냉전이 한창인 1967 년 XNUMX 월 소련 핵무기 실험을 위해 발사 된 미국 위성 전혀 예상치 못한 것을 발견. Vela 3 및 4 위성은 우주에서 나오는 것처럼 보이는 고 에너지 광자 또는 감마선의 짧은 섬광을 관찰했습니다. 나중에 1973 논문 XNUMX 개가 넘는 신비한 사건을 수집 한 천문학 자들은이를 감마선 폭발이라고 불렀습니다. "그 이후로 우리는 이러한 폭발이 무엇인지 이해하려고 노력했습니다." 앤드류 테일러, 함부르크에있는 독일 전자 싱크로트론 (DESY)의 물리학 자.

최초의 발견 이후 천문학 자들은 감마 방사선의 폭발이 어디에서 오는지 논의했습니다. 이것이 감마 방사선에 동력을 공급하는 중요한 단서입니다. 어떤 사람들은 그러한 밝은 광원이 우리 태양계 근처에 있어야한다고 생각했습니다. 다른 사람들은 그들이 우리 은하에 있고 다른 사람들은 우주 너머에 있다고 주장했습니다. 이론은 풍부했습니다. 데이터는 그렇지 않았습니다.

1997 년에는 이탈리아와 네덜란드 위성 인 BeppoSAX가 확인 된 감마선 파열은 은하계 밖에서 발생했으며 어떤 경우에는 수십억 광년 떨어진 곳에서 발생했습니다.

이 발견은 당혹 스러웠습니다. 천문학 자들은 이러한 물체가 얼마나 밝은지를 설명하기 위해-심지어 그러한 거리에서 물체를 관찰 할 때에도-그것을 유발 한 사건이 거의 상상할 수 없을 정도로 강력해야한다는 것을 깨달았습니다. DESY의 천체 물리학 자 Sylvia Zhu는“우주에있는 어떤 물체에서 폭발로 그 양의 에너지를 얻을 수있는 방법이 없다고 생각했습니다.

감마선 폭발은 별이 붕괴하고 폭발 할 때 발생하는 초신성과 동일한 양의 에너지를 방출하지만 몇 주가 아닌 몇 초 또는 몇 분 내에 발생합니다. 그들의 최고 광도는 우리 태양의 천억 배가 될 수 있으며 가장 밝은 초신성보다 100 억 배나 더 많습니다.

그들이 너무 멀리 있다는 것은 다행 인 것으로 판명되었습니다. "만약 우리 은하계에서 제트기가 우리를 향한 감마선 폭발이 있었다면, 당신이 희망 할 수있는 가장 좋은 것은 빠른 멸종 일 것입니다."라고 Zhu는 말했습니다. “방사선이 오존을 박살 내고 즉시 모든 것을 튀겨 죽이기를 바랍니다. 최악의 시나리오는 멀리 떨어져 있으면 대기의 일부 질소와 산소가 이산화질소로 변할 수 있기 때문입니다. 분위기가 갈색으로 변할 것입니다. 느린 죽음이 될 것입니다.”

감마선 버스트는 길고 짧은 두 가지 맛이 있습니다. 최대 몇 분 정도 지속될 수있는 전자는 별에서 비롯된 것으로 생각됩니다. 우리 태양 질량의 20 배 이상 블랙홀로 무너지고 초신성으로 폭발합니다. 후자는 약 XNUMX 초까지만 지속되며 두 개의 병합 중성자 별 (또는 블랙홀과 병합 된 중성자 별)에 의해 발생합니다. 2017 년 확인 중력파 관측소가 중성자 별 합병을 감지하고 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경이 관련 감마선 폭발을 포착했습니다.

각각의 경우 감마선 폭발은 폭발 자체에서 발생하지 않습니다. 오히려 그것은 반대 방향으로 폭발에서 발사되는 빛의 속도보다 훨씬 낮은 속도로 움직이는 제트에서 나옵니다. (제트기에 동력을 공급하는 정확한 메커니즘은 "매우 근본적인 질문"으로 남아 있습니다.)

“고 에너지에서의 속도와 제트로의 초점이 결합되어 극도로 빛나게합니다.”라고 말했습니다. 나일 탄 비르, 영국 레스터 대학의 천문학 자. "그것은 우리가 그들을 아주 멀리 볼 수 있다는 것을 의미합니다." 평균적으로 XNUMX 개의 관찰 가능한 감마선 폭발 눈에 보이는 우주에서 매일.

최근까지 감마선 폭발을 연구하는 유일한 방법은 지구 오존층이 감마선이 표면에 도달하는 것을 차단하기 때문에 우주에서 관찰하는 것이 었습니다. 그러나 감마선이 대기로 들어가면 다른 입자와 충돌합니다. 이 입자들은 공기 중의 빛의 속도보다 더 빨리 밀려서 Cherenkov 방사선으로 알려진 푸른 빛을 방출합니다. 그런 다음 과학자들은이 파란 빛의 폭발을 스캔 할 수 있습니다.

우리의 대기는 단일 망원경보다 훨씬 더 큰 수집 영역을 가지고 있기 때문에이 탐색 전략은 천체 물리학 자에게 드물고 발견하기 어려운 최고 에너지 감마선 폭발을 찾을 수있는 더 큰 기회를 제공합니다.

그러한 초고 에너지 폭발의 첫 관찰 2018 년 XNUMX 월 제작 HESS (High Energy Stereoscopic System)라고하는 나미비아의 안테나 배열에 의해. 방사선은 초기 감마선 폭발 자체가 아니라 잔광이라는 효과에서 발생했습니다. 이 경우, 감마선 폭발의 제트는 초신성이되면서 별에서 흩어진 물질과 충돌했습니다. 충돌은 입자를 고속으로 가속시켜 전자기 복사를 생성하여 지구로 향했습니다.

이제 종이에 이달 초 저널에 게재 과학, Taylor, Zhu 및 동료들은 감마선 폭발로 인한 가장 긴 고 에너지 잔광을 HESS를 사용하여 비교적 가까운 거리 인 190829 억 광년에서 1 시간 동안 GRB 56A를 연구했습니다. 그들은 더 높은 에너지가 2018 년의 결과보다 XNUMX 배 이상 더 오래 지속된다는 것을 발견했습니다. "이것은 기본적으로 획기적인 결과입니다." 브라이언 레빌, 독일의 막스 플랑크 핵 물리 연구소의 물리학 자이며 연구의 저자가 아닙니다. "폭발 후 최대 XNUMX 일까지 매우 높은 에너지의 감마선 광자를 탐지하는 것은 정말 대단한 일입니다." 이 발견은 우리의 상당히 단순한 모델 감마선 파열이 어떻게 생성되는지에 대해 더 복잡한 물리학이 작용할 수 있음을 시사합니다. "갑자기 물음표가 생기면 정말 신나는 일입니다."라고 Reville은 말했습니다.

감마선 폭발과 그 잔광은 우주에 대한 우리의 이해에도 중요한 역할을 할 수 있습니다. 초신성과 중성자 별 합병은 금과 백금과 같은 우주의 무거운 원소를 생산합니다.. 폭발은 이러한 사건 이후 잔해에 대한 창문을 제공하기 때문에 과학자들은 우주 시간에 따라 우주의 화학 성분이 어떻게 변했는지 추적하는 데 사용할 수 있습니다.

같은 미래의 악기 Cherenkov 망원경 어레이2023 년에 온라인에 출시 될 예정인은 이러한 수수께끼 같은 폭발을 더욱 자세히 연구 할 수 있습니다. “다음 [단계]는 매우 오랜 시간 동안 감마선 버스트를 조사하는 것입니다.”라고 Taylor는 말했습니다. "시간이 지남에 따라 [방출]이 어떻게 변하는지는 물리학이 일어나는 것을 알려줍니다."

과학자들은 감마선 폭발의 중심에서 생성 된 물체가 블랙홀인지 중성자 별인지 명확히하기를 희망합니다. Zhu는“차세대 중력파 탐지기에서 이것을 발견 할 수있을 것”이라고 말했다.

우연히 발견 된 지 반세기가 지난 지금, 우리는 이전과는 전혀 다른 방식으로 이러한 사건을 연구하기 시작했습니다. Taylor는“우리는 매우 빠르게 배우고 있으며 지난 20 년 동안 배운 것은 우리가 놀라는 것을 막을 수있는 증거를 보여주지 못했습니다.”라고 말했습니다.