Gammapurkaus
Gammasäteilypurkaukset (GRB) ovat erittäin voimakkaiden räjähdysten aiheuttamia gammasäteiden välähdyksiä. Niitä on nähty kaukaisissa galakseissa. Ne ovat kirkkaimpia sähkömagneettisia tapahtumia, joita maailmankaikkeudessa tiedetään esiintyvän.
Purskeet voivat kestää millisekunneista useisiin minuutteihin, mutta tyypillinen purske kestää muutaman sekunnin. Alkupurkausta seuraa yleensä pidempikestoinen "jälkihehku", joka säteilee pidemmillä aallonpituuksilla (röntgen-, ultravioletti-, näkyvä valo, infrapuna- ja radioaallot).
Useimmat GRB:t ovat kapea voimakkaan säteilyn säde, joka vapautuu supernovan aikana, kun valtava nopeasti pyörivä tähti romahtaa muodostaen mustan aukon. Eräs GRB:iden alaluokka (lyhyet purskeet) näyttää olevan peräisin erilaisesta prosessista, ehkä kaksoistähtien neutronitähtien sulautumisesta.
Useimpien GRB-lähteiden lähteet ovat miljardien valovuosien päässä Maasta. Tämä viittaa siihen, että räjähdykset ovat erittäin energisiä: tyypillinen räjähdys vapauttaa muutamassa sekunnissa yhtä paljon energiaa kuin Aurinko koko 10 miljardin vuoden elinaikanaan. Ne ovat hyvin harvinaisia (muutama galaksia kohti miljoonaa vuotta kohti).
Kaikki havaitut GRB:t ovat tulleet Linnunradan ulkopuolelta. Samankaltaisia ilmiöitä, pehmeitä gammapurkauksia, liittyy Linnunradan sisällä oleviin magnetareihin. On esitetty, että Linnunradassa tapahtuva gammapurkaus voisi aiheuttaa massasukupuuton Maassa. Tällaista tapausta ei ole tiedossa.
Taiteilijan kuva kirkkaasta gammasäteilypurkauksesta, joka tapahtuu tähdenmuodostumisalueella. Räjähdyksen energia säteilee kahteen kapeaan, vastakkaissuuntaiseen suihkuun.
Historia
Gammapurkauksia havaittiin ensimmäisen kerran 1960-luvun lopulla Yhdysvaltojen Vela-satelliiteilla, jotka rakennettiin havaitsemaan avaruudessa testattujen ydinaseiden lähettämiä gammasäteilypulsseja.
Heinäkuun 2. päivänä 1967 kello 14.19 UTC Vela 4 ja Vela 3 -satelliitit havaitsivat gammasäteilyn välähdyksen, joka ei muistuttanut mitään tunnettua ydinaseiden merkkiä. Los Alamosin tieteellisen laboratorion ryhmä ei ollut varma, mitä oli tapahtunut, mutta se ei pitänyt asiaa erityisen kiireellisenä, ja se arkistoi tiedot tutkimuksia varten.
Analysoimalla eri satelliittien havaitsemia erilaisia saapumisaikoja, ryhmä pystyi määrittämään karkeat arviot kuudentoista purkauksen12-16 sijainnista taivaalla ja sulkemaan lopullisesti pois maanpäällisen tai aurinkoperäisen alkuperän. Löytö julkaistiin vuonna 1973.
Kaikkien BATSE-operaation aikana havaittujen gammapurkausten sijainnit taivaalla. Jakauma on satunnainen, eikä se ole keskittynyt kohti Linnunradan tasoa, joka kulkee vaakasuoraan kuvan keskellä.
Pitkät gammasäteilypurkaukset
Useimmat havaitut tapahtumat kestävät yli kaksi sekuntia, ja ne luokitellaan pitkiksi gammapurkauksiksi. Niitä on tutkittu paljon yksityiskohtaisemmin kuin niiden lyhyitä vastineita. Lähes jokaiseen hyvin tutkittuun pitkään gammapurkaukseen on liittynyt nopeasti kehittyvä galaksi ja monissa tapauksissa myös ytimen romahtanut supernova. Tämä yhdistää pitkät GRB:t massiivisten tähtien kuolemaan. Pitkien GRB:iden jälkihehkujen havainnot suurella punasiirtymällä (suurilla etäisyyksillä) viittaavat myös siihen, että GRB:t saavat alkunsa tähdenlentojen muodostumisalueilta. Tämä johtuu siitä, että kaukana sijaitsevien galaksien havainnointi merkitsee ajassa taaksepäin katsomista aikaisemmassa vaiheessa oleviin galakseihin.
Energetiikka
Gammapurkausten ajatellaan olevan hyvin keskittyneitä räjähdyksiä, joissa suurin osa räjähdyksen energiasta on kapeassa relativistisessa suihkussa, joka kulkee yli 99,995 prosentin valonnopeudella.
Suihkun likimääräinen kulmaleveys (eli säteilyaste) voidaan arvioida suoraan havainnoimalla "suihkukatkoksia" jälkivalokäyrissä: aika, jonka jälkeen hitaasti heikkenevä jälkivalo alkaa yhtäkkiä hiipua, kun suihku hidastuu eikä pysty enää säteilemään säteilyään niin tehokkaasti. Havaintojen mukaan suihkukulma vaihtelee merkittävästi 2-20 asteen välillä.
Koska niiden energia on voimakkaasti sädetettyä (hyvin kapeaa), useimpien purkausten lähettämät gammasäteet eivät osu Maahan eikä niitä koskaan havaita. Kun gammapurkaus kohdistetaan kohti Maata, sen energian keskittäminen suhteellisen kapeaan säteen saa purkauksen näyttämään paljon kirkkaammalta kuin se olisi ollut, jos sen energia olisi emittoitunut pallomaisesti. Kun tämä vaikutus otetaan huomioon, havaitaan, että tyypillisissä gammasäteilypurkauksissa vapautuva energia on todellisuudessa noin 1044 J eli noin 1/2000 Auringon massan energiaekvivalentista.
Tämä on verrattavissa kirkkaassa Ib/c-tyypin supernovassa (jota kutsutaan joskus "hypernovaksi") vapautuvaan energiaan. Erittäin kirkkaita supernovia on nähty joidenkin lähimpien GRB:ien kohdalla.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä ovat gammasäteilypurkaukset?
V: Gammasäteilypurkaukset (GRB) ovat erittäin voimakkaiden räjähdysten aiheuttamia gammasäteiden välähdyksiä.
K: Kuinka kauan GRB:t yleensä kestävät?
V: GRB-purkaukset voivat kestää millisekunneista useisiin minuutteihin, mutta tyypillinen purkaus kestää muutaman sekunnin.
K: Mikä on useimpien GRB-purkausten lähde?
V: Useimmat GRB-purkaukset ovat kapea voimakkaan säteilyn säde, joka vapautuu supernovan aikana, kun valtava nopeasti pyörivä tähti romahtaa muodostaen mustan aukon.
K: Mistä useimmat havaitut GRB:t tulevat?
V: Kaikki havaitut GRB:t ovat peräisin Linnunradan ulkopuolelta.
K: Kuinka paljon energiaa keskimääräinen purkaus vapauttaa?
V: Tyypillinen purkaus vapauttaa muutamassa sekunnissa yhtä paljon energiaa kuin Aurinko koko 10 miljardin vuoden elinaikanaan.
K: Kuinka harvinaisia GRB-tapahtumat ovat?
V: Ne ovat hyvin harvinaisia (muutama galaksia kohti miljoonaa vuotta kohti).
K: Voisivatko gammapurkaukset aiheuttaa vaaraa omassa galaksissamme?
V: On esitetty, että Linnunradassa tapahtuva gammapurkaus voisi aiheuttaa massasukupuuton Maassa, mutta tällaista tapausta ei ole tiedossa.
