Žarki gama: najmočnejše sevanje v vesolju

Tako je videti nebo žarkov gama, kot ga vidi Nasin teleskop Fermi. Vsi svetli viri oddajajo žarke gama z močjo večjo od 1 GeV (giga-elektron-volt). Zasluge: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration

Vsi so že slišali za elektromagnetni spekter. Je zbirka vseh valovnih dolžin in frekvenc svetlobe, od radijske in mikrovalovne do ultravijolične in gama. Svetloba, ki jo vidimo, se imenuje 'vidni' del spektra. Ostale frekvence in valovi so našim očem nevidni, vendar jih lahko zaznamo s posebnimi instrumenti.

Žarki gama so najbolj energijski del spektra. Imajo najkrajše valovne dolžine in najvišje frekvence. Zaradi teh lastnosti so izjemno nevarni za življenje, vendar astronomom tudi povedo a veliko o predmetih, ki jih oddajajo v vesolju. Žarki gama se pojavljajo na Zemlji, nastanejo, ko kozmični žarki zadenejo našo atmosfero in medsebojno delujejo z molekulami plina. So tudi stranski produkt razpada radioaktivnih elementov, zlasti pri jedrskih eksplozijah in jedrskih reaktorjih.

Žarki gama niso vedno smrtonosna grožnja: v medicini se (med drugim) uporabljajo za zdravljenje raka. Vendar pa obstajajo kozmični viri teh ubijalskih fotonov in najdlje časa so ostali skrivnost za astronome. Tako so ostali, dokler niso zgradili teleskopov, ki bi lahko zaznali in preučevali te visokoenergijske emisije.

Kozmični viri žarkov gama

Danes vemo veliko več o tem sevanju in o tem, od kod prihaja v vesolju. Astronomi zaznavajo te žarke iz izjemno energičnih dejavnosti in predmetov, kot je npreksplozije supernove, nevtronske zvezde , in interakcije črnih lukenj . Te je težko preučevati zaradi visokih energij, včasih so zelo svetle v 'vidni' svetlobi in dejstva, da nas naša atmosfera ščiti pred večino žarkov gama. Da bi pravilno 'videli' te dejavnosti, astronomi pošiljajo specializirane instrumente v vesolje, tako da lahko 'vidijo' žarke gama visoko nad Zemljino zaščitno zračno odejo. NASA je v orbiti Swift satelit in Fermijev teleskop gama žarkov so med instrumenti, ki jih astronomi trenutno uporabljajo za odkrivanje in proučevanje tega sevanja.

Izbruhi sevanja gama

V zadnjih nekaj desetletjih so astronomi zaznali izjemno močne izbruhe žarkov gama z različnih točk na nebu. Z 'dolgo' astronomi mislijo le nekaj sekund do nekaj minut. Vendar pa njihove razdalje, ki segajo od milijonov do milijard svetlobnih let stran, kažejo, da morajo biti ti predmeti in dogodki zelo svetli, da jih lahko vidimo iz celega vesolja.

Tako imenovani 'izbruhi žarkov gama' so najbolj energični in najsvetlejši dogodki, kar jih je bilo kdaj zabeleženo. V samo nekaj sekundah lahko oddajo neverjetne količine energije – več, kot jo bo Sonce sprostilo ves čas svojega obstoja. Do nedavnega so lahko astronomi le ugibali o tem, kaj je povzročilo tako močne eksplozije. Vendar so jim nedavna opazovanja pomagala izslediti vire teh dogodkov. Na primer, Swift Satelit je zaznal izbruh sevanja gama, ki je nastal zaradi rojstva črne luknje, ki je od Zemlje oddaljena več kot 12 milijard svetlobnih let. To je zelo zgodaj v zgodovini vesolja.

Obstajajo krajši izbruhi, dolgi manj kot dve sekundi, ki so bili leta res skrivnost. Sčasoma so astronomi te dogodke povezali z dejavnostmi, imenovanimi 'kilonove', ki se zgodijo, ko se dve nevtronski zvezdi ali nevtronska zvezda ali črna luknja združita. V trenutku združitve oddajajo kratke izbruhe žarkov gama. Prav tako lahko oddajajo gravitacijske valove.

Zgodovina astronomije žarkov gama

Astronomija žarkov gama se je začela med hladno vojno. Izbruhe sevanja gama (GRB) so prvič zaznali v šestdesetih letih prejšnjega stoletja Sveča floto satelitov. Sprva so bili ljudje zaskrbljeni, da gre za znake jedrskega napada. V naslednjih desetletjih so astronomi začeli iskati vire teh skrivnostnih natančnih eksplozij z iskanjem optičnih (vidnih) svetlobnih signalov ter ultravijoličnih, rentgenskih žarkov in signalov. Lansiranje Observatorij gama žarkov Compton leta 1991 je iskanje kozmičnih virov žarkov gama poneslo v nove višave. Njena opazovanja so pokazala, da se GRB pojavljajo po vsem vesolju in ne nujno v naši galaksiji Rimska cesta.

Od takrat je BeppoSAX observatorij, ki ga je izstrelila italijanska vesoljska agencija, ter High Energy Transient Explorer (izstrelila NASA) so bili uporabljeni za odkrivanje GRB. Evropske vesoljske agencije INTEGRAL se je pridružila lovu leta 2002. Pred kratkim je Fermijev teleskop za žarke gama pregledal nebo in zaznamoval sevalce žarkov gama.

Potreba po hitrem odkrivanju GRB je ključna za iskanje visokoenergijskih dogodkov, ki jih povzročajo. Prvič, zelo kratkotrajni dogodki zelo hitro izginejo, zaradi česar je težko ugotoviti vir. Rentgenski sateliti lahko prevzamejo lov (saj je običajno soroden rentgenski izbruh). Da bi astronomom pomagali hitro ugotoviti vir GRB, mreža koordinat izbruhov gama nemudoma pošlje obvestila znanstvenikom in ustanovam, ki sodelujejo pri preučevanju teh izbruhov. Tako lahko takoj načrtujejo nadaljnja opazovanja z uporabo zemeljskih in vesoljskih optičnih, radijskih in rentgenskih observatorijev.

Ko bodo astronomi preučevali več teh izbruhov, bodo bolje razumeli zelo energične dejavnosti, ki jih povzročajo. Vesolje je polno virov GRB, zato nam bo tisto, kar se bodo naučili, povedalo več o visokoenergijskem kozmosu.

Hitra dejstva

• Žarki gama so najbolj energična znana vrsta sevanja. Oddajajo jih zelo energijski objekti in procesi v vesolju.
• Žarke gama je mogoče ustvariti tudi v laboratoriju in ta vrsta sevanja se uporablja v nekaterih medicinskih aplikacijah.
• Astronomija žarkov gama se izvaja s sateliti v orbiti, ki jih lahko zaznajo brez motenj iz Zemljine atmosfere.