התפרצות גמא

התפרצות גמא (Gamma-ray burst, GRB) היא פרץ פתאומי של קרינת גמא, אור בעל אנרגיה מאוד גבוהה. אלה האירועים האנרגטיים ביותר הידועים, אחרי המפץ הגדול. תצפיות מראות בסביבות התרחשות אחת ליום, אך ישנה הערכה שמתרחשות עד כמה מאות ביום. רוב ההתפרצויות נראות רק אם האלומות הצרות שלהן פונות לכיוון שלנו. זמן ההתפרצות נע משבריר שנייה ועד כמה דקות, והמיקום שלהן בלתי צפוי.

לאחר ההתפרצות הראשונית מופיעה קרינה חלשה יותר באורכי גל ארוכים יותר. זהו ההבזק המשני (afterglow). כשכוכב כבד קורס בסופרנובה, הוא זורק חומר. החומר הזה פוגע בחומר או בשדות מגנטיים, ויוצר קרינה ברנטגן, באור הנראה וברדיו. את רוב הידע על GRB אנחנו שואבים מההבזקים האלה, כי הם נמשכים זמן רב יותר ונוחים לצפייה.

התפרצויות גמא התגלו לראשונה על ידי לווייני Vela של ארצות הברית בסוף שנות ה־60, כשהלוויינים עקבו אחרי פליטות גמא של ניסויים גרעיניים. עד שנות ה־90 לא היה ברור אם הגורם נמצא בתוך שביל החלב או מחוצה לו. בשנת 1991 שוגר לוויין Compton שאישש שהתופעה היא מחוץ לגלקסיה שלנו, והוא גם פיצל את ההתפרצויות לשתי קבוצות: ארוכות (מעל 2 שניות) וקצרות (מתחת ל־2 שניות).

בשנת 1996 לוויין BeppoSAX גילה הבזקים של קרינת רנטגן ומצא מיקומים מדויקים מהר, מה שאפשר לטלסקופים בארץ לזהות גלקסיות רחוקות שממנו הגיעו ה־GRB. ב־2004 שוגר הלוויין Swift, שהרחיב את היכולת לזהות גם התפרצויות קצרות. התצפיות והמודלים הובילו להסבר תאורטי עיקרי: התפרצויות ארוכות נוצרות מקריסת כוכבי ענק לליבה שחורה, שמייצרת אלומות סילוניות (ג'טים) צרות. התפרצויות קצרות נובעות ככל הנראה ממיזוג של כוכבי נייטרונים, כוכבים קטנים וצפופים מאוד.

בשנת 2019 הוצג מנגנון אסטרופיזיקלי שמסביר כיצד חלקיקי האור (פוטונים) וטעוני האנרגיה זוכים לאנרגיות כה גבוהות בתהליכים אלה.

לוויינים כמו Fermi צופים בשמיים כל הזמן. כשהם קולטים פרץ חזק פתאום, הם שולחים את הנתונים בסיסי מידע על פני כדור הארץ. המידע כולל מתי קרה הפרץ, כמה זמן נמשך, וכיוון ההגעה.
הזיהוי מתבצע לעיתים על ידי גבישים נצנצים, חומרים שמפיצים אור כשהם נחשפים לקרינת גמא. פוטון אנרגטי מעביר את האנרגיה שלו לאלקטרונים בחומר, נוצר אפקט שרשרת, והאור הפולט מאפשר למדוד את האנרגיה של הקרינה.
לאחר מכן טלסקופים בגלים אחרים מחפשים את ההבזק המשני. מדידת ההסחה לאדום (שינוי באורך הגל של האור) מאפשרת לחשב את המרחק ולזהות את הגלקסיה המארחת.

קרני גמא שמשתלבות באטמוספירה משנות את הכימיה שלה. הן יכולות לייצר תחמוצות חנקן שמקטינות את שכבת האוזון. חוקרים מצאו עקבות של תחמוצות כאלה בקרח האנטארקטי, כעדות להשפעות של סופרנובות בעבר. אם התפרצות גמא חזקה תתרחש קרוב יחסית (כמה אלפי שנות אור), היא עלולה לפגוע באוזון ולהשפיע על החיים. ישנה השערה שאירוע כזה תרם להכחדה מקבוצתית עתיקה לפני כ־445 מיליון שנה.

התפרצות גמא היא פרץ קצר של אור מאוד חזק מהחלל. אור זה נקרא קרינת גמא (אור מאוד אנרגטי). לפעמים רואים פרץ כזה בערך פעם ביום. יש עוד הרבה פרצים שלא רואים כי הם זורחים בכיוון אחר.

אחר כך נשאר אור חלש יותר שנקרא הבזק משנה. זה אור ברנטגן, באור נראה וברדיו. כוכב גדול שמתפוצץ שורק החוצה חומר. החומר פוגע בסביבה ויוצר את האור הזה. מדענים לומדים רוב הדברים מההבזק המשני.

לווייני Vela גילו את הפרצים האלה בשנות ה־60, כשהם חיפשו ניסויים גרעיניים. ב־1991 לוויין בשם Compton הבין שהפרצים מגיעים מחוץ לגלקסיה שלנו. ב־1996 הלוויין BeppoSAX מצא הבזקים ברנטגן ועזר לטלסקופים להראות מאיפה הגיעה ההתפרצות. ב־2004 שוגר לוויין Swift שעזר למצוא גם פרצים קצרים.

מומחים חושבים לפרצים הארוכים יש מקור בכוכבים ענקיים שקורסים לחור שחור. זה יוצר אלומות צרות של אנרגיה. הפרצים הקצרים כנראה נובעים מהמיזוג של שני כוכבי נייטרונים (כוכב מאוד קטן וצפוף).

לוויינים כמו Fermi צופים בשמיים ומודיעים לכדור הארץ על פרצים. הם משתמשים בגבישים נצנצים (חומר שמפיץ אור כשפוגע בו קרן גמא). אחרי הזיהוי טלסקופים אחרים מודדים את ההסחה לאדום (שינוי בצבע האור) כדי לדעת כמה הפרץ רחוק.

קרני גמא יכולות לשנות את האטמוספירה ולפגוע בשכבת האוזון. חוקרים מצאו ראיות בקרח של אירועים קודמים. פרץ מאוד קרוב יכול להשפיע על החיים, ולפעמים חושבים שאירוע כזה תרם להכחדה לפני כ־445 מיליון שנה.