Neparastais kosmoss: galaktikas – killeri

 

          Pagājušajā gadsimta trīsdesmitajos gados, bet it sevišķi pēc II pasaules kara, strauji attīstoties radiotehnikai, astronomiem pavērās iespēja apgūt jaunu kosmiskā elektromagnētiskā starojuma spektra diapazonu. Tādējādi no klasiskās jeb optiskās astronomijas pirmā nozarojās radioastronomija, kas deva daudz pārsteidzošu atklājumu un radikāli mainīja priekšstatus par kosmisko objektu dabu un tajos notiekošajiem procesiem. Par kosmisko starojumu dabu un iedarbību SP stāsta LU Astronomijas institūta direktors LZA korespondētājloceklis Dr. phys. Arturs BALKLAVS-GRĪNHOFS.

 

Visums rentgenā

Kā astronomiem, tā arī plašākai publikai kļuvuši pierasti tādi neparasti jēdzieni kā radiogalaktikas, kvazāri, pulsāri u. c., kas, protams, vēl vairāk sakāpināja interesi par to, kāds Visums izskatās elektromagnētiskā starojuma spektra otrajā – cieto kvantu, t. i., rentgenstaru (rs.) un it īpaši jau viscietāko jeb gamma starojuma (g.s.) kvantu galā, jo tie dotu liecību par tiem spēcīgajiem enerģētiskajiem procesiem, kuri izraisītu atomu kodolu pārvērtības.

Lai gan nepieciešamo tehnisko aprīkojumu – rs. un g.s. uztvērējus – fiziķi jau bija apguvuši, līdz to izmantošanai astronomiskos pētījumos vēl bija jāgaida, kamēr ar šiem uztvērējiem apgādātos rs. un g.s. teleskopus varētu pacelt virs blīvajiem atmosfēras slāņiem, kas šiem cietajiem un nāvējošajiem kvantiem neļauj nonākt līdz Zemes virsmai. Tāda iespēja radās līdz ar kosmonautikas attīstību, un tā astronomijā ienāca rs. un gamma staru astronomija, kas atkal sagādāja astronomiem virkni negaidītu pārsteigumu, viens no kuriem ir kosmiskā g.s. uzliesmojumi (k.g.s.u.).

          K.g.s.u. pirmo reizi detektēja ASV militārai izlūkošanai palaistie Vela tipa satelīti aukstā kara laikā, lai konstatētu kodolizmēģinājumus, kuros, kā zināms, ģenerējas spēcīgs elektromagnētiskais, tostarp arī g.s., impulss, un pirmās publikācijas par k.g.s.u. parādījās jau 1973. gadā. Taču virkne rs. un g.s. teleskopu tehnisko nepilnību, kā arī k.g.s.u. neprognozējamība traucēja šo ļoti intriģējošo parādību izpēti līdz pat 1991. gadam, kad uz speciāli šim nolūkam palaistā satelīta CGRO (Compton Gamma-Ray Observatory – Komptona gamma staru observatorija) uzstādītā g.s. detektēšanas iekārta BATSE (Burst and Transient Source Experiment – uzliesmojumu un īslaicīgu avotu eksperiments) atklāja, ka šo uzliesmojumu avoti ir vienmērīgi izkliedēti pa visu debesjumu. Tā jau bija zinātniska sensācija, jo norādīja uz lielu daudzumu ārpusgalaktisku un spēcīgu gamma starojuma avotu pastāvēšanu. Tādi netika novēroti ne Saules sistēmas apkārtnē, ne arī mūsu Galaktikā jeb Putnu Ceļā. Lieki teikt, ka tas vēl vairāk sakāpināja interesi par šo mīklaino parādību dabu.

K.g.s.u. izpaužas kā īsi impulsi un to sērijas – ar ļoti īsu impulsa frontes pieauguma laiku Dt, kas liecina par ļoti strauju, eksplozīvu (Dt<1 milisek) procesa attīstību (skat. 1. att., kas ņemts no Karaliskās Astronomijas biedrības žurnāla Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 11 January 2001,  p. L26).

 

Optiskie dubultnieki

Tomēr vislielāko sensāciju radīja šo uzliesmojumu optisko dubultnieku – pēcblāzmu - sekmīgā novērošana, jo tā deva iespēju pēc optisko spektrāllīniju sarkanās nobīdes novērtēt attālumu līdz šiem objektiem un līdz ar to izdarīt atklājumu, ka šie avoti atrodas ļoti lielos, miljardos gaismas gadu (g.g.) mērāmos jeb tā sauktos kosmoloģiskos attālumos. Tas jau pavisam skaidri parādīja, ka astronomi ir satapušies ar procesiem, kuros izdalās ekstrēmi lielas enerģijas (skat. 2., 3. un 4.att.).

Optiskās pēcblāzmas cēlonis ir dažādie mijiedarbības procesi, kas tiek iniciēti, uzliesmojumā ģenerētajiem g.s. kvantiem caurstrāvojot gan savas galaktikas starpzvaigžņu vielu, gan tās galaktikas, kas atrodas starp uzliesmojuma avotu un Zemi. Tā, piemēram, ietriecoties starpzvaigžņu gāzē, šīs varenās gamma kvantu lavīnas var radīt jaudīgus triecienviļņus, kuri, izplatoties starpzvaigžņu vidē, to uzkarsē un inducē optisku starojumu vai arī rada to, absorbējoties galaktiku starpzvaigžņu gāzē, to ierosinot un pakāpenisku pāreju gaitā transformējoties par optisko starojumu.

Par to, cik šī k.g.s.u. laikā emitētā enerģija var būt liela, var pārliecināties, aplūkojot tabuliņu, kurā sakopoti divi līdz šim vislabāk izpētīto k.g.s.u. parametri.

 

-------------------------------------

uzliesmojuma    Dt      E_g        N_sub

apzīmējums^(*)   (s)    (ergi)             

-------------------------------------

GRB 971214      40   ~3,0.10⁵³    ~6

GRB 990123     100   ~3,4.10⁵⁴    ~8

-------------------------------------

 

^(*)GRB ir saīsinājums no angļu valodas - gamma ray burst – gamma staru uzliesmojums; pirmie divi skaitļi norāda gadu, kad uzliesmojums ir reģistrēts, otrie – mēnesi, trešie – dienu jeb datumu; Dt norāda k.g.s.u. ilgstību (sekundēs); E_g - k.g.s.u. izdalītā enerģija, pieņemot, ka tā tiek izstarota izotropi; N_sub – k.g.s.u. laikā vairāk vai mazāk pārliecinoši reģistrētie apakšuzliesmojumi vai subuzliesmojumi. Zemes tuvumā šo tālo avotu radītās g.s. plūsmas ir ļoti niecīgas – ap 10^-5 ergi/cm².

 

Eksotiskas teorijas un īstenība

Šie pētījumi, protams, izraisīja dažādas hipotēzes, kuru nolūks bija sameklēt iespējamus k.g.s.u. mehānismus, kā arī intensīvus pētījumus, lai konstruētu atbilstošus teorētiskus modeļus, kuri varētu izskaidrot šādu milzīgu enerģiju ģenerēšanos. Par to, ka šajā ziņā astronomiem nevar pārmest vēlmju un izdomas trūkumu, var liecināt tas, ka nu jau apmēram 30 gadu laikā kopš k.g.s.u. atklāšanas par to cēloņiem ir diskutēts daudzās teorijās, tostarp visai eksotiskās, piemēram, zvaigžņu sadursmes, sevišķu, vēl nepazīstamu matērijas pirmveidu vai stāvokļu transformācijas, melnie caurumi (m.c.) Saules sistēmā, komētu eksplozijas, ļoti lielu masu (masas lielākas par 25 Saules masām) zvaigžņu kolapss, topot par m.c., un to uzliesmojums kā hipernovas šī procesa gaitā utt.

          No šiem uzliesmojumiem sevišķu uzmanību ir piesaistījis GRB 971214. To 1997. gada 14. decembrī reģistrēja satelītā BeppoSAX uzstādītais g.s. monitors, un tas bija trešais k.g.s.u., kuram novēroja optisko pēcblāzmu. Ja šī avota attālums ir ap 12 miljardiem g.g., tad nav grūti aplēst, ka ar GRB 971214 saistītais avots dažās sekundēs izstaro tādu pašu enerģiju, kādu viss mūsu Putnu Ceļš, kurš satur ap 200 miljardiem zvaigžņu, izstaro 200 gadu laikā.

Vēl lielāka enerģijas aplēse, kā redzams no tabulas, seko no 1999. gada 23. janvārī ar BATSE novērotā k.g.s.u. Aprēķini rādīja, ka šis avots, atrodoties ap 10 miljardu g.g. attālumā, k.g.s.u. laikā ir izstarojis enerģiju, kas pārsniedz vairāk nekā daudzu miljonu miljardu (>10¹⁶) Saulei līdzīgu zvaigžņu producēto enerģiju.

 

Melnie caurumi

Šobrīd vislielāko popularitāti ir ieguvis ķīniešu astrofiziķu K. Čenga (K.S. Cheng) un J. Lu (Y. Lu) izstrādātais modelis ar masīvu un ātri rotējošu melno caurumu (m.c.) galaktiku kodolos, jo rotācijā m.c. iegūst kvalitatīvi jaunas un visai neparastas īpašības, tostarp un pie atbilstošiem nosacījumiem, galvenokārt, ja ir pietiekams apkārtējo zvaigžņu daudzums, izraisot arī ārkārtīgi intensīva g.s. ģenerāciju.

Zinot k.g.s.u. izdalītās enerģijas, nav grūti aprēķināt, ka gadījumā, ja šādu starojumu ģenerējoša galaktika atrastos mums tuvākās galaktikas – Lielā Magelāna Mākoņa (attālums līdz tam ir ap 163 tūkstoši g.g.) – vietā, g.s. intensitāte Zemes tuvumā būtu tik augsta, ka dzīvības pastāvēšana nebūtu iespējama. Tas padara šādas galaktikas par īstām slepkavām jeb killeriem.

Taču mums par laimi šādas intensitātes k.g.s.u. ir raksturīgi tikai ļoti tālām, t. i., ļoti jaunām galaktikām to dzimšanas un veidošanās stadijā, kad notika biežas galaktiku sadursmes. Galaktikām kļūstot vecākām, šie vētrainie ar m.c. saistītie aktivitātes procesi dažādu faktoru dēļ pamazām norimst. Liecība tam ir daudzu tuvo galaktiku un arī mūsu Putnu Ceļa galaktikas kodolu novērojumi, kuros arī atrodas masīvi daudzu desmitu un simtu miljonu Saules masu lieli m.c., bet procesi to apkārtnē, kas ir dažādu, tostarp arī g.s., cēlonis, rit ar mazu intensitāti un mūs neapdraud.