Artystyczne wrażenie wybuchu promieniowania gamma eksplodującego w pobliżu Ziemi. Kliknij, aby powiększyć.
Żyjemy w niebezpiecznym wszechświecie. Teraz dodaj do listy impulsy gamma - te najpotężniejsze eksplozje we Wszechświecie. Nawet 10 sekund promieniowania z jednego z tych zdarzeń stanowiłoby śmiertelne zagrożenie dla życia na Ziemi. Zanim zaczniesz szukać innej planety, dr Andrew Levan z University of Hertforshire jest tutaj, aby wyjaśnić prawdopodobieństwo wybuchu w pobliżu. Wygląda na to, że szanse są na naszą korzyść.
Posłuchaj wywiadu: Jesteśmy bezpieczni od wybuchów promieniowania gamma (6,0 MB)
Lub subskrybuj podcast: universetoday.com/audio.xml
Co to jest podcast?
Fraser Cain: Teraz chcę się dowiedzieć, jak jestem bezpieczny od rozbłysków gamma, ale najpierw możesz wyjaśnić, na czym polegają te eksplozje?
Dr Andrew Levan: Błyski gamma były naprawdę tajemnicą przez ostatnie 30 lat. Po raz pierwszy zostały odkryte w 1967 r. Przez satelity, które zostały wystrzelone w poszukiwaniu dowodów na próby jądrowe w kosmosie. Tak więc w latach 60. obawy obu stron - Rosjan i Amerykanów - obawiają się, że strona przeciwna może testować broń nuklearną gdzieś w kosmosie. Tak więc istniał traktat zakazujący testowania, który zakazał tego, a następnie uruchomiono różne satelity, aby móc wykryć podpis tych testów. Te testy dałyby sygnał, który byłby rozbłyskami promieniowania gamma. I tak wystrzelono satelity, aby tego szukać. W rzeczywistości nigdy nie widzieli żadnych promieni gamma z testów jądrowych, ale znaleźli te bardzo jasne eksplozje, które miały miejsce nigdzie w Układzie Słonecznym. Nie jest związany z niczym, co się dzieje, co jest oczywiste; tak naprawdę nie Księżyc ani żadna z planet, ani nic podobnego. Były to pierwsze odkryte rozbłyski gamma.
Przez większość następnych 20 lub 30 lat to właściwie wszystko, co o nich wiedzieliśmy; te dziwne niewyjaśnione błyski promieniowania o wysokiej energii. Jest to światło o długości fali znacznie krótszej niż promieniowanie rentgenowskie, z którego korzystają obrazy medyczne. I były bardzo trudne z tego powodu, aby je wskazać. Więc tak naprawdę nie wiedzieliśmy, gdzie oni byli, czy byli gdzieś blisko nas, czy też byli daleko. A potem pod koniec lat 90. udało nam się ostatecznie ustalić ich pochodzenie za pomocą emisji optycznych, normalnego światła, co pokazało, że były to niezwykle jasne eksplozje, które mają miejsce w odległym Wszechświecie, więc mówisz o tym, żeby spojrzeć wstecz kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu - 95% wstecz przez epokę Wszechświata.
I to był pierwszy przełom. A potem w ciągu następnych kilku lat zdano sobie sprawę, że te wybuchy promieniowania gamma były w rzeczywistości spowodowane zapadnięciem się bardzo masywnej gwiazdy. Więc kiedy mówisz bardzo masowo, tak naprawdę mówisz o 20-30 razy cięższych niż Słońce. A z tymi gwiazdami dzieje się to, że spalają lub łączą wodór w cięższe pierwiastki w swoich rdzeniach. I w końcu ten proces ustaje, wpadają w siebie, tworzą czarną dziurę i to właśnie ten proces powoduje wybuch promieniowania gamma.
Fraser: Brzmi bardzo podobnie do wybuchu supernowej. Jaka jest różnica?
Dr Levan: Cóż, wiele wybuchów promieniowania gamma to wybuchy supernowych. Są więc tylko podzbiorem supernowych. Supernowa ma miejsce, gdy gwiazdom masywniejszym niż 8-krotna masa Słońca zabraknie paliwa jądrowego i zapadnie się, ale w większości przypadków tworzą one raczej gwiazdę neutronową niż czarną dziurę. Teraz gwiazda neutronowa jest nieco mniej ekstremalnym obiektem, ale nadal jest bardzo ekstremalna. Tak więc jest to mniej więcej masa Słońca, ale zapadła się w region o średnicy zaledwie 10 mil. Ale dzieje się tak, że faktycznie dostajesz o wiele mniej energii. Kiedy więc masz te bardzo masywne gwiazdy, które stają się rozbłyskami gamma, energia z tych promieni gamma jest emitowana w strumieniu. To tak, jakby rura węża była skierowana prosto na ciebie i zasadniczo wychodzi z biegunów gwiazdy na obu końcach. Oświetla niebo jako bardzo jasne źródło. Ale oświetla tylko kilka procent nieba. I tam emitowane są promienie gamma, i to właśnie powoduje rozbicie promienia gamma. I tylko kilka rodzajów supernowych to te, które tworzą zarówno czarne dziury, jak i warunki konieczne do utworzenia odrzutowca to te, które tworzą rozbłysk promieniowania gamma. A potem rozbłyski gamma są znacznie jaśniejsze niż normalne supernowe, które widzimy.
Fraser: A przebywanie w pobliżu to dość niebezpieczne miejsce. Jak ryzykowne i jak daleko jest sfera zniszczenia?
Dr Levan: Ludzie mówią o supernowych i mówią, że wybuchy promieniowania gamma są niebezpieczne dla Ziemi. W przypadku supernowej naprawdę musi być bardzo blisko; musi być w odległości około 10 parseków od nas (lub 30 lat świetlnych). Naprawdę nie ma w tym zbyt wielu gwiazd. Teraz dzięki rozbłyskom gamma jest o wiele jaśniej, że może być o 30 lub 40 000 lat świetlnych od nas. Tak jest w połowie galaktyki. Gdyby ktoś odleciał w centrum galaktyki i uderzył w Ziemię, byłoby to dla nas niezwykle niebezpieczne. Ponieważ to, co by się wydarzyło, uderzyłoby nas promieniowanie wysokoenergetyczne, jonizowałoby wysoką atmosferę i tworzyło wiele nowych, dość nieprzyjemnych tlenków azotu, które powodowałyby kwaśne deszcze. Zniszczyłby warstwę ozonową, a jednocześnie zasłoniłby stronę Ziemi skierowaną do niej niesamowicie wysoką dawką promieniowania ultrafioletowego.
Fraser: Jeśli jeden z nich wybuchnie w twojej galaktyce, będzie to ogromna porażka na całe życie. Nie mogę sobie wyobrazić wiele, które mogłyby to wytrzymać, oprócz mikrobiologicznego życia pod ziemią.
Dr Levan: Tak, absolutnie tak jest. Wpływ na nas jest taki, że miałbyś raczej paradoksalną sytuację, w której tlenki azotu, które powstały w atmosferze, mogły faktycznie blokować światło optyczne, więc miałbyś globalne chłodzenie. Miałbyś problemy z fotosyntezy roślin i tym podobne. Ale jednocześnie, ponieważ niszczona jest warstwa ozonowa, miałbyś wysoki strumień światła ultrafioletowego, który naprawdę szkodziłby każdemu życiu, które się z nią spotkało. I tak drastycznie wpłynęłoby to na proces ewolucji. Czy jest możliwe, aby ewoluować wystarczająco, aby przetrwać, jest bardzo mało prawdopodobne.
Fraser: Czy naukowcy uważają, że jest to odpowiedzialne za niektóre wydarzenia wyginięcia w przeszłości?
Dr Levan: Wiele się na ten temat dyskutuje. Oczywiście najczęściej mówi się o wyginięciu dinozaurów i wiele osób uważa, że była to prawdopodobnie asteroida uderzona z zewnątrz Ziemi lub coś w tym rodzaju. Około 400 milionów lat temu z pewnością miało miejsce wyginięcie, o którym ludzie mówili, że być może z powodu wybuchu promieniowania gamma. Oczywiście, kiedy patrzysz wstecz i próbujesz przeglądać zapis kopalny, jest to bardzo niepewne, ale z pewnością mówiono o wybuchach promieniowania gamma, ponieważ są one mniej powszechne niż supernowa, mogą wpływać na ciebie tak bardzo głoś Ziemię, o której mówili ludzie o wyginięciu w przeszłości z powodu wybuchów promieniowania gamma.
Fraser: OK, teraz obiecano mi dobre wieści. Połóż to na mnie.
Dr Levan: To, co zrobiliśmy, to zbadanie wielu z tych wybuchów, około 40 z nich. Teraz są to rozbłyski promieniowania gamma, które możesz zrelaksować, są tak daleko, że trudno je dostrzec nawet przy największych teleskopach na świecie. Ale możemy się z nich uczyć to rodzaj galaktyki, w której się one zdarzają. I tak Droga Mleczna, która jest naszą galaktyką, nazywana jest wielką spiralą projektową. To świetna wielka, bardzo masywna galaktyka. Teraz, gdy spojrzysz na rodzaje galaktyk, w których one zwykle występują, okazuje się, że zawsze znajdują się one w tych małych, bałaganiarskich, bardzo nieregularnych galaktykach, które mają bardzo małą masę, które są bardzo odmienne od Drogi Mlecznej. A powodem tego jest to, że Droga Mleczna ma wiele tego, co nazywamy metalami. Teraz, gdy astronomowie mówią o metalach, tak naprawdę nie mamy na myśli takich rzeczy, jak aluminium czy żelazo, czy coś takiego. Naprawdę mamy na myśli cokolwiek cięższego niż wodór lub hel. Aby więc mieć życie, musisz mieć węgiel i tlen oraz takie rzeczy, które są bardzo rzadkie w małych galaktykach, w których wybuchają promienie gamma. I kiedy zdajesz sobie sprawę, że małe galaktyki są niezbędne do tworzenia rozbłysków gamma, to, czego potrzebujesz w zasadzie, to bardzo masywne gwiazdy, które tworzą czarne dziury, i znacznie łatwiej jest to zrobić w tych małych galaktykach, które mają bardzo niewiele metale. A to w gruncie rzeczy oznacza, że chociaż mieliśmy to w przeszłości, wybuchy promieni gamma po prostu nie występują w galaktykach takich jak nasza.
Fraser: Wiem, że niektóre ostatnie badania pokazują nam regiony formujące gwiazdy w pobliskich galaktykach satelitarnych Drogi Mlecznej, które budują gwiazdy o masie 50-80 razy większej niż Słońce, więc są to dobrzy kandydaci lub coś w tym jest cięższe elementy?
Dr Levan: Tak, więc jest coś bardzo konkretnego w cięższych elementach. Kiedy masz cięższe pierwiastki w gwieździe, w rzeczywistości ma to bardzo zasadniczy wpływ na ewolucję gwiazdy. I tak się dzieje, że te ciężkie pierwiastki mają coś, co nazywamy wiatrem gwiezdnym; dość silne wiatry gwiezdne. A to oznacza, że odpychają cały materiał, który jest poza nimi. Więc chociaż zaczynają swoje życie jako bardzo masywne gwiazdy, do końca życia faktycznie stracili dużą część tej masy, że nie są już wystarczająco masywni, aby tworzyć czarne dziury. I tak faktycznie tworzą one te gwiazdy neutronowe jako normalne supernowe. Nie ma więc wątpliwości, że te masywne gwiazdy, które widzisz, i masywne obszary formowania gwiazd, które widzisz, będą tworzyć supernowe, ponieważ są znacznie dalej, nie stanowią dla nas żadnego zagrożenia. A z powodu ich gwiezdnych wiatrów stracą tyle swojej masy, że nie będą w stanie tworzyć czarnych dziur i nie będą w stanie wykonać rozbłysków gamma.
Fraser: Ponieważ wszystkie wybuchy promieniowania gamma były widziane we wszechświecie, jest to prawie jak funkcja wieku - gdy odwracasz wzrok, patrzysz w przeszłość. Kiedyś mieliśmy rozbłyski promieniowania gamma, ale już się nie zdarzają.
Dr Levan: Tak, bardzo. Oczywiście, gdy gwiazdy ewoluują, tworzysz swoje pierwsze pokolenie gwiazd. Wszystkie metale, wszystkie atomy, które widzisz wokół siebie, w ciele, w budynku i wszystko w tym stylu, powstały z wybuchów supernowych w przeszłości. Wzbogacają wszystko wokół siebie, a następnie powstaje kolejne pokolenie gwiazd i tak dalej. Kiedy więc spojrzysz wstecz na Wszechświat, było mniej tych metali i mniej tych ciężkich pierwiastków, więc wczesny Wszechświat jest znacznie bardziej obiecującym miejscem do poszukiwania rozbłysków gamma niż Wszechświat, jaki widzimy teraz. gdzie tylko małe rozbłyski gamma występują w małych galaktykach, w których formowanie gwiazd nie trwało tak długo, jak było w Drodze Mlecznej.
