Tia gamma tối nổ GRB020819. Tín dụng hình ảnh: Keck. Nhấn vào đây để phóng to.
Hầu như tất cả mọi thứ chúng ta biết về Vũ trụ đều đến với chúng ta thông qua cơ quan ánh sáng. Không giống như vật chất, ánh sáng rất phù hợp để di chuyển những khoảng cách rộng lớn xuyên không gian đến các nhạc cụ của chúng ta. Tuy nhiên, hầu hết các hiện tượng thiên văn đều tồn tại dai dẳng và có thể lặp lại - chúng ta có thể dựa vào chúng để đi lang thang xung quanh, để quan sát lâu dài hoặc kiếm được quay trở lại xung quanh một cách thường xuyên. Nhưng đây không phải là vì vậy đối với các vụ nổ tia gamma (GRB,) - những sự kiện vũ trụ bí ẩn làm tăng các photon (và các hạt nguyên tử phụ) với mức năng lượng cao vô lý.
GRB thiên thể được phát hiện đầu tiên xảy ra trong quá trình giám sát hiệp ước vũ khí hạt nhân vào năm 1967. Sự kiện đó đòi hỏi nhiều năm phân tích trước khi nguồn gốc ngoài trái đất của nó được xác nhận. Sau khám phá này, các phương pháp tam giác nguyên thủy đã được đưa ra bằng cách sử dụng các máy dò đặt trên các đầu dò không gian khác nhau trong Mạng liên hành tinh (IPN). Các phương pháp như vậy đòi hỏi rất nhiều số lần bẻ khóa và không thể theo dõi ngay lập tức bằng cách sử dụng các công cụ trên Trái đất. Mặc dù có sự chậm trễ liên quan, hàng trăm nguồn tia gamma đã được xếp vào mục lục. Ngày nay - ngay cả khi sử dụng Internet - vẫn cần vài ngày để phản hồi bằng cách sử dụng phương pháp phát hiện loại IPN.
Tất cả điều này bắt đầu thay đổi vào năm 1991 khi NASA đưa Đài thiên văn Compton Gamma Ray (CGRO) vào vũ trụ bằng tàu con thoi Atlantis như một phần của chương trình Đài quan sát vĩ đại của họ. Trong vòng bốn tháng sau khi quét bầu trời, CGRO đã nói rõ với các nhà thiên văn rằng Vũ trụ trải qua các paroxysms tia gamma lẻ tẻ và phân tán rộng rãi trên cơ sở gần như hàng ngày - paroxysms gây ra bởi các sự kiện thảm khốc gây ra một lượng lớn gamma và bức xạ năng lượng cao khác. vực thẳm của không-thời gian.
Nhưng CGRO có một hạn chế chính - mặc dù nó có thể phát hiện ra tia gamma và cảnh báo các nhà thiên văn học một cách nhanh chóng, nhưng nó không đặc biệt chính xác khi xảy ra những sự kiện như vậy trong không gian. Do vòng tròn lỗi lớn này, nên các nhà thiên văn học không thể xác định được ánh sáng nhìn thấy được sau khi phát hiện ra các sự kiện như vậy. Mặc dù hạn chế này, CGRO vẫn tiếp tục phát hiện hàng trăm nguồn tia gamma liên tục, định kỳ và episodic - bao gồm siêu tân tinh, pulsar, lỗ đen, chuẩn tinh và thậm chí cả Trái đất! Trong khi đó, CGRO cũng phát hiện ra một thứ không bị ảnh hưởng - một số pulsar hoạt động như các máy phát dải gamma hẹp mà không đi kèm với ánh sáng khả kiến - và trong đó có cảm giác đầu tiên của nhà thiên văn học về GRBs tối.
Ngày nay, chúng ta biết rằng các xung gamma tối đen không phải là nguồn tia gamma tối tăm duy nhất trong vũ trụ. Các nhà thiên văn học đã xác định rằng một số phần nhỏ của GRB episodic (chỉ dùng một lần) cũng có ánh sáng khả kiến thấp, và họ - giống như bất kỳ ai bị nhột bởi sự bất thường và không thể giải thích được - muốn biết tại sao. Trên thực tế, GRB 'rất độc đáo đến nỗi người hâm mộ thường có thể nghe thấy tiếng nói Khi bạn nhìn thấy một GRB, bạn đã nhìn thấy một GRB.
Vệ tinh đầu tiên để đơn giản hóa phát hiện quang học của các hậu quả GRB là BeppoSAX. Được phát triển bởi Cơ quan Vũ trụ Ý vào giữa những năm 1990, BeppoSAX đã ra mắt ngày 30 tháng 4 năm 1996 từ Cape Canaveral và tiếp tục phát hiện và xác định chính xác các nguồn phát xạ tia X cho đến năm 2002. Vòng tròn lỗi của CookpoSax đủ nhỏ để cho phép các nhà thiên văn quang học nhanh chóng theo dõi nhiều GRB. kết quả cho nghiên cứu chi tiết trong ánh sáng khả kiến bằng cách sử dụng các công cụ dựa trên trái đất.
BeppoSAX đã quay trở lại bầu khí quyển Trái đất ngày 29 tháng 4 năm 2003, nhưng vào thời điểm này, NASA thay thế (HLEX-2, Explorer năng lượng cao thoáng qua-2) đã ở trên quỹ đạo trái đất vài năm. Công cụ trên HLEX-2 (lần đầu tiên HLEX không thể tách khỏi giai đoạn thứ ba của tên lửa Pegasus vào năm 1996) đã mở rộng phạm vi phát hiện tia X và cung cấp các vòng tròn lỗi thậm chí chặt chẽ hơn - chỉ là điều mà các nhà thiên văn học cần để cải thiện thời gian phản ứng của họ trong định vị các hậu quả GRB.
Hai năm và một vài tháng sau (Thứ Hai, ngày 19 tháng 8 năm 2002) HLEX-2 đã phát ra tiếng chuông và tiếng huýt sáo khi một nguồn tia gamma mạnh được phát hiện ở đâu đó gần đầu chòm sao Song Ngư. Sự kiện đó (được chỉ định GRB 020819) đã khiến một loạt các đài quan sát thiên văn bắt đầu thu được các photon ánh sáng tần số vô tuyến, cận hồng ngoại và có thể nhìn thấy trong nỗ lực xác định nơi xảy ra sự kiện và giúp hiểu được hiện tượng này.
Theo tờ giấy The The Afterglow Radio and Host Galaxy of the Dark GRB 020819, được xuất bản vào ngày 2 tháng 5 năm 2005 bởi một nhóm các nhà điều tra quốc tế (bao gồm Pall Jakobsson của Viện Niels Bohr, Copenhagen Đan Mạch, người đã chứng minh bài báo này), trong vòng 4 giờ phát hiện kính viễn vọng Siding Spring Đài quan sát (SSO) dài 1 mét ở Úc đã được chuyển sang một khu vực không gian nhỏ hơn 1/7 đường kính rõ ràng của Mặt trăng. 13 giờ sau, một thiết bị thứ hai, lớn hơn một chút - đơn vị P60 1,5 mét tại Mt. Palomar - cũng tham gia cuộc rượt đuổi. Cả hai nhạc cụ - mặc dù thu được ánh sáng mờ nhạt như cường độ 22 - đã bắt gặp bất cứ điều gì bất thường đối với khu vực không gian đó. Tuy nhiên, một thiên hà xoắn ốc có bề mặt 19,5 độ lớn và cực kỳ ăn ảnh đã rơi vào tầm ngắm của các nhạc cụ của họ.
Mười lăm ngày sau, nhạc cụ Keck ESI dài 10 mét trên Mauna Kea, Hawaii đã chụp hình cùng một khu vực trong ánh sáng xanh và đỏ xuống tới 26,9 độ. Ở độ sâu quang học này, có thể nhìn thấy một dải blob cường độ 24 khác biệt (nghi ngờ là vùng hình thành sao HII) 3 giây giây về phía bắc của thiên hà xoắn ốc. Một nỗ lực cuối cùng để phát hiện thêm bất cứ điều gì đã được thực hiện vào ngày 1 tháng 1 năm 2003 - một lần nữa sử dụng Keck 10 mét. Không có sự thay đổi nào được nhìn thấy trong ánh sáng quang học phát ra từ vùng GRB 020819. Tất cả điều này khẳng định rằng không có sự phát quang nào có thể nhìn thấy kèm theo sự bùng phát tia gamma được phát hiện bởi HETE-2 khoảng 134 ngày trước đó. Đội điều tra đã có người săn bắn tia gamma tối của họ. Sau này sẽ đến nhiệm vụ tìm hiểu xem cái quái gì đã xảy ra - hoặc ít nhất không phải là LỚN
Định kỳ trong suốt chu kỳ kiểm tra quang học và cận hồng ngoại, khu vực của vụ nổ được theo dõi ở tần số sóng vô tuyến. Sử dụng VLA (Very Large Mảng - gồm 27 Y-cấu hình 25 món ăn mét nằm năm mươi dặm về phía tây Socorro, New Mexico) đội thành công trong việc chiếm được một đường mòn hẹp của 8,48 Ghz bức xạ và xác định miền địa phương của mình.
Các sóng vô tuyến đầu tiên từ GRB 020819 đã được thu thập 1,75 ngày sau cảnh báo HLEX-2. Đến ngày thứ 157, mức năng lượng rf đã bị san phẳng đến mức không thể nhìn thấy nguồn đó một cách tự tin. Tuy nhiên, đến thời điểm này, vị trí của nó đã được xác định chính xác đến đỉnh blobv ba giây trong vòng bắc của lõi của thiên hà xoắn ốc chưa được khám phá trước đó. Thật không may - do sự mờ nhạt của nó - khoảng cách đến bản thân blob không thể được xác định bằng phương pháp quang phổ - tuy nhiên, thiên hà đã phát hiện ra khoảng 6,2 BLY và rất thích mối quan hệ với nguồn tin.
Do kết quả của các cuộc điều tra như vậy, các nhà thiên văn học hiện đang tìm hiểu nhiều hơn về một lớp các sự kiện thảm khốc dẫn đến các dòng photon năng lượng cao và thấp trong khi gần như bỏ qua hoàn toàn các tần số trung gian - như tia cực tím, nhìn thấy và cận hồng ngoại. Có bất cứ điều gì có thể giải thích cho điều này?
Dựa trên việc học hỏi từ GRB 020819, nhóm nghiên cứu đã khám phá ba mô hình sốc cầu lửa về cách GRB tối có thể xảy ra. Trong số ba (sự giãn nở đều của khí năng lượng cao thành môi trường đồng nhất, thậm chí giãn nở thành môi trường phân tầng và phản lực chuẩn trực xuyên qua môi trường loại), sự phù hợp nhất đối với các hành vi GRB 020819 là sự mở rộng thậm chí của khí năng lượng cao vào một môi trường đồng nhất của các khí khác (một mô hình lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà vật lý thiên văn R. Sari et al vào năm 1998). Ưu điểm của mô hình mở rộng đẳng hướng này là (theo lời của nhóm điều tra) rằng chỉ một lượng tuyệt chủng khiêm tốn phải được gọi ra để giải thích cho việc không có ánh sáng khả kiến.
Ngoài việc thu hẹp phạm vi các tình huống có thể xảy ra liên quan đến GRB tối, nhóm nghiên cứu kết luận rằng GR GR 020819, một vụ nổ tương đối gần đó, chỉ là một trong hai trong số 14 GRB được định vị trong vòng (2 phút cung sử dụng) HLEX-2 không có báo cáo viêm khớp. Điều này cho vay hỗ trợ cho đề xuất gần đây rằng phần nổ tối thấp hơn nhiều so với đề xuất trước đây, có thể nhỏ tới 10%.
Viết bởi Jeff Barbour
