Najpotężniejsze promieniowanie w kosmosie. Powstaje obok nas

Promieniowanie gamma jest najsilniejszym promieniowaniem w widmie elektromagnetycznym, silniejszym niż promieniowanie rentgenowskie. Źródłem promieniowania gamma może być rozpad radioaktywny, rozszczepienie jąder, a także hamowanie naładowanych cząstek w silnym polu magnetycznym. W skali astronomicznej mówimy o tak zwanych GRB, czyli Gamma Ray Burst. Ich pozagalaktyczne pochodzenie postulował przed laty polski astronom, Bohdan Paczyński.

Promieniowanie gamma potrafi spenetrować nie tylko stal, ale i ołów (dopiero gruba jego warstwa potrafi osłabić, a nawet zablokować wiązkę), nie mówiąc już o żywych tkankach. Jest w stanie kompletnie zniszczyć strukturę atomową i doprowadzić do śmierci organizmów. W przypadku GRB istotne jest nie tylko samo promieniowanie, ale też jego natężenie, które sprawia, że jesteśmy w stanie rejestrować rozbłyski nawet na granicy znanego nam kosmosu.

Obejrzyj w

Powyższe wideo pokazuje kosmos w promieniowaniu gamma na przestrzeni 14 lat. Najwięcej źródeł pochodzi z Galaktyki, dlatego jej dysk jest tak wyraźny. Te z dala od niego to GRB, które pochodzą z dalszego kosmosu. W drugiej cześci animacji widać kosmos widziany prostopadle do dysku galaktycznego w obu kierunkach.

Źródła GRB mogą być różne, ale wiążą się najczęściej z procesami, gdy wyzwalana jest ogólnie ogromna ilość energii. To mogą być eksplozje supernowych, zderzenia gwiazd neutronowych, czarnych dziur, albo inne procesy prowadzące do dezintegracji obiektów gwiazdopodobnych w kosmosie.

Niebo w promieniowaniu gamma. Czerwony kolor oznacza silne źródła. (fot: NASA)

Promieniowanie gamma dociera do nas też ze Słońca

Samo promieniowanie powstaje w jego wnętrzu, ale jest absorbowane zanim zostanie wyemitowane. Jednak są procesy, w których następuje emisja gamma powiązana ze Słońcem. Nie jest ona na szczęście tak silna, by zagrozić nam na Ziemi, ale są w stanie wykryć je wyspecjalizowane obserwatoria. W kosmosie jak i na powierzchni naszej planety.

Obejrzyj w

W praktyce siła promieniowania gamma ze Słońca zależy od jego aktywnościi. Jej maksima to momenty, gdy takie promieniowanie jest znacznie silniejsze. Jednak błędem byłoby przyznanie się, że wiemy o nim (czyli promieniowaniu gamma) już wszystko. Choćby Słońce jest wielką zagadką, gdyż podczas poprzedniego maksimum aktywności wygenerowane zostało 10 razy więcej wysokoenergetycznego promieniowania gamma niż przewidywano.

Zbliżające się obecnie kolejne maksimum aktywności Słońca, w trakcie 25 cyklu, będzie okazją do sprawdzenia, jakie właściwie procesy mogą wywoływać powstawanie wiązek promieniowania gamma na naszej dziennej gwieździe. Obecnie znamy ten, który wiąże się z interakcją z promieniowaniem kosmicznym (to mechanizm prowadzący do emisji gamma także na powierzchniach innych planet, a nawet Księżycu). W obserwacjach bierze udział kosmiczny teleskop NASA Fermi, który przed laty dokonał też innego niezwykłego odkrycia. I to wcale nie tak daleko, bo tuż nad powierzchnią Ziemi.

Teleskop kosmiczny NASA Fermi. (wizualizacja: NASA's Goddard Space Flight Center/Chris Smith)

Promieniowanie gamma powstające na Ziemi. Sztuczne i naturalne źródło

Ludzkość potrafi wytwarzać silne wiązki promieniowania gamma w wymuszonych procesach. Powstaje ono w reaktorach jądrowych, a także podczas eksplozji bomb atomowych. W tym pierwszym przypadku zabezpieczenie reaktora pozwala uniknąć wycieku promieniowania gamma, w przypadku bomby, zdolność jonizująca tego promieniowania jest jednym z czynników wpływających na śmiertelność ofiar. W mniejszej skali promieniowanie gamma wykorzystywane jest do celów obrazowania radiologicznego.

Jest jednak też inne, bardzo powszechne i naturalne zjawisko, w którym promieniowanie gamma powstaje na Ziemi. Od razu uspokajam, nie ma się czego obawiać, choć bezpośrednia bliskość takiego źródła promieniowania jest w oczywisty sposób groźna.

Burze na Ziemi. Jak przyczyniają się do emisji gamma?

Każdy dobrze wie, że w trakcie burzy lepiej nie przebywać na zewnątrz budynków bo pioruny niosą ze sobą olbrzymią energię, której organizm ludzki nie jest w stanie zaabsorbować. Czy jednak wiedzieliście, że w trakcie burzy powstaje promieniowanie gamma, a w ekstremalnych przypadkach może być kreowana nawet antymateria.

Obejrzyj w

Skąd bierze się promieniowanie podczas burzy? Gdy nastąpi wyładowanie i przepływ elektronów z ujemnie naładowanej dolnej części chmury do jej szczytu, poruszają się one czasem nawet z prędkością światła. Gdy napotkają po drodze cząstkę powietrza, są przez nią odchylane co prowadzi do hamowania elektronu i emisji kwantu energii odpowiadającego promieniowaniu gamma. Czasem to promieniowanie natrafi na inną cząstkę i nastąpi kreacja pary elektron-pozyton. Ten drugi to właśnie antymateria.

Jak częste są błyski gamma związane z burzami na Ziemi?

Obserwatorium Fermi jest zdolne do rejestracji emisji gamma nawet z czasów, gdy kosmos był bardzo młody. Jednak w przypadku ziemskich zjawisk, ten zasięg jest znacznie mniejszy i wynosi tylko 800 km, czyli dla zdarzeń, które zaszły prawie dokładnie teraz. Mimo to Fermi zdołał, pomiędzy 2008 a 2018 rokiem, zarejestrować aż pięć tysięcy ziemskich błysków gamma, które są związane z burzami.

I podobnie jak w przypadku zjawisk daleko w kosmosie, to tylko drobny ułamek wszystkich takich zdarzeń. Szacuje się, że burzowych błysków gamma może być nawet 1000 dziennie. Istnieje duże prawdopodobieństwo, że taki błysk miał miejsce w trakcie ostatniej burzy, którą widzieliście na własne oczy.

Źródło: technology.org, inf. własna