Najsnažniji događaji u poznatom univerzumu — rafali gama zraka (GRB) — su kratkotrajni izlivi svetlosti najveće energije. Oni mogu eruptirati sa kvintilionom (10 praćeno 18 nula) puta jačinom sjaja našeg Sunca. Sada zamišljeno da najavi rađanje novih crnih rupa, otkrivene su slučajno.
Pozadinska priča nas vodi do 1963. godine, kada je američko vazduhoplovstvo lansiralo satelite Vela da detektuje gama zrake iz zabranjenih testova nuklearnog oružja. Sjedinjene Države su upravo potpisale sporazum sa Ujedinjenim Kraljevstvom i Sovjetskim Savezom o zabrani testiranja unutar Zemljine atmosfere, a sateliti Vela su osigurali poštovanje svih strana. Umesto toga, sateliti su naišli na 16 događaja gama zraka.
Do 1973. godine naučnici su mogli isključiti da su i Zemlja i Sunce bili izvori ovih sjajnih erupcija. Tada su astronomi iz Nacionalne laboratorije Los Alamosa objavili prvi rad u kojem su najavili da ovi eksploziji potiču izvan našeg Sunčevog sistema.
Naučnici iz NASA-inog Centra za svemirske letove Godard brzo su potvrdili rezultate putem rendgenskog detektora na satelitu IMP 6. Bilo bi potrebno još dve decenije i doprinosi BeppoSak-a italijanske svemirske agencije i NASA-ine Opservatorije gama zraka Compton da bi se pokazalo da se ovi izlivi dešavaju daleko izvan naše galaksije Mlečni put, da su ravnomerno raspoređeni po nebu i da su izuzetno moćni. Najbliži zabeleženi GRB desio se na više od 100 miliona svetlosnih godina od nas.
Iako otkriveni slučajno, GRB su se pokazali neprocenjivim za današnje istraživače. Ovi bljeskovi svetlosti bogati su uvidom u fenomene poput kraja života veoma masivnih zvezda ili formiranja crnih rupa u udaljenim galaksijama.
Ipak, ostalo je još mnogo naučnih dragulja za otkrivanje. Godine 2017, GRB-ovi su prvi put povezani sa gravitacionim talasima – talasima u tkivu prostor-vremena – koji nas usmeravaju ka boljem razumevanju kako ovi događaji funkcionišu.
Astronomi razdvajaju GRB u dve glavne klase: kratke (gde početni rafal gama zraka traje manje od dve sekunde) i duge događaje (koji traju dve sekunde ili duže).
Kraći rafali takođe proizvode manje gama zraka u celini, što navodi istraživače na hipotezu da ove dve klase potiču iz različitih progenitorskih sistema.
Astronomi sada povezuju kratke rafale sa sudarom ili dve neutronske zvezde ili neutronske zvezde i crne rupe, što rezultira crnom rupom i kratkotrajnom eksplozijom. Kratke GRB ponekad prate kilonove, svetlost proizvedena radioaktivnim raspadom hemijskih elemenata. Taj raspad stvara još teže elemente, poput zlata, srebra i platine.
Dugi rafali su povezani sa eksplozivnom smrću masivnih zvezda. Kada zvezdi velike mase ponestane nuklearnog goriva, njeno jezgro se urušava, a zatim se odbija, vodeći udarni talas kroz zvezdu. Astronomi vide ovu eksploziju kao supernovu. Jezgro može da formira ili neutronsku zvezdu ili crnu rupu.
U obe klase, novorođena crna rupa emituje mlazove u suprotnim smerovima. Mlazovi, napravljeni od čestica ubrzanih do brzine svetlosti, probijaju se i na kraju stupaju u interakciju sa okolnim materijalom, emitujući gama zrake kada to urade.
Međutim, ovaj široki pregled nije poslednja reč. Što više astronomi GRB proučavaju, veća je verovatnoća da će naići na događaje koji osporavaju trenutne klasifikacije.
U avgustu 2020. godine, NASA-in svemirski teleskop Fermi gama zracima je pronašao drugi dugi prasak nazvan GRB 200826A, udaljen više od 6 milijardi svetlosnih godina. Trebalo je da spada u klasu kratkog rafala, izazvanu spajanjem kompaktnih objekata.
Međutim, druge karakteristike ovog događaja – poput supernove koju je stvorio – sugerišu da potiče od kolapsa masivne zvezde. Astronomi misle da je ovaj rafal možda nestao pre nego što je mogao da dostigne trajanje tipično za duge rafale.
Fermi i NASA-ina opservatorija Neil Gehrels Svift snimili su njen suprotni broj, GRB 211211A u decembru 2021. Lociran na milijardu svetlosnih godina od nas, prasak je trajao oko minut. Iako ovo čini dugim GRB-om, pratila ga je kilonova, što sugeriše da je pokrenuta spajanjem. Neki istraživači pripisuju neobičnosti ovog praska neutronskoj zvezdi koja se spaja sa partnerom u crnoj rupi.
Kako astronomi otkrivaju više rafala koji traju nekoliko sati, možda još uvek postoji nova klasa u izradi: ultra-dugi GRB. Energija stvorena smrću zvezde velike mase verovatno ne može da izdrži eksploziju tako dugo, tako da naučnici moraju da traže različito poreklo.
Neki misle da se ultra-dugi rafali javljaju od novorođenih magnetara — neutronskih zvezda sa brzim brzinama rotacije i magnetnim poljima hiljadu puta jačim od proseka. Drugi kažu da ova nova klasa zahteva moć najvećih zvezdanih stanovnika univerzuma, plavih supergiganata. Istraživači nastavljaju da istražuju ultra-duge GRB.
Iako su gama zraci najenergičniji oblik svetlosti, svakako ih nije najlakše uočiti. Naše oči vide samo uski pojas elektromagnetnog spektra. Proučavanje bilo koje svetlosti izvan tog opsega, poput gama zraka, usko zavisi od instrumenata koje razvijaju naši naučnici i inženjeri. Ova potreba za tehnologijom, uz već prolaznu prirodu GRB-a, otežala je proučavanje rafala u ranim godinama.
GRB naknadni sjaj se javlja kada materijal u mlaznicama stupa u interakciju sa okolnim gasom.
Afterglights emituju radio, infracrveno, optičko, UV, rendgensko, kao i gama zračenje, što daje više podataka o originalnom rafalu. Posledice se takođe zadržavaju satima do danima (ili čak godinama) duže od njihove početne eksplozije, stvarajući više mogućnosti za otkrivanje.
Proučavanje naknadnog sjaja postalo je ključno za zaključak o pokretačkim silama iza različitih praska. U dugim naletima, kako se naknadni sjaj zatamni, naučnici na kraju vide da izvor ponovo svetli kada se supernova u osnovi može otkriti.
Iako je svetlost najbrži putnik u univerzumu, ne može doći do nas trenutno. Do trenutka kada otkrijemo eksploziju, možda su prošli milioni do milijardi godina, što nam je omogućilo da ispitamo neke od ranog univerzuma kroz daleke naknadne sjaje.
Uprkos ekspanzivnom istraživanju sprovedenom do sada, naše razumevanje GRB-a je daleko od potpunog. Svako novo otkriće dodaje nove aspekte naučnim modelima rafala gama zraka.
Fermi i Svift su otkrili jedan od ovih revolucionarnih događaja 2022. godine sa GRB 221009A, eksplozijom toliko sjajnom da je privremeno zaslepila većinu svemirskih instrumenata gama zraka. Predviđa se da će se GRB ove veličine desiti svakih 10.000 godina, što ga čini verovatno događajem najveće svetlosti kome je svedočila ljudska civilizacija. Astronomi su ga shodno tome nazvali najsjajnijim svih vremena – ili ČAMAC.
Ovo je jedan od najbližih dugih eksplozija ikada viđenih u vreme njegovog otkrića, nudeći naučnicima bliži pogled na unutrašnje funkcionisanje ne samo GRB-a, već i strukturu Mlečnog puta. Zavirujući u ČAMAC, otkrili su radio talase koji nedostaju u drugim modelima i pratili refleksije rendgenskih zraka kako bi mapirali skrivene oblake prašine naše galaksije.
GRB nas takođe povezuju sa jednim od najtraženijih glasnika u univerzumu. Gravitacioni talasi su nevidljiva izobličenja prostor-vremena, nastala iz kataklizmičkih događaja poput sudara neutronskih zvezda. Zamislite prostor-vreme kao sveobuhvatni pokrivač univerzuma, sa gravitacionim talasima kao talasima koji se šire kroz materijal.
Godine 2017, Fermi je uočio bljesak gama zraka spajanja neutronskih zvezda samo 1,7 sekundi nakon što su otkriveni gravitacioni talasi iz istog izvora. Nakon putovanja od 130 miliona svetlosnih godina, gravitacioni talasi su stigli do Zemlje usko pre gama zraka, dokazujući da gravitacioni talasi putuju brzinom svetlosti.
Naučnici nikada nisu otkrili zajedničko putovanje svetlosti i gravitacionih talasa sve do Zemlje. Ovi glasnici zajedno daju živopisniju sliku spajanja neutronskih zvezda.
Uz kontinuirano istraživanje, naše znanje o GRB-ima koje se stalno razvija moglo bi razotkriti nevidljivo tkivo našeg univerzuma. Ali stvarni prasak je samo vrh ledenog brega. Beskrajna količina informacija nazire se tik ispod površine, spremnih za žetvu.
