepole fading X-ray chanzo masaa 8 baada ya tukio - kwanza kutambua mafanikio ya afterglow kutoka kupasuka gamma-ray. Hii ilitoa sehemu bora zaidi ya kupasuka (sahihi kwa takriban sekunde 40 za arc), ambayo iliwasambazwa kwa wanaastronomia duniani kote ili kujaribu kuitambua kwa wavelengths hata zaidi.

Usiku huo huo, darubini ya William Herschel ya mita 4.2 kwenye visiwa vya Kanari ilipata chanzo cha mwanga kinachoonekana kinachoonekana katika nafasi sawa na mwanga wa eksirei, ikithibitisha kuwa mwanga huo wa baadaye unaweza kugunduliwa katika mwanga unaoonekana pia. Hatimaye, baada ya mwanga kufifia mbali, lakini kushoto nyuma katika eneo la awali gamma-ray kupasuka mara kukata tamaa, fuzzy chanzo haki ambapo hatua fading ya mwanga alikuwa - mbali Galaxy (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hii ilikuwa kipande cha kwanza cha ushahidi kwamba kupasuka kwa gamma-ray zilikuwa vitu vyenye nguvu sana kutoka mbali sana. Hata hivyo, pia ilibakia inawezekana kwamba chanzo kilichopasuka kilikuwa karibu sana na sisi na kilichotokea tu kufanana na galaxy ya mbali zaidi, hivyo uchunguzi huu peke yake haukuwa maonyesho ya mwisho ya asili ya ziada ya kupasuka kwa gamma-ray.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Gamma-Ray Burst. Picha hii ya Hubble Space Telescope yenye rangi ya uongo, iliyochukuliwa mnamo Septemba 1997, inaonyesha kufifia baada ya kupasuka kwa gamma ray ya Februari 28, 1997 na galaxi ya mwenyeji ambapo kupasuka kwa asili. Mtazamo wa kushoto unaonyesha eneo la kupasuka. Upanuzi unaonyesha chanzo kilichopasuka na kile kinachoonekana kuwa galaksi yake ya mwenyeji. Kumbuka kuwa chanzo cha gamma-ray hakiko katikati ya galaxy.

Mnamo Mei 8 ya mwaka huo huo, kupasuka kunatoka kwa uongozi wa Camelopardalis ya nyota. Katika jitihada za kimataifa zilizoratibiwa, BepPoSax tena iliweka nafasi nzuri, na karibu mara moja darubini kwenye Kitt Peak huko Arizona iliweza kukamata baada ya mwanga unaoonekana. Ndani ya siku 2, darubini kubwa zaidi duniani (Keck huko Hawaii) ilikusanya mwanga wa kutosha kurekodi wigo wa kupasuka. Mei gamma ray kupasuka baada ya mwanga wigo ilionyesha makala ngozi kutoka kitu fuzzy kwamba alikuwa 4 miaka ya mwanga bilioni kutoka Jua, maana kwamba eneo la kupasuka alikuwa angalau hii mbali- na labda hata mbali zaidi. (Jinsi wanaastronomia wanaweza kupata umbali wa kitu kama hicho kutoka kwenye mabadiliko ya Doppler katika wigo ni jambo tutakalojadili katika galaxies.) Kile ambacho wigo huo ulionyesha ni ushahidi wazi kwamba kupasuka kwa gamma ya ray ilikuwa imefanyika katika galaxi iliyo mbali.

Mtandao wa Kupata Bursts Zaidi

Baada ya uchunguzi wa awali ulionyesha kuwa maeneo sahihi na baada ya kupasuka kwa mionzi ya gamma-ray inaweza kupatikana, wanaastronomia walianzisha mfumo wa kukamata na kugundua kupasuka mara kwa mara. Lakini ili kujibu haraka iwezekanavyo ili kupata matokeo yanayotumika, wanaastronomia waligundua kwamba walihitaji kutegemea mifumo ya kiotomatiki badala ya waangalizi wa binadamu wanaotokea kuwa mahali pazuri kwa wakati unaofaa.

Sasa, wakati darubini inayozunguka yenye nishati ya juu ikagundua kupasuka, mahali pake mbaya hupitishwa mara moja kwenye Mtandao wa Kuratibu wa Gamma-Ray iliyopo kwenye kituo cha ndege cha Goddard Space Flight cha NASA, na kuwaonya waangalizi kwenye ardhi ndani ya sekunde chache kutafuta mwanga unaoonekana.

Mafanikio makubwa ya kwanza na mfumo huu yalipatikana na timu ya wanaastronomia kutoka Chuo Kikuu cha Michigan, Lawrence Livermore National Laboratories, na Los Alamos National Laboratories, ambao walitengeneza kifaa kiotomatiki walichokiita majaribio ya Utafutaji wa Robotic Optical Tr ), ambayo iligundua mwenzake mkali sana inayoonekana mwaka 1999. Kwenye kilele, kupasuka kulikuwa karibu kama mkali kama Neptune—licha ya umbali (uliopimwa baadaye kwa spectra kutoka darubini kubwa) wa miaka ya nuru bilioni 9.

Hivi karibuni, wanaastronomia wameweza kuchukua hatua hii zaidi, wakitumia darubini za mwonekano wa shamba pana ili kutazama sehemu kubwa za anga kwa matumaini kwamba kupasuka kwa gamma ray itatokea mahali na wakati unaofaa, na kurekodiwa na kamera ya darubini. Darubini hizi za shamba pana si nyeti kwa vyanzo vya kukata tamaa, lakini ROTSE ilionyesha kuwa baada ya kupasuka kwa gamma ray inaweza wakati mwingine kuwa mkali sana.

Matumaini ya astronomia yalithibitishwa Machi 2008, wakati kupasuka kwa gamma-ray kali sana ilitokea na mwanga wake ulikamatwa na mifumo miwili ya kamera pana nchini Chile: Kipolishi “Pi ya Anga” na TORTORA ya Kirusi-Kiitaliano [Telescopio Ottimizzato per la Ricerca dei Transienti Ottici Rapidi (Kiitaliano kwa Darubini Optimized kwa ajili ya Utafiti wa haraka Optical Transients)] (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kwa mujibu wa takwimu zilizochukuliwa na darubini hizi, kwa kipindi cha takriban sekunde 30, mwanga kutoka kwa gamma ray kupasuka ulikuwa mkali wa kutosha kwamba ingeweza kuonekana kwa jicho lisilosaidiwa kama mtu angekuwa akiangalia mahali pazuri kwa wakati unaofaa. Kuongeza kwa mshangao wetu, uchunguzi wa baadaye na darubini kubwa ulionyesha kwamba kupasuka kulitokea kwa umbali wa miaka ya nuru bilioni 8 kutoka duniani!

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Gamma-Ray Burst Alizingatiwa Machi 2008. Mwangaza mkali sana wa GRB 080319B ulipigwa na Uchunguzi wa Swift katika X-rays (kushoto) na mwanga unaoonekana/ultraviolet (kulia).

Kwa Beam au Si kwa Beam

Umbali mkubwa wa matukio haya ulimaanisha kuwa walipaswa kuwa na nguvu ya kushangaza kuonekana kama mkali kama ilivyokuwa katika umbali mkubwa sana. Kwa kweli, walihitaji nishati nyingi ambazo zilisababisha tatizo kwa mifano ya kupasuka kwa gamma-ray: kama chanzo kilikuwa kinachotoa nishati katika pande zote, basi nishati iliyotolewa katika mionzi ya gamma peke yake wakati wa kupasuka mkali (kama vile matukio ya 1999 au 2008) ingekuwa sawa na nishati zinazozalishwa kama molekuli nzima ya nyota kama jua walikuwa ghafla waongofu katika mionzi safi.

Kwa chanzo cha kuzalisha nishati hii hii haraka (katika kupasuka) ni changamoto halisi. Hata kama nyota inayozalisha kupasuka kwa gamma-ray ilikuwa kubwa zaidi kuliko Jua (kama pengine ilivyo), hakuna njia inayojulikana ya kugeuza masi nyingi kuwa mionzi ndani ya suala la sekunde. Hata hivyo, kuna njia moja ya kupunguza nguvu zinazohitajika za “utaratibu” unaofanya kupasuka kwa gamma-ray. Hadi sasa, mjadala wetu umefikiri kwamba chanzo cha mionzi ya gamma hutoa kiasi sawa cha nishati kwa pande zote, kama bomba la mwanga wa incandescent.

Lakini kama sisi kujadili katika Pulsars na Discovery of Neutron Stars, si vyanzo vyote vya mionzi katika ulimwengu ni kama hii. Baadhi huzalisha mihimili nyembamba ya mionzi ambayo imejilimbikizia kwenye maelekezo moja au mbili tu. Pointer laser na lighthouse juu ya bahari ni mifano ya vyanzo vile boriti duniani (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Ikiwa, wakati kupasuka hutokea, mionzi ya gamma hutoka kwenye mihimili moja tu au miwili nyembamba, basi makadirio yetu ya mwanga wa chanzo yanaweza kupunguzwa, na kupasuka inaweza kuwa rahisi kuelezea. Katika hali hiyo, hata hivyo, boriti inapaswa kuelekea Dunia ili tuweze kuona kupasuka. Hii, kwa upande wake, ingekuwa inamaanisha kwamba kwa kila kupasuka tunayoona kutoka duniani, kuna pengine wengine wengi ambao hatujui kamwe kwa sababu mihimili yao inaelezea kwa njia nyingine

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Kupasuka Hiyo ni Beamed. Mimba ya msanii huyu inaonyesha mfano wa aina moja ya kupasuka kwa gamma-ray. Kuanguka kwa kiini cha nyota kubwa ndani ya shimo jeusi kumezalisha mihimili miwili angavu ya nuru inayotokana na miti ya nyota, ambayo mwangalizi alielekeza kwenye mojawapo ya shoka hizi angeona kama kupasuka kwa gamma ray. Nyota zenye moto za buluu na mawingu ya gesi yaliyo karibu na maeneo ya jirani zina maana ya kuonyesha kwamba tukio hilo lilitokea katika eneo linalofanya nyota.

Muda mrefu wa Gamma-Ray Bursts: Kulipuka Stars

Baada ya kutambua na kufuatia idadi kubwa ya kupasuka kwa mionzi ya gamma-ray, wanaastronomia walianza kugawa dalili kuhusu tukio la aina gani linalofikiriwa kuwa na jukumu la kuzalisha kupasuka kwa gamma ray. Au, badala yake, ni aina gani ya matukio, kwa sababu kuna angalau aina mbili tofauti za kupasuka kwa gamma-ray. Mbili-kama aina tofauti za supernovae—huzalishwa kwa njia tofauti kabisa.

Kwa kuzingatia, tofauti muhimu ni muda gani kupasuka huchukua. Wanaastronomia sasa hugawanya kupasuka kwa gamma-ray katika makundi mawili: hizo za muda mfupi (hufafanuliwa kama kudumu chini ya sekunde 2, lakini kwa kawaida ni sehemu ya pili) na zile za muda mrefu (hufafanuliwa kama kudumu zaidi ya sekunde 2, lakini kwa kawaida ni dakika moja).

Mifano yote tuliyojadiliwa hadi sasa inahusisha kupasuka kwa muda mrefu wa gamma-ray. Hizi ni sehemu kubwa ya bursts gamma-ray kwamba satelaiti yetu kuchunguza, na wao pia ni mkali na rahisi pinpoint. Mamia mengi ya kupasuka kwa muda mrefu ya gamma-ray, na mali ya galaxi ambazo zilitokea, sasa zimejifunza kwa undani. Mipuko ya gamma ya ray ya muda mrefu inazingatiwa ulimwenguni kote kuja kutoka galaxi za mbali ambazo bado zinafanya nyota kikamilifu. Kwa kawaida hupatikana kuwa iko katika mikoa ya galaksi yenye shughuli kali za kutengeneza nyota (kama vile silaha za ond). Kumbuka kwamba nyota kubwa zaidi ni, muda mdogo unatumia katika kila hatua ya maisha yake. Hii inaonyesha kwamba kupasuka hutoka kwa vijana na wa muda mfupi, na hivyo aina kubwa ya nyota.

Zaidi ya hayo, katika matukio kadhaa wakati kupasuka kunatokea katika galaxi karibu na Dunia (ndani ya miaka ya mwanga bilioni chache), inawezekana kutafuta supanova katika nafasi hiyo-na karibu kila kesi hizi, wanaastronomia wamepata ushahidi wa supanova ya aina ya Ic inaondoka. Aina Ic ni aina fulani ya supanova, ambayo hatujajadili katika sehemu za awali za sura hii; hizi zinatengenezwa na nyota kubwa ambayo imevuliwa safu yake ya nje ya hidrojeni. Hata hivyo, sehemu ndogo tu ya aina Ic supernovae huzalisha kupasuka kwa gamma-ray.

Kwa nini nyota kubwa yenye tabaka zake za nje hazipatikani wakati mwingine zinazalisha kupasuka kwa gamma ray wakati huo huo kwamba inapuka kama supanova? Maelezo wanaastronomia wanayo akilini kwa nishati ya ziada ni kuanguka kwa kiini cha nyota kuunda shimo lenye kuzunguka, sumaku nyeusi au nyota ya neutroni. Kwa sababu maiti ya nyota ni magnetic na inazunguka haraka, kuanguka kwake kwa ghafla ni ngumu na kunaweza kuzalisha jets zinazozunguka za chembe na mihimili yenye nguvu ya mionzi - kama vile kiini cha quasar au kiini cha galactic hai (vitu utajifunza kuhusu Galaxy Active, Quasars, na Supermassive Black Holes), lakini kwa kasi zaidi timescale. Kiasi kidogo cha molekuli inayoongezeka huondolewa kwenye boriti nyembamba, kusonga kwa kasi karibu na ile ya mwanga. Migongano kati ya chembe katika boriti inaweza kuzalisha kupasuka kwa nguvu ya nishati tunayoyaona kama kupasuka kwa gamma-ray.

Ndani ya dakika chache, mlipuko unaoenea kutoka kwenye moto wa moto huingia kwenye suala la interstellar katika jirani ya nyota inayokufa. Jambo hili linaweza kuwa limeondolewa kutoka nyota yenyewe katika hatua za awali katika mageuzi yake. Vinginevyo, inaweza kuwa gesi ambayo nyota kubwa na majirani zake waliunda.

Kama chembe za kasi za kasi kutoka mlipuko zimepungua, zinahamisha nishati zao kwa suala linalozunguka kwa namna ya wimbi la mshtuko. Nyenzo hiyo ya kutisha hutoa mionzi kwa wavelengths ndefu. Hii inahusu ufuatiliaji wa eksirei, mwanga unaoonekana, na mawimbi ya redio-mwanga huja kwa wavelengths ndefu na ndefu kama mlipuko unaendelea kupoteza nishati.

Muda mfupi wa Gamma-Ray Bursts: Kupigana Maiti ya Stellar

Nini kuhusu kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray? Uchafu wa gamma-ray kutoka kwa matukio haya huchukua chini ya sekunde 2, na wakati mwingine inaweza kudumu milliseconds tu-muda mfupi wa kushangaza. Muda huo ni vigumu kufikia ikiwa huzalishwa kwa njia sawa na kupasuka kwa muda mrefu wa gamma-ray, tangu kuanguka kwa mambo ya ndani ya stellar kwenye shimo nyeusi inapaswa kuchukua angalau sekunde chache.

Wanaastronomia walitazama bila matunda baada ya kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray zilizopatikana na BepPosax na satelaiti nyingine. Kwa dhahiri, baada ya kufufua huondoka haraka sana. Darubini za mwanga zinazoonekana zinazoonekana kwa haraka kama ROTSE hazikusaidia ama: bila kujali jinsi darubini hizi zilivyoitikia haraka, kupasuka hazikuwa mkali wa kutosha katika wavelengths inayoonekana ili kugunduliwa na darubini hizi ndogo.

Kwa mara nyingine tena, ilichukua satellite mpya ya wazi juu ya siri. Katika hali hii, ilikuwa Swift Gamma-Ray Burst Satellite, ilizinduliwa mwaka 2004 na ushirikiano kati ya NASA na mashirika ya Italia na Uingereza nafasi (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Mpangilio wa Swift ni sawa na ule wa BepPoSax. Hata hivyo, Swift ni agile zaidi na rahisi: baada ya kupasuka kwa gamma-ray hutokea, darubini za X-ray na UV zinaweza kurejeshwa moja kwa moja ndani ya dakika chache (badala ya masaa machache). Kwa hiyo, wanaastronomia wanaweza kuchunguza ufuatiliaji mapema zaidi, wakati unatarajiwa kuwa nyepesi sana. Zaidi ya hayo, darubini ya X-ray ni nyeti zaidi na inaweza kutoa nafasi ambazo ni sahihi zaidi mara 30 kuliko zile zinazotolewa na Bepposax, kuruhusu kupasuka kutambuliwa hata bila uchunguzi wa mwanga au redio inayoonekana

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Mchoro wa Msanii wa Swift. Spacecraft ya Marekani/Uingereza/Italia Swift ina kwenye bodi ya gamma-ray, X-ray, na ultraviolet detectors, na ina uwezo wa kujielekeza moja kwa moja kwa kupasuka kwa gamma-ray inayoonekana na chombo cha gamma-ray. Tangu uzinduzi wake mwaka 2005, Swift imegundua na kuchunguza kupasuka zaidi ya elfu, ikiwa ni pamoja na kadhaa ya kupasuka kwa muda mfupi.

Mnamo Mei 9, 2005, Swift iligundua flash ya mionzi ya gamma iliyodumu sekunde 0.13 kwa muda, inayotoka kwenye nyota ya Coma Berenices. Kwa kushangaza, galaxy iliyo kwenye nafasi ya X-ray ilionekana tofauti kabisa na galaxi yoyote ambayo kupasuka kwa muda mrefu ilikuwa imeonekana kutokea. Mwangaza wa baadaye ulitokana na halo ya galaxi kubwa ya duaradufu bilioni 2.7 umbali wa miaka ya nuru, bila dalili yoyote ya nyota ndogo, kubwa katika wigo wake. Zaidi ya hayo, hakuna supanova aliyewahi kugunduliwa baada ya kupasuka, licha ya kutafuta kina.

Ni nini kinachoweza kuzalisha kupasuka chini ya muda mrefu wa pili, inayotokana na eneo lisilo na umbo la nyota? Mfano wa kuongoza unahusisha muungano wa maiti mawili ya stellar yenye kompakt: nyota mbili za neutroni, au pengine nyota ya neutroni na shimo jeusi. Kwa kuwa nyota nyingi zinakuja katika mifumo ya binary au nyingi, inawezekana kuwa na mifumo ambapo maiti mawili ya nyota hizo huzungana. Kwa mujibu wa relativity ujumla (ambayo itajadiliwa katika Black Holes na Curved Spacetime), njia za mfumo wa nyota binary linajumuisha vitu vile lazima polepole kuoza na wakati, hatimaye (baada ya mamilioni au mabilioni ya miaka) na kusababisha vitu viwili kwa slam pamoja katika mlipuko wa vurugu lakini mfupi. Kwa sababu kuoza kwa obiti ya binary ni polepole sana, tunatarajia zaidi ya muunganiko huu kutokea katika galaxi za zamani ambamo uundaji wa nyota umesimama kwa muda mrefu.

Ili kujifunza zaidi kuhusu muungano wa nyota mbili za nyutroni na jinsi zinavyoweza kuzalisha kupasuka ambayo hudumu chini ya sekunde moja, angalia simulation hii ya kompyuta na NASA.

Wakati ilikuwa vigumu kuwa na uhakika wa mfano huu kulingana na tukio moja tu (inawezekana kupasuka hii kweli alikuja kutoka galaxy background na lined up na kubwa elliptical tu kwa bahati), kadhaa kadhaa zaidi ya muda mfupi gamma-ray bursts tangu kuwa iko na Swift, wengi ambao pia zinatokana na galaxi zilizo na viwango vya chini sana vya kutengeneza nyota. Hii imewapa wanaastronomia kujiamini zaidi kuwa mfano huu ndio sahihi. Hata hivyo, ili kuamini kikamilifu, wanaastronomia wanatafuta saini ya “bunduki ya kuvuta sigara” kwa ajili ya kuunganishwa kwa mabaki mawili ya nyota ya ultra-dense.

Kuna mifano miwili tunaweza kufikiria ambayo itatoa ushahidi wa moja kwa moja zaidi. Moja ni aina ya pekee sana ya mlipuko, inayozalishwa wakati nyutroni zilipovuliwa kutoka nyota za neutroni wakati wa awamu ya mwisho ya vurugu ya kuunganisha fyuzi pamoja kuwa elementi nzito halafu kutolewa joto kutokana na mionzi, huzalisha supanova ya muda mfupi lakini nyekundu wakati mwingine inayoitwa kilonova. (Neno linatumika kwa sababu ni karibu mara elfu zaidi kuliko nova ya kawaida, lakini si kama “super” kama supanova ya jadi.) Uchunguzi wa Hubble wa kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray mwaka 2013 unaonyesha ushahidi unaofaa wa saini hiyo, lakini inahitaji kuthibitishwa na uchunguzi wa baadaye.

“Bunduki ya sigara” ya pili imekuwa ya kusisimua zaidi kuona: kugundua mawimbi ya mvuto. Kama itajadiliwa katika Black Holes na Curved Spacetime, mawimbi ya mvuto ni wimbi katika kitambaa cha spacetime kwamba relativity ujumla anatabiri lazima zinazozalishwa na kuongeza kasi ya vitu kubwa sana na mnene - kama vile nyota mbili neutron au mashimo nyeusi spiraling kuelekea kila mmoja na kugongana. Mfano wa kwanza wa mawimbi ya mvuto umeonekana hivi karibuni kutokana na kuungana kwa mashimo mawili makubwa meusi. Ikiwa wimbi la mvuto linazingatiwa siku moja kuwa sawa katika wakati na nafasi na kupasuka kwa gamma-ray, hii sio tu kuthibitisha nadharia zetu za asili ya kupasuka kwa muda mfupi wa gamma-ray lakini pia ingekuwa miongoni mwa maandamano ya kuvutia zaidi bado ya nadharia ya Einstein ya relativity ya jumla.

Kuchunguza Ulimwengu na kupasuka kwa Gamma-Ray

Hadithi ya jinsi wanaastronomia walivyokuja kueleza asili ya aina mbalimbali za kupasuka ni mfano mzuri wa jinsi mchakato wa kisayansi wakati mwingine unafanana na kazi nzuri ya upelelezi. Wakati siri ya kupasuka kwa gamma-ray ya muda mfupi bado inafunguliwa, lengo la masomo kwa muda mrefu wa kupasuka kwa gamma-ray umeanza kubadilika kutokana na kuelewa asili ya kupasuka wenyewe (ambayo sasa imeanzishwa vizuri) ili kuitumia kama zana za kuelewa ulimwengu mpana.

Sababu ya kupasuka kwa muda mrefu ya gamma-ray ni muhimu inahusiana na luminosities yao kali, ikiwa ni kwa muda mfupi tu. Kwa kweli, bursts ya muda mrefu ya gamma-ray ni mkali sana ili waweze kuonekana kwa urahisi katika umbali unaohusiana na miaka milioni mia chache baada ya upanuzi wa ulimwengu ulianza, ndio wakati wanadharia wanadhani kwamba kizazi cha kwanza cha nyota kilichoundwa. Baadhi ya nadharia zinatabiri ya kwamba nyota za kwanza zinawezekana kuwa kubwa na kukamilisha mageuzi yao katika miaka milioni tu au hivyo. Ikiwa hii inageuka kuwa hivyo, basi kupasuka kwa gamma-ray (ambayo inaashiria kifo cha baadhi ya nyota hizi) inaweza kutupa njia bora ya kuchunguza ulimwengu wakati nyota na galaxi zilipoanza kuunda kwanza.

Hadi sasa, kupasuka kwa gamma-ray iliyo mbali zaidi kupatikana (tarehe 29 Aprili 2009) ilitokea miaka ya nuru ya ajabu ya bilioni 13.2 —maana yake ilitokea miaka milioni 600 tu baada ya Big Bang yenyewe. Hii inalinganishwa na galaxi za mwanzo na za mbali zaidi zinazopatikana na darubini ya Hubble Space. Sio umri wa kutosha kutarajia kwamba iliundwa kutoka kizazi cha kwanza cha nyota, lakini kuonekana kwake kwa umbali huu bado inatupa taarifa muhimu kuhusu uzalishaji wa nyota katika ulimwengu wa mwanzo. Wanaastronomia wanaendelea kuchunguza angani, wakitafuta matukio ya mbali zaidi yanayoashiria vifo vya nyota kutoka nyuma zaidi kwa wakati.

Dhana muhimu na Muhtasari

Gamma ray hupasuka mwisho kutoka sehemu ya pili hadi dakika chache. Wanatoka pande zote na sasa wanajulikana kuhusishwa na vitu vya mbali sana. Nishati ni uwezekano mkubwa, na, kwa wale tunaweza kuchunguza, Dunia iko katika mwelekeo wa boriti. Kupasuka kwa muda mrefu (kudumu zaidi ya sekunde chache) hutoka katika nyota kubwa huku tabaka zake za nje za hidrojeni hazipatikani zinazolipuka kama supernovae. Kupasuka kwa muda mfupi huaminiwa kuwa muunganiko wa maiti ya stellar (nyota za neutroni au mashimo meusi).