GRB 221009A
GRB 221009A také známý jako Swift J1913.1+1946 byl mimořádně jasný a dlouhotrvající gama záblesk (GRB), který společně objevily Neil Gehrels Swift Observatory a Fermi Gamma-ray Space Telescope 9. října 2022. Záblesk -ray trval přibližně sedm minut, ale byl detekovatelný po dobu delší než deset hodin po počáteční detekci, a po dobu několika hodin byl dostatečně jasný ve viditelných frekvencích , aby byl pozorovatelný amatérskými astronomy . Navzdory tomu, že se nachází asi dvě miliardy světelných let daleko, byl dostatečně silný na to, aby ovlivnil zemskou atmosféru, přičemž měl nejsilnější účinek, jaký kdy gama záblesk na planetě zaznamenal. Špičková svítivost GRB 221009A byla naměřena přístrojem Konus-Wind ~ 2,1 × 10 47 J/s a přístrojem Fermi-GBM ~ 1,0 × 10 47 J /s v intervalu 1,024s. Výbuch tak energický a blízký Zemi jako 221009A se považuje za událost, která se stane jednou za 10 000 let. Byl to nejjasnější a nejenergičtější gama záblesk, jaký byl kdy zaznamenán, a byl považován za "LOD", neboli nejjasnější všech dob.
Charakteristika
GRB 221009A pochází ze souhvězdí Sagitta a došlo k němu odhadem před 1,9 miliardami let, nicméně jeho zdroj je nyní od Země vzdálen 2,4 miliardy světelných let kvůli expanzi vesmíru během doby letu k Zemi. Emise s vysokou intenzitou výbuchu pokryly 15 řádů elektromagnetického spektra , od rádiových emisí po gama záření. Rádiové signály vysílané ukončením jakéhokoli procesu, který vytvořil počáteční vzplanutí, pravděpodobně přetrvají v nadcházejících letech.Toto širokopásmové vyzařování nabízí vzácnou příležitost velmi podrobně studovat běžně prchavé GRB.
Pozorování
Výbuch nasytil detektor Fermiho gama kosmického dalekohledu, který zachytil fotony gama záření s energiemi přesahujícími 100 GeV. GRB 221009A je zdaleka nejproduktivnější událostí pro fotony s velmi vysokou energií ( VHE ), jaká kdy byla vědecká zařízení svědkem. Před GRB 221009A počet fotonů s velmi vysokou energií detekovaných během celé historie astronomie GRB činil pouze několik stovek. Výbuch také znamenal první případ, kdy byly během rané epochy detekovány emise fotonů s velmi vysokou energií (VHE) z GRB.Když záření výbuchu dorazilo k Zemi, samotná observatoř LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory ) viděla více než 5 000 takových fotonů VHE. Některé z těchto fotonů dorazily na Zemi s rekordní energií 18 TeV , což je více, než je možné vyrobit ve velkém hadronovém urychlovači (LHC) v Evropském centru pro jaderný výzkum ( CERN ). Ruské zařízení Carpet-2 na observatoři Baksan Neutrino mohlo také zaznamenat jediný foton 251-TeV z tohoto výbuchu.Tyto detekované energie jsou mnohem vyšší než u GRB 190114C , který měl energii až 1 TeV, a který byl považován za největší explozi od Velkého třesku v té době po jeho detekci, a GRB 190829A, který měl energii až 3,3 TeV, přičemž 221009A byl zatím prvním a jediným GRB, který měl fotony nad 10 TeV. Výbuch měl možná poprvé podpis zrychlujícího se ultravysokoenergetického kosmického záření, přičemž jedna studie odhaduje, že pokud by kosmické záření bylo výbuchem urychleno, pravděpodobně by dosáhl energie 1 ZeV nebo větší (10 21 elektronvoltů ), téměř o řád nebo větší, než částice Oh-My-God , což je kosmické záření s nejvyšší energií, jaké kdy bylo pozorováno.
GRB 221009A byl následně pozorován přístrojem Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER),The Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI), Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), International Gamma-ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), vesmírný dalekohled XMM-Newton , The Large High Altitude Air Shower Observatory (LHASSO) a mnoho dalších.
Možné příčiny
GRB 221009A mohla být způsobena masivní hvězdou procházející supernovou nebo zrozením černé díry.Supernovy často vedou ke vzniku černé díry, pokud je mateřská hvězda příliš hmotná pro stabilní vznik neutronové hvězdy a dosud není známo, která část nebo zda byla smrt hvězdy zodpovědná za tento gama- záblesk paprsků. Někteří fyzici spekulují, že výjimečně vysokoenergetické fotony pozorované během 221009A by mohly být výsledkem dříve teoretických nebo neznámých fyzikálních procesů zahrnujících temnou hmotu, axiony nebo rozpadající se sterilní neutrina . Dosud neexistuje žádný nezvratný důkaz, že tento záblesk gama záření způsobila supernova; ani nebylo detekováno žádné z obrovského množství neutrin emitovaných supernovami. Detektory blesků v Indii a Německu zachytily známky toho, že zemská ionosféra byla na několik hodin narušena výbuchem, i když jen mírně, a také obrovským přílivem elektricky nabitých částic, ukazuje, jak mocné to bylo. Dále jedna studie popsala relativistický výtrysk tohoto gama záblesku jako s neobvyklou strukturou.
Velikost záznamu
Tento graf porovnává rychlou emisi GRB 221009A se čtyřmi předchozími rekordními dlouhými záblesky gama záření.
Někteří astronomové označovali výbuch jako "nejjasnější všech dob" nebo zkratkou "BOAT". Toto tvrzení lze snadno ospravedlnit záznamem známých gama záblesků. Dan Perley, astrofyzik z Astrophysics Research Institute na Liverpool John Moores University , prohlásil, že "v lidské zkušenosti není nic, co by se jen vzdáleně blížilo takovému výronu energie. Nic." Eric Burns, astronom z Louisianské státní univerzity , také uvedl o energii výbuchu, že "energie této věci je tak extrémní, že když vezmete celé Slunce a všechno přeměníte na čistou energii, stále by se této události nevyrovnalo. Nic srovnatelného prostě není." Síla záblesků gama může být měřena stupněm interakce mezi zářením gama, které vyzařují, a všudypřítomnými pásy mezihvězdného prachu v hlubokém vesmíru. Takové interakce generují dosvit v rentgenových frekvencích, obvykle viděných jako soustředné prstence rozptýlených rentgenových paprsků s gama zábleskem ve středu. GRB 221009A je teprve sedmým gama zábleskem, o kterém je známo, že generoval tyto prstence, a k červnu 2023 bylo kolem záblesku identifikováno rekordních dvacet rentgenových dosvitových prstenců, což je trojnásobek předchozího rekordu. Záblesk měl nejjasnější rentgenový dosvit, jaký byl kdy zaznamenán, přičemž rentgenový dosvit GRB 221009A byl asi tisíckrát jasnější než typický GRB. Měl také nejjasnější UVOT dosvit, jaký byl kdy zaznamenán, jakmile byl opraven na zánik . Mělo největší množství energie, jaké kdy bylo zaznamenáno v rozsahu TeV, a mělo nejvíce energických fotonů, jaké kdy bylo pro GRB zaznamenáno, s vrcholem 18 TeV.
Výbuch byl desetkrát jasnější než jakýkoli předchozí GRB detekovaný misí Swift . Byl to nejjasnější a nejintenzivnější GRB detekovaný KONUS-Wind .Okamžitá emise vzplanutí daleko předčila cokoli před ní a daleko překonala čtyři předchozí držitele rekordů GRB, protože nebylo zaznamenáno žádné GRB s více než 500 000 fotony gama záření za sekundu, přesto tento GRB dosáhl vrcholu na více než 6 milionů fotonů za sekundu. Záblesk byl tak jasný, že oslepil většinu přístrojů s gama zářením ve vesmíru a zabránil tak skutečnému záznamu jeho intenzity. Byl dokonce detekován satelity, které nebyly navrženy pro detekci gama záblesků, jako je Voyager 1a dvojici Mars orbiterů . GRB 221009A mohl produkovat multi-TeV gama paprsky déle než týden po rychlé fázi, přičemž tato funkce je jedinečná pro GRB 221009A, mnohem déle ve srovnání s jinými záblesky, jako je GRB 180720B, který produkoval multi- TeV gama paprsky po dobu deseti hodin po promptní fázi a GRB 190829A, který produkoval multi-TeV gama paprsky téměř tři dny po promptní fázi.
Navzdory tomu, že se nachází asi dvě miliardy světelných let daleko, byl výbuch dostatečně silný na to, aby ovlivnil zemskou atmosféru, a měl nejsilnější účinek, jaký kdy byl na planetě zaznamenán zábleskem gama. Spustilo to přístroje obecně vyhrazené pro studium slunečních erupcí , přičemž sluneční fyzička Laura Hayes z ESA uvedla, že to zanechalo "otisk srovnatelný s otiskem velké sluneční erupce" z blízkého Slunce, což znamená, že výbuch měl stejný účinek jako sluneční erupce více než 100 bilionkrát blíže, s výbuchem ekvivalentním sluneční erupci třídy C3 až M1 na základě zvýšení amplitudy VLF. Významné je také to, že výbuch byl detekovatelný při denních pozorováních, kde dominuje sluneční záření ve srovnání s noční ionosférou, která je mnohem citlivější na vnější rušení, kdy sluneční záření nedominuje, což ukazuje, jak velký byl výbuch. Narušilo také dlouhovlnnou rádiovou komunikaci
S vyzařovanou izotropní energií přibližně 1,2 × 10 55 erg nebo dokonce 3 × 10 55 erg, až 1,4 × 10 57 erg, GRB 221009A, spolu s 10 61 erg MS Událost 0735.6+7421 a erupce 5×10 61 erg Ophiuchus Supercluster patří mezi nejenergičtější události vůbec. Erupce však byly vysokoenergetické a nízkoenergetické události, ke kterým došlo v průběhu milionů let ve srovnání s GRB 221009A, ke kterým došlo ve srovnání s nepatrným časovým rámcem. Známý fyzik Don Lincoln to popsal jako "největší kosmickou explozi, jakou kdy lidstvo vidělo". V důsledku toho je považována za největší explozi, kterou kdy lidstvo zaznamenalo, a za největší od Velkého třesku.
Relevance pro novou fyziku
Porovnáním dat shromážděných různými observatořemi vědci dospěli k závěru, že událost 221009A byla 50 až 70krát jasnější než předchozí držitel rekordu a zároveň byla mnohem energičtější než předchozí držitel rekordu. Extrémně jasný vrchol a dlouhý dosvit může fyzikům pomoci studovat způsob, jakým hmota interaguje při relativistických rychlostech, což je jediný známý režim schopný generovat fotony gama záření s energií více než 100 GeV. . Studie 221009A a podobně extrémní události jsou v současnosti jediným přístupem lidstva k částicím s energiemi většími, než jaké mohou být uměle vytvořeny. Důkladné prozkoumání 221009A může nakonec přinést fyzikální vysvětlení, která nejsou standardním modelem ani předpovídána, ani v něm nejsou zahrnuta . Stal se nejprostudovanějším gama zábleskem v historii.
