Evrene uçan "küçük arı" gizemli "gama patlaması" na bakıyor
"Küçük arı" nın olağanüstü performansı, bilim adamlarının gama ışını patlamalarının polarizasyonunun şimdiye kadarki en iyi gözlem sonuçlarını elde etmelerini sağladı. Bu sonuçlar, insanların evrendeki bazı temel astrofiziksel süreçleri (kara deliklerin oluşumu, aşırı rölativistik jetler vb.) Daha iyi anlamalarına yardımcı olacak ve bilim insanlarına evrendeki aşırı fiziksel ortamlar ve koşullarla ilgili temel bilimsel sorulara cevaplar sağlayacaktır. Önemli ipuçları verin.
Evren-gama patlamasından harika özel efektler
Gama ışını patlamaları (gama ışını patlamaları olarak adlandırılır), insanların Büyük Patlama'dan bu yana algılayabildiği evrendeki en yoğun göksel patlama fenomenleridir. Patladığında, parlaklığı son derece yüksektir, bu da evrendeki diğer gök cisimlerinin gama ışını parlaklığının toplamından daha fazladır.Süresi genellikle 0.1-1000 saniyedir ve radyasyon enerjisi esas olarak 0.1-100 MeV'de yoğunlaşmıştır.
GRB fenomeninin simüle edilmiş bir görüntüsü. Resim kaynağı: Çin Bilimler Akademisi, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü tarafından sağlanmıştır.
GRB'lerin keşfi 1973'te duyurulduğundan beri, bunlar üzerine yapılan araştırmalar astronomi ve fizikte son derece aktif bir sınır alanı olmuştur. 1997'den beri, GRB'lerin gözlemsel araştırması, Amerikan "Science" dergisi tarafından dört kez dünyanın en iyi on bilimsel ve teknolojik başarısından biri olarak derecelendirildi.
Şu anda, insanlığın gördüğü en uzak gama patlaması (No. GRB 090423), dünyadan 13,2 milyar ışıkyılı uzaklıkta ve gerçekleştiğinde, evren hala çocukluktaydı, sadece 600 milyon yıldan daha yaşlıydı.
Gama patlamaları nasıl gerçekleşir? Genel olarak iki mod olduğuna inanılır: bir mod, patlamanın büyük bir yıldızın ölümü sırasında üretilmesi ve diğer mod, bir nötron yıldızı veya bir nötron yıldızı ve bir kara delik gibi iki yoğun nesnenin birleştirilmesidir. . Bu süreçlerin her ikisine de genellikle kara deliklerin doğuşu eşlik eder.
İki nötron yıldızının birleşmesi, simüle edilmiş bir gama patlaması üretir. Resim kaynağı: Çin Bilimler Akademisi, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü tarafından sağlanmıştır.
GRB polarizasyonu neden ölçülür?
Polarizasyon, ışığın bir özelliğidir Polarizasyon, ışığın elektrik alan vektörü, ışığın yayılma yönüne dik bir düzlemde belirli yönlerde titreşme eğiliminde olduğunda meydana gelir. Daha sonra, elektrik alan vektörü titreşim yönünün eğilimine göre, polarize ışık üç türe ayrılabilir: tamamen polarize ışık, kısmen polarize ışık ve polarize olmayan ışık.
Polarizasyon olgusunun şematik diyagramı
Bunların arasında, tamamen polarize ışık üç türe ayrılır: doğrusal polarize ışık, dairesel polarize ışık ve eliptik polarize ışık. Kısmen polarize ışık, polarize olmayan ışık ile tamamen polarize edilmiş ışığın üst üste gelmesidir. Doğal ışık bir tür polarize olmayan ışıktır.
Arıların bileşik gözleri, güneşin polarize ışığına göre güneşin konumunu belirleyebilir. Resim kaynağı: Çin Bilimler Akademisi, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü tarafından sağlanmıştır.
Peki, GRB'nin polarizasyon ölçümünün önemi nedir? Gama patlaması fenomeninin keşfinin üzerinden yarım yüzyıl geçti, ancak patlamanın doğası üzerine yapılan araştırmalar henüz bir sonuca varmadı. Gama patlamalarının patlama mekanizması için, bilim adamları çeşitli teorik modeller önermişlerdir. Farklı teorik modeller, gama patlaması sırasında oluşan gama ışınlarının polarizasyon durumunda farklılık gösterir.
Bu nedenle, polarizasyonu ölçme yöntemi, patlamanın fiziksel sürecini, radyasyon alanının yapısını ve çevreleyen manyetik alanın yapısını doğrulamak için gama patlamalarının patlama mekanizmasını incelemek için kullanılabilir.
GRB'nin polarizasyonunu ölçmek kolay değil
Evrendeki gök cisimleri tarafından üretilen gama ışını fotonları şu dört bilgi yönüne sahiptir: fotonun varış zamanı, enerjisi, yönü ve polarizasyonu.
Şu anda, bilim adamları ilk üç yönü tespit etmek ve araştırmak için olgun yöntemlere sahipler, ancak son polarizasyon tespitinde zorluklarla karşılaştılar. Ve çok zordur - her şeyden önce, GRB'nin kendisini yakalamak kolay değildir. Gama ışınları atmosfere girdiklerinde tepki verdiğinden, yerdeki gama patlamalarının ürettiği gama ışınlarını ölçmek imkansızdır.Gama patlamasının gözlemlenmesi uygun bir uydu platformu gerektiren uzayda gerçekleştirilmelidir. İkinci olarak, geniş bir etkili alana ve yüksek hassasiyete sahip bir polarizasyon detektörü geliştirmek teknik olarak zordur.
"Göksel kutup" teleskopundan önce, diğer uydular gama patlamalarının polarizasyonunu ölçmeye çalışmışlardır, ancak bunların çoğu, algılama cihazının kendisinin büyük sistem hatası ve küçük sistem hataları ile birkaç deneyin hassasiyeti nedeniyle etkili polarizasyon ölçüm sonuçları sağlayamamaktadır. Aynı zamanda nispeten zayıftır ve istatistiksel olarak önemli yüksek hassasiyetli gama ışını patlama polarizasyon ölçüm sonuçları verilmemiştir.
Gama ışını patlamalarının araştırma tarihi boyunca, 1960'larda keşfedilmesinden bu yana yaklaşık yarım yüzyıl geçti.Son 25 yılda, toplam 5 uzay keşif deneysel projesi toplamda yaklaşık 10 gama ışını patlaması yayınladı. Işın polarizasyonu algılama sonucu. CGRO, RHESSI ve INTEGRAL, gama patlamalarının birkaç polarizasyon ölçüm sonuçları vakası bildirmesine rağmen, dedektörün polarizasyon ölçüm sisteminin büyük hataları ve kaba ölçüm sonuçları nedeniyle, tümü gama patlaması radyasyon mekanizması modeline herhangi bir kısıtlama veya kısıtlama getiremez.
Daha sonra GAP ve COSI deneyleri, polarizasyon ölçümünün sistem hatasını iyileştirdi, ancak nispeten küçük etkili alan nedeniyle, polarizasyon ölçümünün hassasiyeti hala zayıftı, bu nedenle gama patlamasının polarizasyon ölçüm sonuçları da çok azdı ve doğruluk yüksek değildi.
Beklentileri karşılayan "Sky Pole" teleskopu öne çıkıyor
Önceki keşif çalışmasıyla karşılaştırıldığında, "göksel kutup" teleskopunun performansı çok sevindiricidir.
"Gök Kutbu" teleskopu yörüngedeki 55 gama ışını patlamasını tespit edip onayladı ve bunlardan 5 tanesinde yüksek hassasiyetli polarizasyon ölçümü gerçekleştirdi.Bu, şimdiye kadar dünyadaki en büyük yüksek hassasiyetli gama ışını patlaması polarizasyon ölçüm örneğidir. Patlama sırasında gama ışını patlamasının ortalama polarizasyon derecesinin düşük olduğu (ortalama yaklaşık% 10) ve tek modlu bir yapıya sahip gama ışını patlamasının polarizasyon açısının evriminin ilk kez keşfedildiği sonucunu ilk kez buluyor. .
Bu yeni gözlemler, gama ışınları üreten aşırı göreli jetin dahili evriminin, polarizasyon açısının hızlı bir şekilde evrimleşmesine yol açarak, gözlemlenen gama ışını patlamalarının ortalama polarizasyon derecesini düşük hale getirmiş olabileceğini göstermektedir. Bu keşif, mevcut büyük gama ışını patlama modellerinin tahminleriyle açıkça tutarsızdır ve aşırı göreceli jetin yapısının ve iç manyetik alanının konfigürasyonunun daha önce anlaşılandan daha karmaşık olduğunu gösterir.
Bu, gama ışını patlaması olgusunun 1970'lerde keşfedilmesinden bu yana en iyi kutuplaşma gözlem sonucudur.Kara deliklerin oluşumu ve aşırı göreceli jetlerin oluşumu gibi temel astrofiziksel süreçlerin daha iyi anlaşılmasına yardımcı olur. Bu, yeni nesil uzaydır. Yüksek enerjili astronomik gözlem araçlarının geliştirilmesi ve uzay astronomisi temel fiziğinin sınır araştırması, sağlam bir bilimsel ve teknolojik temel oluşturdu ve yeni önemli araştırma konularını ortaya koydu.
"Göksel kutup" teleskobunun gözlem sonuçlarının yayınlanmasından önce, hiç kimse gama patlamalarının polarizasyonu üzerine yüksek hassasiyetli sistematik tespit çalışmaları yürütmemişti. Denilebilir Tiangong-2 "göksel kutup" teleskop deneyi, gama patlamalarının incelenmesi için yeni bir pencere açtı ve gelecekte bu alanda daha fazla yeni ilerleme ve keşiflerin yapılması bekleniyor. .
"Küçük Arı" neden bu kadar iyi?
"Polar" (POLAR) teleskobunun tam adı, Tiangong-2 uzay laboratuvarına monte edilen tek Çin-Avrupa uluslararası işbirliği deney projesidir.
"Küçük arı" GRB sahnesini (şematik diyagram) yakalar. Resim kaynağı: Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Detektör malzemesi, gama fotonları ile detektör arasındaki Compton saçılma etkileşimi için elverişli olan düşük yoğunluklu, düşük atom numaralı ve kararlı mekanik ve kimyasal özelliklere sahip organik plastik sintilatörler kullanır ve böylece gama fotonlarının polarizasyonunu daha etkili bir şekilde ölçer. bilgi.
Çin Bilimler Akademisi, Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü. Fotoğrafçı: Yuki
Bu kez, Yüksek Enerji Enstitüsü'nün göksel kutup teleskop ekibi ve Avrupalı bilim adamları zorlukların üstesinden gelmek için birlikte çalıştılar. On yıldan fazla teknik araştırma ve bilimsel araştırmanın ardından, sonunda gama patlamalarının polarizasyon tespiti sorununu çözdüler ve gama patlamalarının uzay tabanlı tespitini tamamladılar. Yüksek hassasiyetli ve sistematik kutuplaşma gözlem çalışması, bu araştırma alanında benzeri görülmemiş bir ilerleme kaydetti ve uluslararası meslektaşlar tarafından büyük övgü aldı.
Daha sonra, uluslararası işbirliğini daha da genişletecekler, "göksel kutup" teleskopu tarafından ortaya çıkan gama ışını patlamalarının yeni bilimsel sorunlarını birlikte yorumlayacaklar ve kara deliklerin oluşumuna ve aşırı göreceli jetlerin oluşumuna nihai çözüme önemli katkılarda bulunacaklar.
Kaynak: Ben bir bilim adamıyım iScientist
