الفلك

الكوازارات ورشقات أشعة جاما

الكوازارات ورشقات أشعة جاما


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هل كانت هناك أي دراسة تشير إلى أن كوازارات انفجارات أشعة غاما أكثر قابلية للاكتشاف من مسافات بعيدة في الكون؟

لقد قرأت أن الكوازارات هي أقوى طاقة في الكون ولكن انفجارات أشعة جاما يمكن اكتشافها من مسافات بعيدة. من المنطقي أن يعتقد المرء أنه إذا كانت طاقة كيان ما قابلة للاكتشاف من مسافات أبعد من طاقة كيان آخر ، فسيكون الكيان ذا طاقة أكبر من الآخر.

إنني أتطلع فقط لمعرفة ما إذا كان لدى أي شخص أي مراجع دراسة محددة تشير إلى سبب امتلاك انفجارات الكوازار أو أشعة جاما طاقة أكبر من الأخرى ولشرح السبب ، إذا كان صحيحًا ، يمكن رؤية تلك التي تحتوي على طاقة أقل من مسافات أبعد من تلك التي تحتوي على أكثر طاقة.

أنا لست رجلًا من نوع عالم الفيزياء الفلكية ، لكنني أقوم ببعض القراءة ومشاهدة برامج علمية مختلفة تهمني لأن الكثير لا يزال غير معروف ، لذلك آمل أن يتمكن شخص أكثر دراية بهذا الأمر من الإجابة أو توضيح هذا بالنسبة لي أو إعطائي بعض الإشارات إلى أي شيء يعطي فكرة عن أي من هذا.

أعتذر عن عدم وجود إشارة مباشرة إلى أي قراءات قرأتها والتي تثير هذا السؤال في ذهني ، لكنني أعلم أنني قرأت شيئًا يقول إن انفجار أشعة غاما يمكن اكتشافه من مسافات أبعد من أي كيان طاقة آخر وقد قرأت أيضًا الكوازارات هي أقوى مصادر الطاقة في الكون ، لذلك أنا فقط أبحث عن بعض التوضيح حول هذا الموضوع سواء كان صحيحًا أم خطأ في أي شيء آخر يمكنك تقديمه.


أعتقد أنك ربما تخلط بين "الطاقة" و "القوة" قليلاً هنا. القوة هي معدل إنتاج الطاقة في كل مرة. إذا كانت القوة هي السرعة ، فإن الطاقة هي المسافة المقطوعة.

تبدو النجوم الزائفة مثل النجوم ، من الأرض ، فإنها تعطي ضوءًا ، وعلى الرغم من أنها تختلف قليلاً (أو كثيرًا) ، إلا أنك لا تتوقع أن ترى كواكب جديدة تتشكل أو تتلاشى النجوم الموجودة.

تدوم انفجارات أشعة جاما قصيرة العمر. بينما ينبعث الكوازار المزيد من الطاقة على مدار حياته الطويلة. تعد انفجارات أشعة جاما أكثر قوة. تتشكل في الغالب نتيجة الطاقة المنبعثة في انهيار الجاذبية أثناء فرط نوفا. علاوة على ذلك ، يتم إطلاق هذه الطاقة في شعاع ضيق.

تخيل مقارنة شعاع ليزر بمصباح طاقة مكافئ. إذا كان الليزر يشير إليك مباشرةً ، فإنه يبدو أكثر سطوعًا من اللمبة.

لذا فإن الإجابات:

  • GRB أقوى من النجوم الزائفة ، لكنها تدوم لفترة قصيرة فقط.
  • تشكل GRB شعاع من الإشعاع.
  • لذلك ، إذا كانت GRB و Quasar على بعد مسافة متساوية ، فإن GRB ستبدو أكثر إشراقًا.

قبل قرن من الزمان فقط علمنا من خلال الملاحظات الدقيقة للفلكي إدوين هابل ، أن الكون يمتد إلى ما هو أبعد من مجرتنا درب التبانة. الغيوم الكونية الغامضة ، ثم تصنيفها على أنها "سدم" ، هي في الواقع مجرات مثل مجراتنا. مجموعات مرتبطة جاذبيًا من النجوم والغبار والغاز والمواد المنهارة. في وسط هذه الهياكل يوجد ثقب أسود هائل ، وهو جسم تبلغ كتلته ملايين إلى مليارات المرات من نجمنا ، الشمس. اليوم ، نعلم أن الكوازارات (أشباه النجوم) هي في الحقيقة مجرد مجرات تستهلك المادة في جوهرها بنشاط ، ونطلق عليها اسم "المجرات النشطة". نظرًا لأن معظم المجرات النشطة المعروفة تعود إلى بدايات الكون ، يمكننا التكهن بأن معظم نمو الثقوب السوداء الهائلة في الكون قد حدث منذ فترة طويلة.

انفجارات أشعة جاما ، بفترات متفاوتة ، هي مؤشرات كهرومغناطيسية لتفاعلات نووية مكثفة. يُعتقد أن هذه تتزامن مع أحداث نجمية كبرى مثل الانهيار والانفجار النهائيين بعد استنفاد الوقود النووي (سوبر نوفا أو سوبر نوفا) ، أو تصادم / اندماج النجوم النيوترونية و / أو الثقوب السوداء. وقد شوهدت هذه الظواهر منذ بدايات الكون ، ومن الأمثلة على ذلك GRB 090423 الذي رصدته مهمة Swift.

لذلك ، من حيث الحجم ، قد تستهلك المجرات النشطة في أي مكان ما بين 10 إلى 1000 كتلة شمسية من المادة سنويًا ، بينما قد تمثل GRB حدثًا لمرة واحدة فقط من ثوانٍ إلى ساعات لتحويل المادة ، ولكن معدل هذه المادة التحويل أعلى بكثير. قد يزن النجم النيوتروني ما بين 1 إلى 3 كتل شمسية.

لذلك ، تمت ملاحظة كلتا الظاهرتين بالقرب من بداية الكون ، والتي قُدرت اليوم بحوالي 13.8 مليار سنة.


الكوازارات وانفجارات أشعة جاما - علم الفلك

النجوم الزائفة هي أجسام غريبة تشع قدرًا من الطاقة في الثانية يعادل ألف مجرة ​​أو أكثر ، من منطقة يبلغ قطرها حوالي مليون من قطر المجرة المضيفة. يبدو الأمر كما لو أن محطة طاقة بحجم مصباح يدوي صغير تنتج قدرًا كبيرًا من الضوء مثل جميع المنازل والشركات في حوض لوس أنجلوس بأكمله!

النجوم الزائفة هي مصادر مكثفة للأشعة السينية وكذلك الضوء المرئي. إنها أقوى أنواع مصادر الأشعة السينية التي تم اكتشافها حتى الآن. بعض النجوم الزائفة شديدة السطوع بحيث يمكن رؤيتها على مسافة 12 مليار سنة ضوئية.

تعتمد قوة الكوازار على كتلة ثقبه الأسود الهائل المركزي ومعدل ابتلاعه للمادة. يُعتقد أن جميع المجرات تقريبًا ، بما في ذلك مجرتنا ، تحتوي على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكزها. تمثل النجوم الزائفة الحالات القصوى حيث تتدفق كميات كبيرة من الغاز في الثقب الأسود بسرعة كبيرة بحيث يكون ناتج الطاقة أكبر ألف مرة من المجرة نفسها.

تسمى المجرة ذات الثقب الأسود الفائق الكتلة الأقل نشاطًا بالمجرة النشطة ويسمى ثقبها الأسود "نواة المجرة النشطة" أو AGN. مجرتنا درب التبانة وجارتنا ، مجرة ​​المرأة المسلسلة ، مثالان على المجرات العادية ، حيث يحتوي الثقب الأسود الهائل على كمية قليلة جدًا من الغاز لالتقاطه.

يتم إنتاج الأشعة السينية من الكوازارات والنواة المجرية النشطة عندما يتم تسخين المادة المتساقطة إلى درجات حرارة تصل إلى ملايين الدرجات أثناء دورانها نحو الثقب الأسود الهائل. ومع ذلك ، ليس كل المواد في دوامة الجاذبية محكوم عليها بالسقوط في الثقب الأسود. في العديد من الكوازارات والنواة المجرية النشطة ، يهرب جزء من الغاز في صورة رياح ساخنة تنطلق بعيدًا عن القرص بسرعات تصل إلى عُشر سرعة الضوء.

والأكثر إثارة من ذلك هو النفاثات عالية الطاقة التي تظهرها ملاحظات الراديو والأشعة السينية وهي تنفجر بعيدًا عن بعض الثقوب السوداء الهائلة. تتحرك هذه النفاثات بسرعة الضوء تقريبًا في حزم ضيقة تنطلق من المجرة وتقطع مئات الآلاف من السنين الضوئية.

وفقًا لنظرية شائعة ، فإن النوى المجرية النشطة من النوع 1 والنوع 2 هي نفس الكائنات التي يتم عرضها من زاوية مختلفة. يُفترض أن الثقب الأسود المركزي محاط بسحابة كثيفة من الغاز والغبار على شكل كعكة دائرية. يظهر المصدر مختلفًا ، اعتمادًا على ما إذا كان يُلاحظ من الجانب عبر حافة الكعكة (النوع 2) ، أو من الأعلى عبر الفتحة (النوع 1).

تشرح هذه النظرية العديد من ملاحظات المجرات النشطة ، وقد حظيت بقبول واسع النطاق بين علماء الفلك ، على الرغم من أن الأسئلة لا تزال قائمة. ومن أهم هذه العوامل ما إذا كانت النظرية تنطبق على الكوازارات التي يكون ثقبها الأسود المركزي أكثر نشاطًا بألف مرة على الأقل من النوى المجري النشطة النموذجي. هل يمكن أن توجد سحابة من الغاز لأي فترة زمنية حول ثقب أسود عملاق يولد طاقة بمثل هذا المعدل المذهل؟ أظهرت ملاحظات شاندرا للكوازارات أنها تستطيع ذلك.

تم اكتشاف العديد من المرشحين الأقوياء للنوع 2 أو الكوازارات المحجوبة. هذه الأجسام غير واضحة في الأطوال الموجية الضوئية ، لذلك أدت ملاحظات الأشعة السينية إلى استنتاج مفاده أن عدد الثقوب السوداء العملاقة في الكون أعلى بكثير مما تشير إليه الملاحظات باستخدام التلسكوبات البصرية.


الكوازارات وانفجارات أشعة جاما - علم الفلك


مرصد كومبتون لأشعة جاما
الائتمان: ناسا

تم اكتشاف انفجارات أشعة جاما الكونية (GRBs) بالصدفة في أواخر الستينيات من خلال الأقمار الصناعية المصممة للكشف عن أشعة جاما الناتجة عن اختبارات القنبلة الذرية على الأرض. تظهر GRBs أولاً على شكل وميض لامع من أشعة جاما ، ترتفع وتنخفض في غضون دقائق. غالبًا ما تتبع هذه الانفجارات توهجات في أطوال موجات الأشعة السينية والبصرية والراديو.

تم تحقيق قفزة كبيرة إلى الأمام في فهم مصدر GRBs الكونية عندما تم إطلاق تجربة الانفجار والمصدر العابر (BATSE) على متن مرصد كومبتون لأشعة جاما في عام 1991.

كان لدى BATSE شاشة مراقبة في السماء كانت قادرة على اكتشاف GRB تقريبًا في أي مكان في السماء. على مدى 9 سنوات سجلت BATSE الآلاف من GRBs ، حوالي 1 في اليوم. من بين أمور أخرى ، أظهرت هذه النتائج أن الدفقات حدثت بشكل عشوائي في جميع أنحاء السماء. إذا ارتبطت الدفقات بأشياء في مجرتنا درب التبانة ، فلن تظهر مثل هذا التوزيع الشامل. بدلاً من ذلك ، سوف يتركزون على طول مستوى مجرتنا مثل معظم المواد في مجرة ​​درب التبانة. كانت بيانات BATSE جيدة جدًا لدرجة أنها سمحت لعلماء الفلك أيضًا باستبعاد احتمال أن تكون GRBs قد نشأت في هالة مجرتنا.

في عام 1997 ، تمكن علماء الفلك من استخدام القمر الصناعي Beppo-Sax لتحسين موقع العديد من GRBs من خلال مراقبة توهج الأشعة السينية الخاص بهم. ثم تم استخدام تلسكوب هابل الفضائي والتلسكوبات البصرية الأخرى لدراسة التوهج البصري لـ GRBs وتمكنت من تحديد موقعها بدقة في المجرات على بعد مليارات السنين الضوئية من الأرض. في مثل هذه المسافات البعيدة ، يجب أن تنتج GRB كميات هائلة من الطاقة. بينما هم في ذروتهم ، والتي لا تدوم سوى بضع ثوانٍ ، لديهم طاقة ناتجة مماثلة لتلك الموجودة في جميع المجرات في الكون!

مصدر هذه الطاقة الهائلة غير معروف. طور علماء الفلك نموذجًا & ndash the fireball model & ndash الذي يشرح التباين الزمني للرشقات ، وتحول ذروة الإشعاع إلى خفض الطاقات بشكل تدريجي بشكل معقول. يتضمن النموذج مادة تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء وتصطدم بمواد أخرى في المنطقة المجاورة.

ما هو مصدر هذه المادة سريعة الحركة؟ تشمل النظريات اندماج النجوم النيوترونية ، أو الثقوب السوداء ، أو انهيار نجم ضخم للغاية لإنتاج ما يسمى بالفرط نوفا.

في أحد أشكال هذا النموذج ، يشكل اللب المنهار ثقبًا أسودًا دوارًا. عندما تسقط المواد المحيطة نحو هذا الثقب الأسود ، تقوم الحزم الشديدة من الجسيمات عالية الطاقة والنيوترينوات بإخراج المادة بسرعة تقارب سرعة الضوء. هذه هي المسألة التي تنتج كرة أشعة جاما النارية.

يجب أن تساعد مراصد الأشعة السينية مثل Chandra في حل لغز انفجارات أشعة جاما. من خلال دراسة الوهج اللاحق للأشعة السينية ، يمكنهم قياس كمية الغاز بالقرب من الانفجار ، وتحديد العناصر الموجودة. هذا من شأنه أن يساعد في تحديد النظرية الصحيحة. على سبيل المثال ، تقدم ملاحظة Chandra لـ GRB991216 دليلًا على تحرك سحابة كبيرة غنية بالحديد بعيدًا عن موقع الانفجار. على الرغم من أن هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به ، إلا أن هذه الملاحظة يبدو أنها تدعم نموذج hypernova.


النجوم الزائفة وجاما راي بورسترز - مفاجأة!

مثل الكوازارات ، فإن جاما راي بورسترز (GRB's) هي أجسام ذات انزياح أحمر مرتفع تنبعث منها كميات وفيرة من الإشعاع عالي الطاقة في مراحل انفجارها. تم الإبلاغ مؤخرًا عن ملاحظة مذهلة لا يملك الخبراء تفسيرًا معقولاً لها في Science 1. يُظهر الدليل الجديد 2 أن المجرات التي يُفترض أنها متداخلة هي 4 مرات أكثر انتشارًا على طول خطوط الرؤية بالنسبة إلى GRB مقارنة بالكوازارات.

شكل 1

تمر خطوط الرؤية من GRB عبر 4 أضعاف عدد MgII الممتص للسحب مثل خطوط الرؤية إلى النجوم الزائفة (Q's). تكييف شيلينغ 1.

نظرًا لأنه من المفترض أن تكون الكوازارات و GRB من نفس الانزياح الأحمر على نفس المسافات الكبيرة للغاية ، فإننا نأخذ عينات من طول مسار معين عبر الكون في اتجاهات مختلفة. بعبارة أبسط: إذا كان الاختلاف الوحيد بين أطوال المسار هذه هو أن أطوال مسار GRB تحتوي على سحب أكثر امتصاصًا ثم يجب أن ترتبط جسديًا أجهزة أشعة جاما هذه والسحب الممتصة.

ولكن نظرًا لأن السحب الماصة لها انزياح أحمر منخفض بشكل مختلف ، فقد أصبح لدينا فجأة ارتباط مادي بين أجسام الانزياح الأحمر المرتفع والمنخفض والتي من المفترض أنها كانت على مسافات مختلفة كثيرًا. حيث شهدنا ذلك من قبل؟ ببساطة لمدة 40 عامًا في ارتباط الكوازارات ذات الانزياح الأحمر العالي مع المجرات ذات الانزياح الأحمر المنخفض 3،4.

ما يبدو أننا نراه هنا هو انزياح أحمر جوهري عالي GRB على مسافة أقرب من السحب الممتصة. مكانيًا ، يجب أن تكون GRB على مقربة من المجرات المرتبطة بها (أو سحب المواد الغازية التي تم اقتلاعها في عملية الأحداث المتفجرة). الفرق بين الكوازارات ، والتي ثبت أيضًا أنها أقرب بكثير مما تمليه انزياحها الأحمر التقليدي ، وستكون GRB بعد ذلك هي أن GRB تميل إلى الانفجار بالقرب من و / أو أكثر عنفًا ، وربما تحمل سحبًا غازية من مجراتها الأم مع لهم أو في أعقابهم. من ناحية أخرى ، ستظهر الكوازارات بشكل أكثر نقاءً ، على سبيل المثال ، على طول المحاور الصغيرة لمجراتها المقذوفة 5.

إن المجموعة الكاملة من الكوازارات و GRB مع مجراتها / غازها أقرب بكثير إلى الراصد من انزياحها الأحمر الذي يضعها تقليديًا. سيكون لدينا بعد ذلك مجموعات ومجموعات قريبة من مجموعة من أنواع الكائنات. سيكون لديهم مزيج من الأعمار المختلفة والانزياحات الحمراء الجوهرية المختلفة. هذا ما وجدته الملاحظات. ماذا يمكن أن يكون البديل؟

دعماً لهذا التفسير ، يمكن للمرء أن يستشهد بـ Stocke and Rector في عام 1997 6 بأن كائنات BL Lac بها ماصات MG II زائدة في مجال رؤيتها. النقطة هنا هي أن كائنات BL Lac تشبه أيضًا الكوازارات ولكن مع طبقاتها الخارجية الغازية التي تم تجريدها بعيدًا وفقط السطح الباعث للانبعاث المستمر يمكن ملاحظته طيفيًا. يمكن اعتبارها نتيجة اصطدام مع سحابة غازية وبالتالي باعتبارها مجموعة متنوعة أخرى من الكوازار كما هو الحال في GRB's. كدعم إضافي لهذا التفسير ، لوحظ أن BL Lacs يمكن العثور عليها أقرب في الفصل الزاوي من المجرات الأم النشطة 7.

مراجع:

  1. شيلينج ، جي. 2006 ، هل تصطف انفجارات أشعة جاما دائمًا مع المجرات؟ علم 313 ، 749
  2. Prochter ، و Gabriel E. Prochaska ، و Jason X. Chen ، و Hsiao-Wen et al. 2006 ، حول حدوث ممتصات Mg II القوية على طول خطوط جاما-Ray Burst Sight Lines ، ApJ ، 648L ، 93
  3. Arp، H. 1998، Seeing Red: Redshifts، Cosmology and Academic Science، Apeiron، Montreal Arp، H. 2003، Catalog of Discordant Redshift Association، Apeiron، Montreal
  4. بيربيدج ، ج. 2003 ، مصادر انفجارات أشعة جاما وتواصلها مع QSOs والمجرات النشطة ، ApJ 585 ، 112B
  5. López-Corredoira and Gutiérrez C. 2006، astro-ph 0609514
  6. Stocke، J. and Rector T. 1997 زيادة في Mg II Absorbers في BL Lacertae Objects ApJ 489L، 17
  7. Arp، H. Gutiérrez، C.M López-Corredoira، M. 2004، New Optical Spectra and General Discuss on the Nature of ULX's، A & ampA، 418، 877

على هذا الموقع:

هالتون سي آرب - الموقع الرسمي.

إيصال المعلومات حول المجرات والكوازارات وعلم الكونيات التي لن تكون متاحة عادةً في المجلات المتخصصة أو في وسائل الإعلام العامة.


باستثناء الانفجارات القوية قصيرة العمر المسؤولة عن انفجارات المستعرات الأعظمية ورشقات أشعة جاما ، فإن الكوازارات (أو QSO s) هي ألمع الأجسام في الكون.

يُعتقد أنها تعمل بواسطة ثقوب سوداء فائقة الكتلة (ثقوب سوداء كتلتها تزيد عن مليار كتلة شمسية) والتي تقع في مركز المجرات الضخمة. ومع ذلك ، فإن الثقوب السوداء نفسها لا تصدر ضوءًا مرئيًا أو لاسلكيًا (على سبيل المثال & # 8220black & # 8221) & # 8211 ، يأتي الضوء الذي نراه من الكوازارات من قرص من الغاز والنجوم يسمى قرص التراكم ، والذي يحيط بالثقب الأسود . تنبعث حرارة وضوء شديدان من قرص التراكم هذا ، بسبب الاحتكاك الناتج عن المواد التي تدور حول الثقب الأسود ، وفي النهاية إلى داخله. عادةً ما تكون النجوم الزائفة أكثر إشراقًا من المجرات التي تستضيفها بمائة مرة! تنبعث الكوازارات أيضًا من نفاثات من مناطقها المركزية ، والتي يمكن أن تكون أكبر في المدى من المجرة المضيفة. عندما يتفاعل الكوازار النفاث مع الغاز المحيط بالمجرة ، تنبعث موجات الراديو والتي يمكن رؤيتها على أنها & # 8220radio lobes & # 8221 بواسطة التلسكوبات الراديوية.

على الرغم من أن النجوم الزائفة شديدة السطوع في جوهرها ، لا يمكننا رؤية أي كوازارات في سماء الليل دون استخدام التلسكوب. وذلك لأن أقرب الكوازارات تبعد أكثر من مليار فرسخ فلكي. لذلك تبدو باهتة نسبيًا في السماء على الرغم من لمعانها الكبير.

الكوازارات هي كائنات مضغوطة جدًا & # 8211 الكلمة & # 8220quasar & # 8221 والاختصار & # 8220 QSO & # 8221 هي اختصار & # 8220 quasi-stellar radio source & # 8221 و & # 8220Quasi-stellar object & # 8221 على التوالي ، بسبب مظهرهم & # 8216 star-like & # 8217. تم اكتشاف الكوازارات في الأصل باستخدام التلسكوبات الراديوية في الخمسينيات من القرن الماضي & # 8211 ومن ثم & # 8220r & # 8221 في & # 8220quasar & # 8221. لم يتم اكتشاف نظرائهم البصريين بدقة حتى الستينيات من القرن الماضي وأظهروا أنهم يقعون على مسافات كونية من مجرتنا: ميزات الانبعاث في الطيف البصري للكوازارات حيث تحولت بشكل منهجي نحو النهاية الحمراء للطيف (& # 8220redshifted & # 8221 ) مقارنة بالمكان الذي يجب أن يكذبوا فيه.

تم افتراض العديد من التفسيرات البديلة للانزياح الأحمر المرصود للكوازارات في الستينيات قبل أن يُنسب في النهاية إلى تمدد موجات الضوء أثناء انتقالها إلى الأرض عبر الكون المتوسع. يشار إلى هذا باسم الانزياح الأحمر الكوني. كلما زاد الانزياح الأحمر ، كلما كان الكوازار بعيدًا ، وكلما كان الكوازار بعيدًا ، كلما طالت مدة انتقال الضوء إلى الأرض وكلما نظرنا إلى الوراء في الوقت المناسب عندما نكتشف ضوء الكوازار باستخدام التلسكوبات.

بالإضافة إلى دراسة الكوازارات نفسها ، يستخدم العديد من علماء الفلك الكوازارات كمصادر ضوئية في الخلفية لدراسة المجرات المتداخلة والغاز المنتشر. يشار إلى هذا بـ & # 8220absorption Spectroscopy & # 8221 لأن المادة المتداخلة يتم اكتشافها فقط لأنها تمتص بعض ضوء الكوازار & # 8217s أثناء انتقالها إلى الأرض. تعتبر الكوازارات مثالية لهذا الغرض لأنها مصادر نقطة مضغوطة للغاية (& # 8220quasi-stellar & # 8221) في السماء وهي شديدة السطوع بحيث يمكن رؤيتها من خلال التلسكوبات على مسافات هائلة. في الواقع ، تعتبر الكوازارات من بين أبعد الأشياء المعروفة. لذلك فهي تسمح لعلماء الفلك بدراسة تفاصيل المجرات البعيدة الخافتة للغاية بحيث لا يمكن رؤيتها مباشرة.

يمكن أن يستمر انبعاث الكوازار فقط طالما كان هناك وقود متاح لتشكيل قرص تراكم. يمكن للكوازارات أن تستهلك ما يصل إلى 1000-2000 كتلة شمسية من المواد سنويًا ، ولها عمر نموذجي يتراوح بين 100-1000 مليون سنة. بمجرد استنفاد إمدادات الوقود الخاصة بهم ، سوف يتوقف الكوازار & # 8220 & # 8221 ، تاركًا المجرة المضيفة الأكثر خفوتًا.

اعتبارًا من عام 2007 ، تم التعرف على أكثر من مائة ألف من النجوم الزائفة.

دراسة علم الفلك عبر الإنترنت في جامعة سوينبرن
جميع المواد محفوظة لشركة Swinburne University of Technology باستثناء ما تم تحديده.


الكوازارات وانفجارات أشعة جاما - علم الفلك

تفوقت انفجارات أشعة جاما والأشعة السينية والأضواء اللاحقة لها على النجوم الزائفة باعتبارها أبعد مجسات الكون المبكر ، وفقًا لحسابات جديدة أجراها علماء الفلك في شيكاغو.

وصف دون لامب جونيور ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية ، الآثار الكونية لانفجارات أشعة جاما يوم الجمعة 22 أكتوبر ، في ندوة هانتسفيل الدولية الخامسة حول انفجارات أشعة جاما في هنتسفيل ، ألا. اعتمد المؤلف دانيال ريتشارت ، وهو طالب دراسات عليا في شيكاغو ، على النتائج التي نشرها الشهر الماضي شرينيفاس كولكارني وجوشوا بلوم من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا فيما يتعلق بالأصول المحتملة لانفجارات أشعة غاما.

& # 147 قد تكون انفجارات أشعة جاما منارات تومض لنا رسائل حول الكون المبكر ، & # 148 لامب قال. يستغرق الضوء من النجوم الزائفة مليارات السنين للوصول إلى الأرض ، ولكن يبدو أن انفجارات أشعة جاما تعود إلى أبعد من ذلك. وقال إنه إذا كانت مثل هذه الانفجارات موجودة بالفعل خارج نطاق الكوازارات ، فإن القمر الصناعي ناسا و # 146s High Energy Transient Explorer-2 ، المقرر إطلاقه في 23 يناير ، ومهمة Swift التي تم الإعلان عنها مؤخرًا في عام 2003 يجب أن تكون قادرة على اكتشافها.

قال لامب إن الكشف عن انفجارات أشعة غاما الأبعد يمكن أن يوفر ثروة من البيانات الكونية ، بما في ذلك اللمحة الأولى عن تشكل النجوم في الكون.

ظل أصل هذه الانفجارات لغزًا منذ اكتشافها قبل أكثر من 30 عامًا. تحدث الانفجارات يوميًا تقريبًا وتلمع على الأقل مليار مرة أكثر من أي ظاهرة أخرى في الكون ، بما في ذلك الكوازارات. تدوم الدفقات في أي مكان من بضعة أجزاء من الألف من الثانية إلى عدة دقائق ، ثم تختفي إلى الأبد. ويتبع الدفقات شفق ، والتي يمكن رؤيتها في الأشعة السينية وأطوال الموجات الضوئية لبضع ساعات أو أيام.

قدم كولكارني وبلوم أدلة في عدد 29 سبتمبر من مجلة نيتشر تشير إلى أن انفجارات أشعة غاما طويلة الأمد تنتج عن المستعرات الأعظمية ، والانفجارات الناتجة في هذه الحالات عن طريق انهيار النجوم بمقدار 20 إلى 30 مرة أكبر من الشمس. اعتمد عملهم على دراسة انفجار أشعة جاما التي حدثت في 26 مارس 1998.

عمل كل من Kulkarni و Bloom & # 146s في وقت سابق من هذا العام أقنع Lamb بأن انفجارات أشعة جاما الأطول تنشأ من مخاض موت النجوم الضخمة. تم تعيين مجموعة البحث النظري Lamb & # 146s للعمل على المشكلة. في غضون أسابيع ، أكد Reichart اكتشاف Caltech ببيانات أكثر دقة من انفجار تم اكتشافه في 28 فبراير 1997. وقد أبلغ عن نتائجه في العدد الأخير من مجلة الفيزياء الفلكية. كانت قياسات الاندفاع و # 146s متوافقة تمامًا مع نموذج يتنبأ بأن انفجارات أشعة جاما تنتج بعد انهيار نجم هائل ، مما أدى إلى تكوين ثقب أسود.

اعتبر علماء الفلك في السابق أن الكوازارات هي أبعد الأجسام في الكون. يُعتقد أن أبعد الكوازارات هي بذور المجرات الفتية ، والتي تشكلت عند انزياح أحمر قدره 5. والانزياح الأحمر هو مقياس للمسافة السماوية. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، زاد بُعد الكائن.

انزياح أحمر بمقدار 5 يقابل مسافة 13 مليار سنة ضوئية ، عندما كان الكون 7٪ من عمره الحالي. لكن لامب وريتشارت قد حسبا أن انفجارات أشعة جاما يجب أن تكون نظريًا مرئية للانزياح الأحمر بمقدار 20 ، عندما كان عمر الكون مائة مليون سنة فقط ، أو ما يقرب من 1 في المائة من عمره الحالي. بالإضافة إلى انزياح أحمر بمقدار 20 ، يعتقد علماء الفلك أنه لا توجد نجوم تتشكل أو تنهار لتنتج دفقات من أشعة جاما.

تحتوي التوهجات الضوئية التي تتبع الدفقات على معلومات حيوية عن الكون المبكر.

& # 147 من خلال النظر إلى طيف هذه الإنفجارات الساطعة للغاية ، يمكننا أن ننظر إلى الهيكل الواسع النطاق للكون مرة أخرى إلى الانزياحات الحمراء من 10 أو 20 ، & # 148 لامب أوضح. تقدم نظريات كونية مختلفة تنبؤات محددة حول كيف يجب أن تتشكل البنية في الكون وتتطور أولاً ، بالإضافة إلى الشكل الذي ستبدو عليه. & # 147 لم تكن هناك طريقة يمكن تصورها للتحقق من هذا التكوين والتطور. انفجارات أشعة جاما ، إذا كانت تنتج عن النجوم الضخمة ، فستكون المسبار للقيام بذلك. & # 148

قال ريتشارت إنه يتوقع ثورة صغيرة على الأقل في مجال انفجارات أشعة جاما بعد الإطلاق الناجح لـ HETE-2 في يناير. حدث نفس الشيء عندما اكتشف القمر الصناعي الإيطالي الهولندي BeppoSax الشفق اللاحق في عام 1997. لكن BeppoSax لم يكن مصممًا للبحث عن الشفق اللاحق ، ويجب على العلماء الانتظار ثماني ساعات أو أكثر لإجراء ملاحظات متابعة. حتى مع ذلك ، لا يمكنهم القيام بذلك إلا إذا كان لديهم إمكانية الوصول إلى التلسكوبات القوية.

على النقيض من ذلك ، سيسمح HETE-2 للعلماء باستخدام تلسكوبات بصرية متواضعة الحجم لمشاهدة الشفق اللاحق بعد خمس أو 10 ثوانٍ فقط من حدوث الانفجار.

& # 147 كل أنواع الأشياء ستحدث ، أشياء يمكننا & # 146t ربما توقعها ، & # 148 Reichart قال.


الكوازارات وانفجارات أشعة جاما - علم الفلك

(يتم توزيع موجز ناسا التعليمي التالي ، بعنوان "مرصد أشعة جاما" EB-102 / 1-91 ، من قبل مقر ناسا ، واشنطن العاصمة)

مرصد أشعة جاما

يتعامل علم الفلك مع الأسئلة التي نطرحها نحن البشر عن أنفسنا ومكاننا في الكون. من خلال علم الفلك ، نسعى لمعرفة كيف بدأ الكون ، وكيف تطور إلى حالته الحالية ، وكيف سيتغير في المستقبل. في هذه العملية ، نتعرف أيضًا على أصولنا وأصل كوكبنا. من خلال فهم أفضل لمكاننا في الكون ، يمكننا أن نأمل في تقدير جمال وهشاشة أرضنا وأنواعنا.

بالنسبة لمعظم تاريخ البشرية ، كنا مقيدين في دراستنا للكون بسبب بصرنا والغلاف الجوي للأرض. نظرًا لأن الضوء المرئي الذي يمكن أن تراه أعيننا يمثل جزءًا صغيرًا فقط من الطيف الكهرومغناطيسي الكامل ، فإن دراسة الكون في الضوء المرئي تشبه إلى حد ما دراسة تاريخ البشرية من خلال التركيز على قرن واحد فقط. فقط من خلال توسيع نطاق رؤيتنا إلى أطوال موجية غير مرئية من الضوء - الراديو والميكرويف والأشعة تحت الحمراء (المرئية) والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما - يمكننا أن نأمل في الحصول على صورة كاملة لكوننا.

فقط الضوء من الأجزاء المرئية والراديوية من الطيف الكهرومغناطيسي ، بالإضافة إلى بعض النطاقات المختارة من ضوء الأشعة تحت الحمراء ، يمكنها اختراق الغلاف الجوي للأرض للوصول إلى الأرض. ولدراسة الكون بأطوال موجية أخرى ، وللتغلب على تشويه الغلاف الجوي للضوء المرئي ، وُلد مجال علم الفلك الفضائي ، حيث يتم نقل التلسكوبات والأدوات إلى ما وراء الحدود التي يفرضها غلافنا الجوي. منذ بداياته قبل أكثر من 30 عامًا ، أحدث علم الفلك الفضائي ثورة في فهمنا للكون ، مما مكننا من اكتشاف العشرات من الأنواع الجديدة من الأشياء التي لا يمكن رؤيتها في الدراسات المقيدة بالضوء المرئي.

مرصد أشعة جاما (GRO) هو أداة فضائية مصممة لدراسة الكون في شكل غير مرئي عالي الطاقة من الضوء يُعرف باسم أشعة جاما. على الرغم من أن مجموعة متنوعة من الأقمار الصناعية الصغيرة والبالونات عالية الارتفاع قد حملت أدوات لدراسة الكون في ضوء أشعة جاما خلال الثلاثين عامًا الماضية ، فإن GRO يمثل تحسنًا كبيرًا في الحساسية (القدرة على اكتشاف المصادر الباهتة) ، النطاق الطيفي (القدرة لاكتشاف أشعة جاما للعديد من الطاقات المختلفة) ، والدقة (القدرة على تحديد الاتجاه الذي تنشأ منه أشعة جاما المكتشفة).

إن GRO هو الثاني من بين أربعة مراصد عظيمة تقوم ناسا ببنائها لدراسة الكون عبر الطيف الكهرومغناطيسي. تم إطلاق أول تلسكوب هابل الفضائي في عام 1990 وهو يدرس بشكل أساسي الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية. المرصدان العظيمان الثالث والرابع ، اللذان سيكشفان عن الأشعة السينية والأشعة تحت الحمراء ، على التوالي ، مخطط لهما في وقت لاحق من هذا العقد.

المركبة الفضائية لمرصد أشعة جاما

يزن أكثر من 15 طنًا متريًا (35000 رطل) ، وهو GRO ، الذي يحمل أربعة أجهزة متميزة للكشف عن أشعة جاما ، سيكون أثقل قمر صناعي أطلقه مكوك الفضاء إلى مدار أرضي منخفض. تعتبر الكتل الكبيرة لأدواتها ضرورية للتأكد من أننا نكتشف عددًا كبيرًا من الفوتونات ، في فترة زمنية معقولة ، لأن أعداد أشعة غاما القادمة من معظم المصادر السماوية صغيرة. سوف يدور GRO حول الأرض كل 93 دقيقة ، على ارتفاع 450 كيلومترًا ، وهو مصمم للعمل لمدة لا تقل عن عامين.

أشعة جاما هي شكل من أشكال الضوء لا يمكن رؤيته بالعين البشرية. تتمتع أشعة جاما بأعلى طاقات (وبالتالي ، أعلى ترددات وأقصر أطوال موجية) من أي نوع من أنواع الإشعاع الضوئي. نظرًا لأن العمليات عالية الطاقة تميل إلى إنتاج إشعاع عالي الطاقة ، فإن أشعة جاما تنبعث من بعض الهياكل الأكثر غرابة في عالمنا - النجوم المتفجرة (المستعرات الأعظمية) والنجوم النيوترونية والثقوب السوداء والكوازارات. توفر لنا دراسة أشعة جاما نافذة على الأعمال الداخلية لهذه الأشياء الرائعة وغيرها ، مما يوفر رؤى لا يمكن تحقيقها من دراسة أي شكل آخر من أشكال الإشعاع.

مثلما نعلم أن هناك أصواتًا لا يمكننا سماعها (على سبيل المثال ، لا يمكننا سماع صوت صافرة الكلب) ، فهناك العديد من أشكال الضوء التي لا يمكننا رؤيتها. في الواقع ، الضوء المرئي الذي يمكن أن تراه أعيننا ليس سوى جزء صغير جدًا من الطيف الكهرومغناطيسي الكامل. على الرغم من أن جميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي * تنتقل عبر الفضاء بنفس السرعة ، إلا أنها فردية

أجزاء "من الضوء (تسمى الفوتونات) تختلف عن بعضها البعض في الطول الموجي والتردد والطاقة. عند دراسة أشعة جاما ، يفضل علماء الفلك التفكير من حيث طاقة الإشعاع ، والتي يقيسونها بوحدات تسمى إلكترون فولت ، والمختصرة eV (إن eV هو وحدة قياسية للطاقة في العلوم.)

* يشير مصطلح "الإشعاع" ببساطة إلى أي شكل من أشكال الطاقة أو الجسيمات التي تنتقل عبر الفضاء. وبالتالي ، فليس كل الإشعاع خطيرًا ، فحتى الضوء المرئي الذي نراه هو أحد أشكال الإشعاع!

ماذا نأمل أن نتعلم من خلال دراسة الكون في ضوء أشعة جاما؟

يكشف كل جزء من الطيف الكهرومغناطيسي عن رؤية فريدة للكون ، مما يوفر معلومات غير متوفرة من أجزاء أخرى من الطيف. تعتبر أشعة جاما مهمة بشكل خاص لفحص الأجسام النادرة والديناميكية التي تولد مجالات طاقة مكثفة.

على وجه الخصوص ، ستمكننا GRO من دراسة أشعة جاما الناتجة عن (l) التوهجات الشمسية ، والانفجارات القوية على سطح الشمس والتي يمكن أن تؤثر علينا مباشرة على الأرض (2) التفاعلات النووية في المستعرات الأعظمية (انفجارات النجوم) (3) اضمحلال النوى المشعة في الفضاء بين النجوم (4) تفاعل الجسيمات عالية الطاقة ، المسماة بالأشعة الكونية ، مع المواد البينجمية (5) تفاعلات نشطة ، بعضها ينطوي على إنتاج وإبادة المادة والمادة المضادة ، بالقرب من النجوم النيوترونية (بما في ذلك النجوم النابضة سريعة الدوران) والثقوب السوداء (6) تفاعلات نشطة في نوى المجرات ، بما في ذلك تلك الموجودة في النجوم الزائفة البعيدة القوية بشكل لا يصدق و (7) مفجرات أشعة غاما الغامضة ، وهي أشياء لا نعرف عنها سوى القليل مما يمكنها إنتاجه ، لفترات زمنية قصيرة جدًا ، نفس القدر من طاقة أشعة جاما مثل تريليونات التوهجات الشمسية.

أشعة جاما من مضاد في الفضاء

E = mc2 (E = الطاقة م = الكتلة ج = سرعة الضوء)

تخبرنا صيغة أينشتاين الشهيرة ، التي أعلنها في نظريته النسبية ، أن الكتلة هي ببساطة شكل واحد من أشكال الطاقة. نحن نعلم اليوم أنه في ظل ظروف معينة ، يمكن تحويل الكتلة إلى أشكال أخرى من الطاقة ، والعكس صحيح. يعد الانشطار النووي (مصدر الطاقة لمحطات الطاقة النووية) والاندماج النووي (مصدر الطاقة للشمس) أمثلة شائعة للعمليات التي تحول كميات صغيرة من الكتلة إلى طاقة. في ظل ظروف الطاقة القصوى ، يمكن أن "تظهر" كميات ضئيلة من الكتلة إلى الوجود ببساطة. هذا هو الحال في مسرعات الجسيمات العملاقة التي بناها الفيزيائيون ، وحول العديد من الهياكل الكونية الغريبة. عندما يتم إنتاج الكتلة ، فإنها تأتي دائمًا في أزواج من الجسيمات: جسيم واحد من المادة والآخر من المادة المضادة. كل جسيم وجسيمه المضاد متطابقان باستثناء بعض الخصائص الفيزيائية ، مثل الشحنة الكهربائية ، متطابقة تمامًا. عادةً لا تدوم المادة المضادة طويلاً بمجرد أن يلتقي الجسيم المضاد بجسيم المادة المقابل ، فيبيد الزوجان بشكل متبادل ، ويحولان كتلتهما إلى أشعة غاما يمكن اكتشافها بواسطة GRO.

على الرغم من ندرة أشعة جاما ، فإن منتجيها الغريبين مرتبطون ارتباطًا وثيقًا بوجودنا. على سبيل المثال ، تساعدنا ملاحظات أشعة جاما على تأكيد الاعتقاد بأن جميع العناصر التي يتكون منها كوكبنا (باستثناء الهيدروجين والهيليوم) قد تم إنتاجها بواسطة النجوم التي ماتت في المستعرات الأعظمية. As another example, by studying the highest energy processes occurring in our universe, we may learn much more not only about the structures that emit these gamma rays, but also about the processes that may have taken place shortly after the universe began in the energetic Big Bang, some 10 to 20 billion years ago. Thus, our study of the gamma-ray universe promises to teach us much about our own origins.

How Do We Detect Gamma Rays?

Astronomers seeking to study the gamma-ray universe are faced with two major difficulties. First, gamma rays do not penetrate Earth's atmosphere, and therefore cannot easily be studied from the ground. GRO will overcome this difficulty by its location above our atmosphere, in Earth orbit. Second, because of their high energies, gamma rays cannot be reflected or focused like other forms of light. Thus, although the instruments of GRO are essentially telescopes for seeing gamma-ray light, they do not look at all like ordinary telescopes. Instead, the GRO instruments observe gamma rays indirectly, by monitoring flashes of visible light, called scintillations, that occur when gamma rays strike the detectors (made of liquid or crystal materials) built into the instruments.

The Gamma Ray Observatory Spacecraft

The gamma rays emitted from celestial objects span a wide range of energies the most energetic gamma rays to be studied by GRO have energies some 1 million times greater than the weakest. This is a far greater range in energy than that spanned by visible light, and no single instrument yet devised can detect gamma rays throughout this range. GRO carries four distinct instruments that together span the gamma-ray range from about 20,000 to 30 billion eV. (An electron volt is the energy gained by one electron when accelerated through an electric potential of one volt.) Each of the four instruments has a unique design, and is specialized for particular types of observations:

The Burst and Transient Source Experiment (BATSE) is designed to search the sky for "bursts" of gamma rays that may occur unexpectedly from any direction. BATSE consists of eight identical detectors, located at each vertex of the spacecraft, to give it a very wide field of view (i.e., it can study a large part of the sky simultaneously), and it can measure rapid changes in the intensity of gamma-ray light. BATSE works in the low-energy part of the gamma ray range (20,000 to 2 million eV) in which bursts are expected. Once BATSE discovers a burst of gamma rays, it can signal the other three instruments to study the source in more detail.

The Oriented Scintillation Spectrometer Experiment (OSSE) also is optimized to low-energy gamma rays (100,000 to 10 million eV), but can obtain higher quality spectra than BATSE. One function of OSSE will be to respond to signals discovered by BATSE, allowing their sources to be studied in further detail. Of particular importance, OSSE is sensitive to the spectral line produced (at 511,000 eV) when an electron and its antimatter counterpart, the positron, collide and mutually annihilate each other. Because antimatter production and annihilation is an important process near neutron stars (and pulsars) and black holes, study of this line can provide valuable insights into these bizarre structures.

The Imaging Compton Telescope (COMPTEL) is designed for observations at moderate gamma-ray energies (l to 30 million eV). Because COMPTEL has a wide field of view (though not as wide as BATSE) and can accurately locate gamma ray sources, one of its primary functions will be to produce a detailed map of the sky as seen in moderate gamma rays. It is expected that this survey will reveal many new sources of gamma ray emissions.

The Energetic Gamma Ray Experiment Telescope (EGRET) detects high-energy gamma rays (20 million to 30 billion eV). One of its primary missions will be to generate a map of the sky as seen in high-energy gamma rays, complementing the map produced by COMPTEL. Another will be to discover and monitor gamma-ray emissions from pulsars.

Ask your students to look up any or all of the following terms. Some of the terms, in themselves, would make suitable topics for research papers.

antimatter, astronomy, black hole, cosmic rays, detectors, electromagnetic spectrum, electron-volt, energy, frequency, gamma-ray bursters, gamma rays, Great Observatories, neutron star, nuclear fission, nuclear fusion, particle accelerators, positron, pulsar, quasars, radiation, relativity (theory), resolution, scintillation, sensitivity, space astronomy, spectral range, supernova, wavelength

1. Discuss the advantages of space astronomy and the difficulties of working with orbiting observatories. In considering the advantages, remember that many students mistakenly believe that observatories in Earth orbit are "closer to the stars." In fact, the altitude of orbiting spacecraft is negligible even in comparison with distances in our own solar system. The orbital altitude of GRO, 450 km, is only about the distance between Washington, D.C. and New York City. (Orbiting observatories are advantageous simply because they are not affected by our atmosphere.) Difficulties to consider include: cost impacts by meteors or orbiting space debris maintenance or repair of facilities and pointing telescopes accurately without a foundation on solid ground.

2. Discuss how the need for studying light from across the electromagnetic spectrum is similar to our need to use all of our senses to understand our surroundings. You might ask your students to try observing the happenings around them using only their sense of smell, hearing, sight, etc. What difficulties would be presented? How does this relate to the problems facing astronomers?

3. High energy radiation, X-rays and gamma rays, are used today in medical research as well as in other technical fields. Ask some of your students to do a research paper about the uses of this radiation in a field other than astronomy.

4. To develop our understanding of cosmology (the origin and evolution of the universe), high-energy astronomy is used hand-in-hand with subatomic physics. Physicists use giant particle accelerators to probe the universe at minute scales, producing new particles, including antimatter particles, in the process. Ask some of your students to write research papers about particle accelerators, or about how the study of subatomic physics is linked with high-energy astronomy and cosmology.

Bibliography 1. "The Great Annihilator," G. Taubes, DISCOVER, June 1990, pp. 68-72.

2. "Gamma-Ray Bursts," SCIENTIFIC AMERICA, May 1989, p. 26.

3. "Gamma-Ray Observatory to Study Celestial Forces that Shaped the Universe," B.A. Smith, AVATION WEEK AND SPACE TECHNOLOGY, May 5, 1990, pp. 70-73.

4. "Seeking the Origins of Cosmic Rays," D.H. Smith, SKY AND TELESCOPE, May 1990, pp. 479-484.

5. NATIONAL GEOGRAPHIC PICTURE ATLAS OF OUR UNIVERSE, R.A. Galant, National Geographic Society, Washington, D.C., 1986, pp. 284.

6. "The Great Supernova of 1987," S. Woosley and T. Weaver, SCIENTIFIC AMERICAN, August 1989, pp. 32-40.

7. "Supernovae," H.A. Bethe, PHYSICS TODAY, September 1990, pp. 24-27.

8. "What are Gamma-Ray Bursters?," K Hurley, SKY AND TELESCOPE, August 1990, pp. 143-147.


Short-Duration Gamma-Ray Bursts: Colliding Stellar Corpses

What about the shorter gamma-ray bursts? The gamma-ray emission from these events lasts less than 2 seconds, and in some cases may last only milliseconds—an amazingly short time. Such a timescale is difficult to achieve if they are produced in the same way as long-duration gamma-ray bursts, since the collapse of the stellar interior onto the black hole should take at least a few seconds.

Astronomers looked fruitlessly for afterglows from short-duration gamma-ray bursts found by BeppoSAX and other satellites. Evidently, the afterglows fade away too quickly. Fast-responding visible-light telescopes like ROTSE were not helpful either: no matter how fast these telescopes responded, the bursts were not bright enough at visible wavelengths to be detected by these small telescopes.

Once again, it took a new satellite to clear up the mystery. In this case, it was the Swift Gamma-Ray Burst Satellite, launched in 2004 by a collaboration between NASA and the Italian and UK space agencies (Figure 5). The design of Swift is similar to that of BeppoSAX. ومع ذلك، Swift is much more agile and flexible: after a gamma-ray burst occurs, the X-ray and UV telescopes can be repointed automatically within a few minutes (rather than a few hours). Thus, astronomers can observe the afterglow much earlier, when it is expected to be much brighter. Furthermore, the X-ray telescope is far more sensitive and can provide positions that are 30 times more precise than those provided by BeppoSAX, allowing bursts to be identified even without visible-light or radio observations.

Figure 5: Artist’s Illustration of Swift. The US/UK/Italian spacecraft Swift contains on-board gamma-ray, X-ray, and ultraviolet detectors, and has the ability to automatically reorient itself to a gamma-ray burst detected by the gamma-ray instrument. Since its launch in 2005, Swift has detected and observed over a thousand bursts, including dozens of short-duration bursts. (credit: NASA, Spectrum Astro)

On May 9, 2005, Swift detected a flash of gamma rays lasting 0.13 seconds in duration, originating from the constellation Coma Berenices. Remarkably, the galaxy at the X-ray position looked completely different from any galaxy in which a long-duration burst had been seen to occur. The afterglow originated from the halo of a giant elliptical galaxy 2.7 billion light-years away, with no signs of any young, massive stars in its spectrum. Furthermore, no supernova was ever detected after the burst, despite extensive searching.

What could produce a burst less than a second long, originating from a region with no star formation? The leading model involves the merger of two compact stellar corpses: two neutron stars, or perhaps a النجم النيوتروني and a ثقب أسود. Since many stars come in binary or multiple systems, it’s possible to have systems where two such star corpses orbit one another. According to general relativity (which will be discussed in Black Holes and Curved Spacetime), the orbits of a binary star system composed of such objects should slowly decay with time, eventually (after millions or billions of years) causing the two objects to slam together in a violent but brief explosion. Because the decay of the binary orbit is so slow, we would expect more of these mergers to occur in old galaxies in which star formation has long since stopped.

While it was impossible to be sure of this model based on only a single event (it is possible this burst actually came from a background galaxy and lined up with the giant elliptical only by chance), several dozen more short-duration gamma-ray bursts have since been located by Swift, many of which also originate from galaxies with very low star-formation rates. This has given astronomers greater confidence that this model is the correct one. Still, to be fully convinced, astronomers are searching for a “smoking gun” signature for the merger of two ultra-dense stellar remnants.

There are two examples we can think of that would provide more direct evidence. One is a very special kind of explosion, produced when neutrons stripped from the neutron stars during the violent final phase of the merger fuse together into heavy elements and then release heat due to radioactivity, producing a short-lived but red supernova sometimes called a kilonova. (The term is used because it is about a thousand times brighter than an ordinary nova, but not quite as “super” as a traditional supernova.) Hubble observations of one short-duration gamma-ray burst in 2013 show suggestive evidence of such a signature, but need to be confirmed by future observations.

The second “smoking gun” has been even more exciting to see: the detection of gravitational waves. As will be discussed in Black Holes and Curved Spacetime, gravitational waves are ripples in the fabric of spacetime that general relativity predicts should be produced by the acceleration of extremely massive and dense objects—such as two neutron stars or black holes spiraling toward each other and colliding. The first example of gravitational waves has been observed recently from the merger of two large black holes. If a gravitational wave is observed one day to be coincident in time and space with a gamma-ray burst, this will not only confirm our theories of the origin of short gamma-ray bursts but would also be among the most spectacular demonstrations yet of Einstein’s theory of general relativity.


Apparent Concentrations of Galaxies Puzzles Astronomers

New observations of galaxies reveal perplexing concentrations in certain directions, astronomers said today.

Galaxies along the sight-lines toward distant explosive gamma-ray bursts appear to be four times as abundant as in the directions of quasars.

Gamma-ray bursts are massive eruptions of dying stars. Quasars are constantly bright objects are thought to involve supermassive black holes surrounded by developing galaxies.

There is no known reason why foreground galaxies should have any association with these background light sources, researchers said.

"The result contradicts our basic concepts of cosmology, and we are struggling to explain it," said Jason X. Prochaska, associate professor of astronomy and astrophysics at the University of California, Santa Cruz.

The findings are being debated and the end result could involve an oddity of observations rather than anything unusual about the universe.

Prochaska and graduate student Gabriel Prochter led the survey, which used data from NASA's Swift satellite to obtain observations of the transient, bright afterglows of long-duration gamma-ray bursts (GRBs). They described their findings in a paper submitted for publication in رسائل مجلة الفيزياء الفلكية. It has yet to be published but a version posted online is being debated.

The survey involved finding galaxies that can't necessarily be seen by conventional observations.

When light from a gamma-ray burst or a quasar passes through a foreground galaxy, the absorption of certain wavelengths of light by gas associated with the closer galaxy creates a characteristic signature in the spectrum of light from the distant object. This provides a marker for the presence of a galaxy in front of the object, even if the galaxy itself is too faint to observe directly.

Prochter and Prochaska analyzed 15 gamma-ray bursts and found evidence for galaxies in front of 14 of them. Previous analysis of extensive quasar data from the Sloan Digital Sky Survey yielded far fewer intervening galaxies.

The probability that the results are a statistical fluke is less than about one in 10,000, Prochaska said.

Clearly, however, something is going on.

The researchers put forth three possibilities:

  • Dust could obscure some quasars from even being seen, which would mean there are more quasars with dusty galaxies in front of them but they have not been found.
  • The apparent signatures of galaxies in front of gamma-ray bursts might instead be signs of gas emitted by the bursts themselves.
  • An intervening galaxy might act as a gravitational lens, enhancing the brightness of the background object, and perhaps this effect is somehow different for bursts than for quasars.

But none of these possible solutions are likely, the researchers say.

"A lot of people have been scratching their heads, and most hope that it goes away," Prochaska said. "The GRB sample is small, so we would like to triple or quadruple the number in our analysis. That should happen during Swift's extended mission, but it will take time."


There are great observatories – and then there are “Great Observatories,” a title given to four space telescopes launched in the 1990s/early 2000s, each studying a different wavelength of light. The Hubble Space Telescope, primarily looking at visible light, you are likely familiar with it was the first launched and just celebrated its 25th birthday. The Spitzer Space Telescope is going on 13 years of infrared observations. The Chandra X-ray Observatory, launched in 1999 by the Space Shuttle Columbia, is still looking at X-rays. And then there is the Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), which also just passed the 25th anniversary of its launch.

CGRO was launched aboard the Space Shuttle Atlantis (STS-37) on April 5, 1991. At 17 tons, it was the heaviest scientific payload flown. Two days later, the observatory was set for deployment from the shuttle payload bay when the high-gain antenna became stuck. In an unscheduled space walk, astronauts Jay Apt and Jerry Ross were able to pull on the antenna with sufficient force to free it and the observatory was successfully deployed.

CGRO being deployed via space shuttle Atlantis. الائتمان: ناسا

CGRO primarily made gamma-ray observations, with some X-ray capability. It had four main telescopes, and flew for 9 years. We thought we would catch up with two scientists involved with the mission, both of whom work here at NASA Goddard, to talk a bit about the scientific legacy of this important mission. Dr. Neil Gehrels was the Project Scientist for CGRO, and Dr. David Thompson was involved with the satellite’s EGRET instrument.

Blueshift: What were the mission science goals for CGRO? What did scientists hope to learn with it?

Thompson: The first goal of CGRO was to map for the first time the entire sky over a broad range of gamma-ray energies. As the most energetic form of light, gamma rays were expected to reveal information about some of the most energetic phenomena in the universe, including gamma-ray bursts, supernovae, galactic structure and dynamics, pulsars, quasars, and black holes. This is a summary from the pre-launch NASA Facts document.

Gehrels: CGRO is one of the four NASA Great Observatories to explore the universe across the electromagnetic spectrum: infrared (Spitzer), visible (Hubble), X-rays (Chandra) and gamma rays (Compton). It performed the first sensitive surveys of the sky in gamma ray light. Scientists were very excited to learn what was out there in gamma rays.

Blueshift: What role did you have with the mission?

Thompson: I was one of the scientists who designed, built, tested, and used the data from the Energetic Gamma-Ray Experiment Telescope (EGRET), the one of the four CGRO instruments that observed the most energetic gamma rays. Before the mission started, I was one of the scientists who helped convince NASA that the science from CGRO would be exciting enough that the satellite should be built. That meant giving talks to a number of NASA panels, including the NASA Administrator, as well as a visit to the Office of Management and Budget to try to persuade the financial side of government that this was a project worth funding.

David Thompson (right) and fellow CGRO scientist Robert Hartman reviewing some 1993 EGRET results in the EGRET data analysis room at NASA Goddard Space Flight Center.

Gehrels: I was the Project Scientist for the mission from the time of its launch in 1991 through to the de-orbit maneuver in 2000. Prior to me Dr. Don Kniffen led the mission as Project Scientist from its inception until the launch when he retired. It was a thrill to oversee the science of the mission and the science teams. There were new discoveries every week. I worked with the program scientists at NASA Headquarters to organize press conferences, support the science teams for each of the 4 instrument to analyze and publish their data, and give many presentations on the mission science at conferences and universities.

Blueshift: Can you tell us about a particularly memorable experience working on CGRO?

Thompson: Aside from making scientific discoveries with EGRET, I most remember my interactions with the astronaut crew who were responsible for putting CGRO in orbit. I did a couple of science briefings for the crew, and I was really impressed with their enthusiasm for the mission, not only because it was going to be the heaviest astrophysics payload the Shutttle had ever carried, but also because they were excited to be a part of a mission that they knew would make important scientific advances.

Astronaut Jerry Ross during the first EVA CGRO in the background. الائتمان: ناسا

Gehrels: When the BATSE team found that gamma-ray bursts were occurring uniformly across the sky, scientists were initially unsure if this meant that they were caused by exploding stars in distant galaxies or star-quakes on neutron stars in the halo of our own Milky Way galaxy. We organized debates and data challenges to find the answer. Eventually it became clear that that the correct answer was exploding stars.

In 1995, astronomers held an event to debate the scientific evidence about the distance to gamma-ray bursts. At the time, it was unclear whether they originated in our galaxy or beyond. At the debate, scientists were given a set of badges so that they could display which side of the debate they were on – galactic, cosmological or other.

Blueshift: What do you consider to be the most exciting or important discovery that came from CGRO?

Thompson: I think most of us would agree there were two standout discoveries. The first was the finding by the Burst and Transient Source Experiment (BATSE) that the mysterious gamma-ray bursts were coming uniformly from all directions in the sky, implying that they were probably from very distant sources. The second was our EGRET discovery that the gamma-ray sky was filled with blazars, a type of quasar (an object powered by a black hole millions to billions times the mass of our sun) with a jet of subatomic particles shooting out in our direction at nearly the speed of light. This was a completely unexpected result.

Gehrels: I agree with Dave Thompson that the highlight discoveries of the mission were the uniform distribution of gamma-ray bursts and gamma-ray blazars. Two other amazing results were the beautiful maps of radioactivity in the Milky Way by COMPEL and antimatter from the center of the Milky Way by OSSE. The COMPTEL map was of a gamma-ray line from the decay of the isotope 26-Al produced in supernova explosions. The map showed where supernovae had exploded over the past million years. The OSSE map was of a gamma-ray line from the annihilation of positron antimatter. It showed where positrons were produced in supernovae and pulsars near the center of the Galaxy. Positrons are the antiparticle of elections and produce gamma-rays when they annihilated with elections in the region.

When CGRO launched, most astronomers thought gamma-ray bursts were related to dense neutron stars in our galaxy. With enough bursts, they thought, the distribution of GRBs would concentrate in certain regions, such as the galactic plane. Instead, BATSE showed that gamma-ray bursts occur all over the sky and their distribution bears no sign of the galaxy’s underlying structure. This was compelling evidence GRBs were exploding in distant galaxies, an interpretation later shown to be correct.
Credits: NASA/BATSE Team

Blueshift: How far has gamma-ray astronomy come since the launch 25 years ago? What are you still hoping to discover?

Thompson: Thanks to the achievements from the CGRO instruments, NASA followed up with the Fermi Gamma-ray Space Telescope, launched in 2008 and still operating. The two Fermi instruments have built on the CGRO results to show just how varied and dynamic the gamma-ray sky is. Fermi has found new types of gamma-ray-emitting objects (like gamma-ray binary star systems) and surprising new aspects of known objects (like huge flares from the Crab Nebula). The Fermi studies have solved some of the puzzles left after the CGRO mission (like showing that supernova remnants really can produce energetic cosmic-ray particles) and have tackled new problems, like the nature of the dark matter that fills the universe. Fermi scientists are still working on that last one, having ruled out some possibilities but not yet finding the answer. There are still mysteries in the gamma-ray sky, though. About one-third of the more than 3000 gamma-ray sources seen by Fermi’s main instrument, the Large Area Telescope, do not seem to be associated with known astrophysical objects. Fermi scientists are still scratching their heads and doing in-depth studies of these. Ultimately, we will need other follow-on missions beyond Fermi to continue the search of the energetic universe.

Gehrels: CGRO made the pioneering observations of the gamma-ray sky during its nine years in orbit. Since we found new sources all over the sky, there were many questions raised by the CGRO discoveries. These led scientists to propose new missions to NASA in the most exciting areas. Two missions resulted, the Fermi Gamma-ray Space Telescope described by Dave Thompson and the Swift Gamma Ray Burst Explorer which I’ll discuss. Swift has observed gamma-ray bursts in great detail and learned that they are caused by both exploding stars and merging neutron stars. In both cases, a new black hole is formed. We now like to say that gamma-ray bursts are the birth cries of black holes. Looking to the future, we would like to use gamma-ray bursts to find the explosions from the first stars in the universe and to study the production of new elements across cosmic time.

1st Compton Symposium: Neil Gehrels, Martin Rees, Don Clayton, Jerry Fishman, Chip Meegan, John Horack
الائتمان: ناسا

Blueshift: Thank you for your time!

After a long and active career in space, CGRO ultimately lost a gyro, and the telescope was deliberately and safely de-orbited. It re-entered the Earth’s atmosphere in June of 2000, where it landed in the Pacific Ocean. Fun fact – this was NASA’s first intentional controlled de-orbit of a satellite. This video was taken of CGRO over the Pacific Ocean during de-orbit maneuvers. The spacecraft is seen to start tumbling as it plunges into the atmosphere.

If you’d like to read more about CGRO, its discoveries, and the “good old farm boy whack” it took to release its antenna, here is a NASA 25th Anniversary feature. ال Imagine the Universe website also has a special exhibit featuring CGRO.


شاهد الفيديو: Death From Space Gamma-Ray Bursts Explained (كانون الثاني 2023).