Najlepších 10 zdrojov gama žiarenia NASA vo vesmíre

Zložitá krabia hmlovina predstavuje Hubblov detail

Hubblov vesmírny teleskop zachytil najpodrobnejší pohľad na Krabiu hmlovinu na jednom z najväčších záberov, aké kedy vesmírne observatórium zostavilo. (Obrazový kredit: NASA/ESA a Jeff Hester (Arizona State University).)



Gama lúče sú formou energie s najvyššou energiou vo vesmíre. Niektoré sú spôsobené prechodnými udalosťami, ako sú slnečné erupcie a obrovské výbuchy hviezd známe ako supernovy. Ostatné sú produkované stabilnými zdrojmi, ako sú supermasívne čierne diery v srdciach galaxií.

Gamma-ray vesmírny teleskop NASA Fermi mapuje vysokoenergetickú oblohu od jej spustenia v júni 2008. Začiatkom tohto roka tím Fermi vydal svoj druhý katalóg zdrojov detegovaných veľkoplošným teleskopom (LAT) prístroja, ktorý vytvoril inventár 1 873 predmetov žiariacich v gama žiarení.





Vedci z Fermi nedávno zostavili „zoznam desiatich najlepších“ na oslavu tejto príležitosti a na zdôraznenie rozmanitosti zdrojov gama žiarenia. Päť zdrojov v zozname sa nachádza v našej vlastnej Mliečnej ceste, zatiaľ čo ďalších päť sa nachádza vo vzdialených galaxiách.

Prvých päť Fermiho zdrojov v našej galaxii je:

1. Kraba hmlovina: Slávna krabia hmlovina, nachádzajúca sa v súhvezdí Býk, je troskou explodujúcej hviezdy, ktorej svetlo dorazilo na Zem v roku 1054. Krab je vzdialený 6 500 svetelných rokov a je jedným z najviac študovaných predmetov na oblohe. [ Supernovy: Fotografie hviezdnych výbuchov ]



V srdci rozpínajúceho sa oblaku plynu leží to, čo zostalo z jadra pôvodnej hviezdy, super hustá neutrónová hviezda (nazývaná tiež pulzar), ktorá sa otáča 30-krát za sekundu. Až donedávna sa predpokladalo, že všetky krabie vysokoenergetické emisie sú výsledkom fyzických procesov v blízkosti pulzaru, ktorý sa napojil na toto rýchle otáčanie.

Väčšina astronómov desaťročia považovala krabiu hmlovinu za super stabilný maják pri energiách röntgenových lúčov. Ale údaje z niekoľkých orbitálnych prístrojov-vrátane Fermiho gamma-ray Burst Monitor-teraz ukazujú neočakávané variácie. Astronómovia dokázali, že od roku 2008 hmlovina pri vysokých energiách vybledla o 7 percent, čo je zníženie pravdepodobne spojené s prostredím okolo jej centrálnej neutrónovej hviezdy.



Od roku 2007 Fermi a satelit AGILE Talianskej vesmírnej agentúry detegovali niekoľko krátkodobých vzplanutí gama žiarenia pri energiách stonásobne vyšších, ako sú pozorované variácie röntgenových lúčov v hmlovine. V apríli satelity detegovali dve najsilnejšie doposiaľ zaznamenané gama žiarenia.

Na vysvetlenie týchto „superplameňov“ vedci tvrdia, že elektróny v blízkosti pulzaru musia byť urýchlené na energie tisíc biliónkrát väčšie ako energie viditeľného svetla. To je ďaleko za hranicami toho, čo sa dá dosiahnuť pomocou Veľkého hadrónového urýchľovača pri Ženeve vo Švajčiarsku, ktorý je teraz najvýkonnejším urýchľovačom častíc na Zemi. [ Skrútená fyzika: 7 zistení, ktoré búria myseľ ]

Fermi

Fermiho LAT mapovala emisiu GeV-gama žiarenia (purpurová) zo zvyšku supernovy W44. Vlastnosti sú jasne v súlade s vláknami detekovateľnými na iných vlnových dĺžkach. Tento kompozit kombinuje röntgenové lúče (modré) z nemeckej misie ROSAT, infračervené (červené) zo Spitzerovho vesmírneho teleskopu NASA a rádio (oranžové) z veľmi veľkého poľa NRAO v blízkosti Socorro, N.M.(Obrazový kredit: Spolupráca NASA/DOE/Fermi LAT, ROSAT, JPL-Caltech a NRAO/AUI)

2. W44: Ďalším zaujímavým zvyškom supernovy, ktorý zistil Fermi, je W44. Predpokladá sa, že je asi 20 000 rokov starý-pre takú stavbu stredného veku-sa W44 nachádza vo vzdialenosti 9 800 svetelných rokov ďaleko v súhvezdí Aquila.

LAT nielen detekuje tento W44, ale v skutočnosti odhaľuje superenergetické gama lúče pochádzajúce z miest, kde je známe, že expandujúca rázová vlna zvyšku interaguje so studenými, hustými plynnými mrakmi.

Takéto pozorovania sú dôležité pri riešení dlhotrvajúceho problému v astrofyzike: vzniku kozmických lúčov. Kozmické lúče sú častice, predovšetkým protóny, ktoré sa pohybujú priestorom takmer rýchlosťou svetla. Magnetické polia odkláňajú častice, keď pretekajú po galaxii, a táto interakcia skomplikuje ich cestu a zamaskuje ich pôvod.

Vedci nevedia s istotou povedať, odkiaľ pochádzajú kozmické lúče s najvyššou energiou, ale pozostatky supernovy považujú za pravdepodobne svoj najpodobnejší pôvod.

V roku 1949 menovec teleskopu Fermi, fyzik Enrico Fermi, navrhol, aby sa kozmické lúče s najvyššou energiou urýchlili v magnetických poliach plynových oblakov. V nasledujúcich desaťročiach astronómovia ukázali, že magnetické polia v rozširujúcej sa rázovej vlne zvyšku supernovy sú asi najlepším miestom na fungovanie tohto procesu.

Doterajšie pozorovania LAT W44 a niekoľkých ďalších zvyškov silne naznačujú, že emisia gama žiarenia vzniká zo zrýchlených protónov, keď sa zrážajú s atómami plynu.

3. V407 Cygni: V407 Cygni je takzvaný symbiotický binárny systém-taký, ktorý obsahuje kompaktného bieleho trpaslíka a červenú obrovskú hviezdu, ktorá napučala asi 500-krát viac ako slnko.

V407 Cyni leží asi 9 000 svetelných rokov ďaleko v súhvezdí Labuť. Systém sa občas rozhorí, keď sa plyn z červeného obra hromadí na povrchu trpaslíka a nakoniec exploduje. Táto udalosť sa niekedy nazýva nova (podľa latinského výrazu „nová hviezda“).

Keď v marci 2010 došlo k najnovšej erupcii systému, Fermiho LAT prekvapila mnohých vedcov tým, že zistila novu ako geniálny zdroj. Vedci nečakali, že tento typ výbuchu má silu produkovať vysokoenergetické gama lúče.

4. Pulsar PSR J0101-6422: Pulzary - rýchlo rotujúce neutrónové hviezdy - predstavujú asi 6 percent nového katalógu. V niektorých prípadoch môže LAT detegovať impulzy gama žiarenia priamo, ale v mnohých prípadoch boli impulzy najskôr nájdené na rádiových vlnových dĺžkach na základe podozrenia, že slabým zdrojom LAT môže byť pulzar.

PSR J0101-6422 sa nachádza v južnom súhvezdí Tucana, jej podivný názov odráža jeho polohu na oblohe.

Tím Fermi si pôvodne všimol objekt ako pomerne jasný, ale neidentifikovaný zdroj gama žiarenia v staršom katalógu LAT. Pretože distribúcia energií gama žiarenia v zdroji pripomínala to, čo sa bežne pozoruje v pulzaroch, astronómovia v Austrálii sa na to pozreli pomocou svojho teleskopu Parkes.

Pulzary sú neutrónové hviezdy, kompaktné objekty s hmotnosťou väčšou ako Slnko do sféry zhruba veľkosti Washingtonu, lúče lúča podobné majáku poháňané rýchlou rotáciou pulzaru a silným magnetickým poľom sa šíria po oblohe pri každom otočení a astronómovia môžu detegujte tieto lúče, ak sa náhodou pohybujú smerom k Zemi.

Parkesova štúdia zistila, že rádiové signály z pulzaru rotujúceho takmer 400 krát za sekundu - porovnateľné s otáčaním kuchynského mixéra - sú v rovnakej polohe ako neznámy zdroj Fermi. Vďaka týmto informáciám bol tím LAT schopný zistiť, že PSR J0101-6422 tiež bliká v gama lúčoch rovnakou neuveriteľnou rýchlosťou.

5. 2FGL J0359.5+5410: Vedci z Fermi nevedia, čo si myslieť o tomto zdroji, ktorý sa nachádza v súhvezdí Camelopardalis. Nachádza sa v blízkosti ľudnatej strednej roviny našej galaxie, čo zvyšuje šancu, že sa skutočne jedná o predmet v Mliečnej ceste.

Aj keď sa jeho spektrum gama žiarenia podobá spektru pulzaru, pulzácie neboli zistené a nie sú spojené so známym predmetom na iných vlnových dĺžkach.

Prvých päť zdrojov mimo Mliečnej dráhy je:

Tento rádiový, optický a gama lúčový kompozit ilustruje celý rozsah Cen A

Tento rádiový, optický a gama lúčový kompozit ilustruje plný rozsah rozsiahlych rádiolokačných lalokov Cen A. Rádiové údaje (oranžové) odhaľujú, že štruktúry pokrývajú viac ako 1,4 milióna svetelných rokov, a Fermiho údaje LAT (fialové) ukazujú, že vyžarujú aj gama lúče.(Obrazový kredit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration, Capella Observatory a Ilana Feain, Tim Cornwell a Ron Ekers (CSIRO/ATNF), R. Morganti (ASTRON) a N. Junkes (MPIfR))

1. Kentaurus A: Obrovská eliptická galaxia NGC 5128 sa nachádza 12 miliónov svetelných rokov ďaleko v južnom súhvezdí Kentaura. Je to jedna z najbližších aktívnych galaxií a je hostiteľom jasného rádiového zdroja s názvom Cen A. Väčšina rádiových emisií pochádza z plynových lalokov širokých milión svetelných rokov, ktoré vyvrhla supermasívna čierna diera v strede galaxie. [Fotky: Čierne diery vesmíru]

Fermiho LAT detekuje vysoko energetické gama lúče z rozšírenej oblasti okolo galaxie, ktorá zodpovedá lalokom vyžarujúcim rádiové žiarenie. Rádiové vyžarovanie pochádza z rýchlo sa pohybujúcich častíc. Keď sa fotón s nižšou energiou zrazí s jednou z týchto častíc, fotón dostane kop, ktorý zvýši jeho energiu do režimu gama žiarenia.

Je to proces, ktorý znie viac ako biliard ako astrofyzika, ale Fermiho LAT ukazuje, že sa to deje v Cene A.

Naša susedná galaxia, Andromeda, sa tiež nazýva Messier 31 alebo M31. Tu je zachytený v plnom rozsahu na tomto novom obrázku WISE.

Naša susedná galaxia, Andromeda, sa tiež nazýva Messier 31 alebo M31. Tu je zachytený v plnom rozsahu na tomto novom obrázku WISE.(Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech/UCLA)

2. Galaxia Andromeda (M31): Galaxia Andromeda je vo vzdialenosti 2,5 milióna svetelných rokov najbližšou špirálovou galaxiou, ktorá má podobnú veľkosť a štruktúru ako naša vlastná Mliečna cesta. Je ľahko viditeľný voľným okom na tmavej oblohe a je tiež obľúbeným terčom pozorovateľov oblohy.

Tím LAT očakával, že deteguje M31, pretože je taká podobná našej vlastnej galaxii, ktorá má jasný pás difúznych emisií, ktorý vytvára najvýraznejší prvok na oblohe gama žiarenia. Tieto gama lúče sa väčšinou vyrábajú vtedy, keď vysokoenergetické kozmické lúče narazia do plynu medzi hviezdami.

'Na zistenie M31 trvalo dva roky pozorovania LAT,' uviedol Jürgen Knödlseder z Výskumného ústavu astrofyziky a planetologie vo francúzskom Toulouse. V súčasnej dobe hosťujúci vedec v Národnom laboratóriu akcelerátora SLAC v Kalifornii pracoval na štúdii M31.

'Dospeli sme k záveru, že galaxia Andromeda má menej kozmických lúčov ako naša vlastná Mliečna dráha, pravdepodobne preto, že M31 tvorí hviezdy - vrátane tých, ktoré umierajú ako supernovy, ktoré pomáhajú vytvárať kozmické lúče - pomalšie ako naša galaxia,' dodal Knödlseder.

Chocholy žiariaceho vodíka z centra M82, známej galaxie, ktorá prechádza prúdom tvorby hviezd. Táto mozaika šiestich snímok, ktoré v roku 2006 urobil Hubblov vesmírny teleskop, je najostrejšia, aká bola kedy v celej galaxii získaná.

Chocholy žiariaceho vodíka z centra M82, známej galaxie, ktorá prechádza prúdom tvorby hviezd. Táto mozaika šiestich snímok, ktoré v roku 2006 urobil Hubblov vesmírny teleskop, je najostrejšia, aká bola kedy v celej galaxii získaná.(Obrazový kredit: NASA, ESA a tím Hubbleovho dedičstva (STScI/AURA))

3. Cigarová galaxia (M82): To, čo funguje pre galaxiu Andromeda, funguje ešte lepšie pre M82, takzvanú galaxiu s hviezdnym výbuchom, ktorá je obľúbená aj medzi amatérskymi astronómami. M82 sa nachádza 12 miliónov svetelných rokov ďaleko v súhvezdí Veľkej medvedice.

Centrálna oblasť M82 tvorí mladé hviezdy rýchlosťou asi 10-krát vyššou ako Mliečna dráha, aktivita, ktorá tiež zaručuje vysokú mieru supernov, pretože väčšina hviezd s krátkou životnosťou sa blíži k výbušnému koncu.

Superschopná tvorba hviezd M82 nakoniec ustúpi, pretože sa spotrebuje plyn potrebný na výrobu nových hviezd, ale to môže byť v budúcnosti desiatky miliónov rokov. Pre Fermiho je to zatiaľ jasný zdroj gama lúčov.

4. Blazar PKS 0537-286: V jadre aktívnej galaxie je masívna čierna diera, ktorá poháňa prúdy častíc pohybujúcich sa rýchlosťou svetla. Astronómovia nazývajú galaxiu blazar, keď je jeden z týchto prúdov namierený našou cestou - najlepší pohľad na dramatické svetlice pri zmene podmienok v prúde. [ Video: O Blazaroch a čiernych dierach ]

PKS 0537-286 je premenlivý blazar v súhvezdí Lev a druhým najvzdialenejším objektom LAT. Astronómovia zistili, že galaxia je vzdialená viac ako 11,7 miliardy svetelných rokov.

Blazar je najvzdialenejšia aktívna galaxia v katalógu Fermi, ktorá ukazuje variabilitu. Astronómovia sú svedkami zmien v prúde poháňanom supermasívnou čiernou dierou tejto galaxie, ku ktorému došlo vtedy, keď mal vesmír iba 2 miliardy rokov (teraz je asi 13,7 miliardy rokov).

5. 2FGL J1305.0+1152: Posledná položka je ďalším záhadným objektom, ktorý sa nachádza v súhvezdí Panna a vysoko nad strednou rovinou našej galaxie. Zostáva slabý aj po dvoch rokoch pozorovaní LAT.

Jeden kľúč k klasifikácii týchto predmetov spočíva v ich spektre gama žiarenia-to znamená, že relatívny počet lúčov gama je vidieť na rôzne energie. Pri určitej energii spektrá mnohých predmetov zobrazujú to, čo astronómovia nazývajú „spektrálny zlom“, čo je pokles počtu gama lúčov pozorovaný pri zvyšovaní energií, než sa očakávalo.

Ak by týmto objektom bol pulzar, pri vyšších energiách by vykazoval rýchle prerušenie. Mnoho blazarov vykazuje oveľa postupnejšie prahy. 2FGL J1305.0+1152 však vôbec nepoukazuje na spektrálny zlom, takže jeho povaha zostáva skutočným tajomstvom - zatiaľ.

Sledujte SPACE.com a získajte najnovšie správy o vesmírnej vede a prieskume na Twitteri @Spacedotcom a ďalej Facebook .