Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Trong 10 năm, Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi của NASA đã quét bầu trời các vụ nổ tia gamma (GRBs), vụ nổ phát sáng nhất của vũ trụ. Một danh mục mới về các vụ nổ năng lượng cao nhất cung cấp cho các nhà khoa học những hiểu biết mới về cách chúng hoạt động.
Trong 10 năm, Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi của NASA đã quét bầu trời các vụ nổ tia gamma (GRBs), vụ nổ phát sáng nhất của vũ trụ. Một danh mục mới về các vụ nổ năng lượng cao nhất cung cấp cho các nhà khoa học những hiểu biết mới về cách chúng hoạt động.
“Mỗi vụ nổ theo một cách nào đó là duy nhất”, Magnus Axelsson, nhà vật lý thiên văn tại Đại học Stockholm ở Thụy Điển cho biết. “Chỉ khi chúng ta có thể nghiên cứu các mẫu lớn, như trong danh mục này, chúng ta mới bắt đầu hiểu các tính năng phổ biến của GRB. Chúng lần lượt cho chúng ta manh mối về các cơ chế vật lý tại nơi làm việc.”
Danh mục đã được xuất bản trong ấn bản ngày 13 tháng 6 của Tạp chí Vật lý thiên văn và hiện đã có trên mạng. Hơn 120 tác giả đã đóng góp cho bài báo, dẫn đầu bởi Axelsson, Elisabetta Bissaldi tại Viện Vật lý Hạt nhân và Đại học Bách khoa Quốc gia ở Bari, Ý, và Nicola Omodei và Giacomo Vianello tại Đại học Stanford ở California.
GRB phát ra tia gamma, dạng ánh sáng có năng lượng cao nhất. Hầu hết GRB xảy ra khi một số loại sao khổng lồ hết nhiên liệu và sụp đổ để tạo ra các lỗ đen mới. Những người khác xảy ra khi hai ngôi sao neutron, tàn dư siêu nặng của vụ nổ sao, hợp nhất. Cả hai loại sự kiện thảm khốc đều tạo ra các tia hạt di chuyển gần tốc độ ánh sáng. Các tia gamma được tạo ra trong các va chạm của vật liệu chuyển động nhanh bên trong các tia nước và khi các tia nước tương tác với môi trường xung quanh ngôi sao.
Các nhà thiên văn học có thể phân biệt hai lớp GRB theo thời gian của các tia gamma năng lượng thấp hơn của chúng. Các vụ nổ ngắn từ các vụ sáp nhập sao neutron kéo dài chưa đến 2 giây, trong khi các vụ nổ dài thường tiếp tục trong một phút hoặc hơn. Danh mục mới, bao gồm 17 vụ nổ ngắn và 169 vụ nổ dài, mô tả 186 sự kiện được nhìn thấy bởi Kính viễn vọng Khu vực Lớn (LAT) của Fermi trong 10 năm qua.
Fermi quan sát những vụ nổ mạnh mẽ này bằng hai dụng cụ. LAT nhìn thấy khoảng một phần năm bầu trời bất cứ lúc nào và ghi lại các tia gamma có năng lượng trên 30 triệu volt (MeV) – gấp hàng triệu lần năng lượng của ánh sáng khả kiến. Máy theo dõi tia gamma (GBM) nhìn thấy toàn bộ bầu trời không bị Trái đất chặn và phát hiện sự phát xạ năng lượng thấp hơn. Tất cả đã nói, GBM đã phát hiện hơn 2.300 GRB cho đến nay.
Dưới đây là một mẫu gồm năm sự kiện lập kỷ lục và hấp dẫn từ danh mục LAT đã giúp các nhà khoa học tìm hiểu thêm về GRB.
1. GRB 081102B
Vụ nổ ngắn 081102B, xảy ra trong chòm sao Boötes vào ngày 2 tháng 11 năm 2008, là GRB được phát hiện LAT ngắn nhất, chỉ kéo dài một phần mười giây. Mặc dù vụ nổ này xuất hiện trong năm quan sát đầu tiên của Fermi, nó không được đưa vào phiên bản trước của bộ sưu tập được xuất bản năm 2013.
“Danh mục LAT đầu tiên chỉ xác định 35 GRB,” Bissaldi nói. “Nhờ các kỹ thuật phân tích dữ liệu được cải tiến, chúng tôi đã có thể xác nhận một số quan sát cận biên trong mẫu đó, cũng như xác định số lần nổ gấp năm lần cho danh mục mới.”
2. GRB 160623A
Vụ nổ kéo dài 160623A, được phát hiện vào ngày 23 tháng 6 năm 2016, trong chòm sao Cygnus, tiếp tục tỏa sáng trong gần 10 giờ tại năng lượng LAT – vụ nổ dài nhất trong danh mục. Nhưng ở mức năng lượng thấp hơn được ghi lại bởi công cụ GBM của Fermi, nó chỉ được phát hiện trong 107 giây. Sự khác biệt rõ rệt này giữa các công cụ xác nhận một xu hướng được gợi ý trong danh mục LAT đầu tiên. Đối với cả các vụ nổ dài và ngắn, phát xạ tia gamma năng lượng cao kéo dài lâu hơn phát xạ năng lượng thấp và xảy ra sau đó.
3. GRB 130427A
Tia gamma cá nhân có năng lượng cao nhất được phát hiện bởi LAT của Fermi đạt 94 tỷ volt (GeV) và truyền đi 3,8 tỷ năm ánh sáng từ chòm sao Leo. Nó được phát ra bởi 130427A, cũng giữ kỷ lục về nhiều tia gamma nhất – 17 – với năng lượng trên 10 GeV.
Một mô hình phổ biến đề xuất rằng các hạt tích điện trong máy bay phản lực, di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, gặp phải sóng xung kích và đột nhiên đổi hướng, phát ra tia gamma. Nhưng mô hình này không thể giải thích được ánh sáng lập kỷ lục từ vụ nổ này, buộc các nhà khoa học phải suy nghĩ lại về lý thuyết của họ.
Những phát hiện ban đầu trên 130427A cho thấy công cụ LAT đã theo dõi lượng phát thải của nó trong thời gian dài gấp đôi so với chỉ định trong danh mục. Do kích thước mẫu lớn, nhóm nghiên cứu đã áp dụng phân tích tiêu chuẩn giống nhau cho tất cả các GRB, dẫn đến số lượng hơi khác so với báo cáo trong nghiên cứu trước đó.
4. GRB 080916C
GRB xa nhất được biết đến xảy ra cách xa 12,2 tỷ năm ánh sáng trong chòm sao Carina. Được gọi là 080916C, các nhà nghiên cứu tính toán vụ nổ chứa sức mạnh của 9.000 siêu tân tinh.
Kính thiên văn có thể quan sát GRB ra những khoảng cách lớn này vì chúng rất sáng, nhưng việc xác định chính xác khoảng cách của chúng là rất khó. Khoảng cách chỉ được biết đến với 34 trong số 186 sự kiện trong danh mục mới.
5. GRB 090510
Khoảng cách được biết đến 090510 đã giúp kiểm tra lý thuyết của Einstein rằng kết cấu của không-thời gian là trơn tru và liên tục. Fermi đã phát hiện cả tia gamma năng lượng cao và năng lượng thấp gần như cùng một lúc. Đã đi cùng một khoảng cách trong cùng một khoảng thời gian, họ cho thấy rằng tất cả ánh sáng, bất kể năng lượng của nó, đều di chuyển với cùng tốc độ xuyên qua khoảng trống của không gian.
“Tổng phát xạ tia gamma từ 090510 kéo dài chưa đầy 3 phút, nhưng nó cho phép chúng tôi thăm dò câu hỏi rất cơ bản này về vật lý của vũ trụ của chúng ta,” Omodei nói. “GRB thực sự là một trong những sự kiện thiên văn ngoạn mục nhất mà chúng ta chứng kiến.”
Cái gì còn thiếu?
GRB 170817A đánh dấu lần đầu tiên ánh sáng và gợn sóng trong không gian, được gọi là sóng hấp dẫn, được phát hiện từ sự hợp nhất của hai ngôi sao neutron. Sự kiện này được ghi lại bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế tia laser (LIGO), giao thoa kế Virgo và dụng cụ GBM của Fermi, nhưng nó không được LAT quan sát vì thiết bị đã tắt khi tàu vũ trụ đi qua một vùng của quỹ đạo Fermi Hoạt động cao.
“Bây giờ LIGO và Xử Nữ đã bắt đầu một giai đoạn quan sát khác, cộng đồng vật lý thiên văn sẽ tìm kiếm thêm các sự kiện sóng GRB và sóng hấp dẫn”, Judy Racusin, đồng tác giả và phó nhà khoa học dự án Fermi tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, nói. , Maryland. “Danh mục này là một nỗ lực lớn của nhóm và kết quả giúp chúng tôi tìm hiểu về dân số của những sự kiện này và chuẩn bị cho chúng tôi đi sâu vào những phát hiện đột phá trong tương lai.”
Kính thiên văn vũ trụ tia gamma Fermi là một quan hệ đối tác vật lý thiên văn và vật lý hạt do Trung tâm bay không gian Goddard của NASA quản lý ở Greenbelt, Maryland. Fermi được phát triển với sự hợp tác của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, với sự đóng góp quan trọng từ các tổ chức học thuật và đối tác ở Pháp, Đức, Ý, Nhật Bản, Thụy Điển và Hoa Kỳ.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Trung tâm bay không gian NASA / Goddard . Bản gốc được viết bởi Jeanette Kazmierczak. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.