КОСМИЧЕСКИЕ ГАММА-ВСПЛЕСКИ
5 августа 1963 года между СССР, США и Англией был подписан Договор о запрете ядерных испытаний в трёх средах – в атмосфере, в космосе и под водой. В соответствии с русско-американской пословицей «Доверяй, но проверяй!» сразу возникла потребность в контроле над выполнением этого Договора. Для организации контроля в космосе американцы обратились к создателям ядерного оружия – в Лос-Аламосскую научную лабораторию.
В рамках программы контроля стали парами запускаться высокоорбитальные спутники, которые получили название «ВЕЛА» от испанского слова велар – стражник. Вскоре гамма-датчики этих спутников стали регистрировать странные непродолжительные всплески гамма-излучения, источник которых находился где-то за пределами орбиты Луны. Из-за строгой секретности этих исследований общественности не сообщали об этом открытии. Наконец лабораторию посетил отец американской водородной бомбы Эдвард Теллер, который, узнав об этом явлении, произнёс: « Русские, конечно, сильные ребята, но выводить на орбиту и взрывать каждую неделю термоядерную бомбу даже им не под силу!»
Таким образом, космические гамма-всплески (ГВ) были открыты американцами случайно более 50 лет назад в ходе реализации Лос-Аламосской программы контроля за испытаниями ядерного оружия. Не менее шести лет открытие это держалось в тайне. Первая публикация состоялась в 1973 году ( Клебесадел и др., 1973). И в том же году был сделан доклад на ежегодном съезде Американского астрономического общества. К этому времени советские ученые также регистрировали такие всплески. И началась гонка за экспериментальным исследованием и теоретическим пониманием нового астрофизического явления.
Интересно, что еще в первой работе в части обсуждения природы явления был упомянут только один тип известных астрономических объектов – сверхновые звезды. А в 1968 году известный американский астрофизик Стивен Колгейт публикует в канадском физическом журнале теоретическую работу о наблюдательных проявлениях выхода ударной волны на поверхность предсверхновой звезды из-за начавшегося в центре звезды коллапса железного ядра. Ударная волна на короткое время разогревает атмосферу звезды, вызывая излучение в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитного спектра. Эту работу Колгейта сейчас пытаются выдавать за предсказание явления гамма-всплеска. Это было бы очень хорошо, если бы Колгей не работал в то время в Лос-Аламосской лаборатории, и не был бы консультантом в проекте Клебесадела, и не знал бы о наблюдениях ГВ! Публикация в не американском журнале просто позволила обойти военную цензуру.
В начале 70-х годов США и СССР были монополистами в использовании космического пространства. И только с помощью приборов, изготовленных в этих странах, получались новые данные о ГВ, поэтому темп регистрации новых ГВ был невысок. В первые годы исследований теоретики предложили более 100 моделей явления. И было время, когда число моделей превышало число ГВ. Так как расстояние до источников ГВ, а следовательно, и их энергетика не были известны, то их располагали на всех мыслимых расстояниях: от окрестностей Солнечной системы до космологических.
В 1979 году произошло открытие повторяющихся гамма-всплесков, что еще больше запутало ситуацию. Очень интенсивный гамма-всплеск 8 марта 1979 года явно отождествлялся не просто с Большим Магеллановым Облаком, а с областью остатка сверхновой в этой галактике. Более того, на спаде интенсивности излучения ГВ наблюдались периодические колебания с периодом около 8 секунд, что стало интерпретироваться как связанное с вращением компактного объекта (вероятнее всего, нейтронной звезды).
В том же 1979 году группой исследователей из СССР под руководством Е.П. Мазеца были получены спектры ГВ с узкими спектральными деталями (линиями?) в различных участках гамма-диапазона (20-40 кэв и 400-450 кэв). Линии эти традиционно интерпретируются как циклотронные линии в сильных магнитных полях и аннигиляционная позитрон-электронная линия, смещенная в красную сторону из-за гравитационного эффекта. Регистрация этих линий была чисто российским открытием и поэтому замалчивается в мировой науке до сих пор.
В 1979-83 годах на космической обсерватории GRO работал прибор BATSE, с помощью которого темп регистрации ГВ возрос до почти ежедневного события, и всего было зарегистрировано около 2400 сильных (триггерных) всплесков или более 4000 нетриггерных. Оказалось, что ГВ равномерно распределены по небесной сфере, но их распределение по интенсивности отличаются от равномерного в эвклидовом пространстве. Уже тогда стало понятно, что ГВ, вероятнее всего, располагаются на космологических расстояниях, причем на самых больших, что и приводит к недостатку слабых ГВ, как проявления космологических эффектов. Но кандидатов на объекты-источники ГВ по-прежнему не было.
Часть ГВ, кроме излучения в гамма-диапазоне, сопровождается излучением в менее жестком рентгеновском диапазоне, в котором уже возможно построение телескопа для более точной локализации источника. Именно так и поступила итало-голландская научная группа, которая запустила в 1996 году специализированный спутник Beppo-SAX с гамма-детектором и рентгеновским телескопом на борту. Но решающим было даже не это, а то, что у эксперимента была интернациональная наземная поддержка: после того как рентгеновский телескоп регистрировал объект, его координаты сообщались всем желающим примкнуть к оптическим наземным наблюдениям. И результаты не замедлили сказаться: в марте 1997 года был зарегистрировано в оптическом диапазоне послесвечение ГВ, а в мае того же года была обнаружена галактика с красным смещением 0.8, в которой, вероятно, и произошёл ГВ. Космологическое расстояние сразу же позволило оценить энергетику явления. В предположении изотропности излучения она получилась громадной: 1Е52 – 1Е54 эрг/с.
В настоящее время количество зарегистрированных ГВ исчисляется несколькими тысячами, а у почти одной тысячи из них измерены красные смещения в диапазоне z от несколько сотых до более чем 8! Для несколько десятков ГВ доказано их совпадение со вспышками сверхновых звёзд. В последующие годы произошли ещё два знаменательных события, связанных с ГВ.
19 марта 2008 г. в один день произошло пять ГВ, причём два из них были расположены в одной и той же области неба. После появления сигнала о первом ГВ в эту область неба устремились взоры наземных оптических телескопов. И в этот момент вспыхивает второй ГВ. Благодаря такому стечению обстоятельств, была получена оптическая кривая блеска ГВ не только после регистрации его в гамма диапазоне, но и раньше, что позволило измерить не только фазу падения блеска, но и его возрастание.
GRB 080319B Оптика (черным) и гамма излучение (красным)
Наконец, 17 августа 2017 года был зарегистрирован гамма-всплеск в относительно близкой галактике, сопровождающийся и взрывом сверхновой, и регистрацией давно ожидаемого всплеска гравитационных волн. Разница прихода электромагнитного и гравитационного излучения не превышала 1.7 сек, что позволило сделать вывод, что скорость гравитационного взаимодействия равна скорости света.
GRB 170817A
Что же представляют собой источники космических гамма-всплесков. Они состоят из трёх классов источников. Небольшую группу ГВ составляют повторяющиеся ГВ – это вращающиеся нейтронные звёзды, на поверхности которых эпизодически происходят вспышки термоядерных реакций из-за того, что накапливается критическая масса аккрецирующего на нейтронную звезду вещества.
Самую многочисленную группу составляют ГВ продолжительностью более 1.0-1.5 секунд – это начальные фазы вспышек сверхновых второго типа. Прародителями таких сверхновых являются массивные звезды (более 8 масс Солнца). Вспышка начинается в центре звезды сжатием центрального ядра, масса которого превысила предел устойчивости для вещества белого карлика (это около 1.4 масс Солнца для холодного вещества и несколько больще для горячего). Выделившаяся при этом энергия нагревает вещество, окружающее ядро, в нём происходит всплеск термоядерных реакций и появляется огромное облако горячего фотонного газа. Давление этого фотонного газа и приводит к разлёту всей оставшейся массы звезды. Именно продукты этого разлёта мы и фиксируем как вспышку сверхновой и последующего его остатка. Если предсверхновая не вращается, то разлёт её оболочки происходит симметрично. Но большинство звезд вращается и иногда очень быстро. В этих условиях существуют направления, в которых разлёт будет происходить существенно легче, чем в остальных. Эти направления совпадают с осью вращения. Происходит это по аналогии с внутренней баллистикой артиллерийского заряда: быстро создаётся избыток внутреннего давления, который начинает выдавливать вышележащие слои вдоль оси вращения, как в стволе пушки. При этом вещество разгоняется до релятивистских скоростей и вылетает из звезды несколько раньше, чем происходит основная фаза взрыва сверхновой. Быстро движущиеся горячие сгустки плазмы излучают фотоны только вперёд по ходу движения. Угол такого излучения составляет менее одной десятимиллионной доли площади небесной сферы. Мы зарегистрируем такой луч только в том случае, если он направлен непосредственно на нас. Но уж если мы его зарегистрируем, то он будет усилен не только из-за релятивистского углового сжатия, но из-за эффекта Допплера: темп прихода фотонов будет усилен, а энергия каждого фотона возрастёт. Именно эти три обстоятельства делают энергетику ГВ не столь большой. Вместо фантастических 1Е54 эрг/с получается звездная энергия в 1Е33 эрг/с.
Наконец, короткие ГВ происходят, вероятнее всего, при слиянии белых карликов (хотя чаще говорят о слиянии нейтронных звёзд). Именно такие слияния порождают какую-то часть сверхновых первого типа, когда на короткое время образуется объект с массой, превышающей критическое значение в 1.4 масс Солнца. Такой белый карлик неустойчив и коллапсирует. Но в отличие от сверхновых второго типа в этом случае отсутствует массивная внешняя оболочка и нейтронная звезда не образуется, а выделившаяся энергия полностью разрушает объект, и его содержимое рассеивается в окружающее пространство, порождая объект, который называется остатком вспышки сверхновой. Слияние же звезд даёт всплеск гравитационного излучения, и когда это происходит не очень далеко от нас, то гравитационную волну можно зарегистрировать.
Космические гамма-всплески наблюдаются на расстояниях вплоть до очень больших. Поэтому их использование в космологии важно и актуально. Чтобы не впасть в порочный круг модельно зависимых выводов, необходимо разработать независимые от закона Хаббла методы измерения расстояний до ГВ. Один из методов может быть связан с их отождествлением со сверхновыми. Накопление спектральных наблюдений сверхновых, связанных с ГВ, позволит получить расстояние до них, и это даст возможность прокалибровать и методы, основанные только на данных для ГВ.
Пыле-каменный всплеск на Земле
Виктор Лебедев (2020.01.04)
Вступите в группу, и вы сможете просматривать изображения в полном размере
Это интересно
+3
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Физик заявил, что на Земле живут миллионы пришельцев
(4)
TatiKa
,
26.02.2022
-
Британский ученый призывает к освоению Нептуна и Урана
(4)
фм+/
,
14.02.2022
-
NASA наймет теологов для выполнения необычного задания
(6)
TatiKa
,
10.02.2022
-
Сан-Марино может стать новой «Женевой НЛО»
(4)
фм++)
,
11.01.2022
-
Стивен Хокинг предсказал появление коронавируса
(2)
TatiKa
,
19.11.2021
-
Итальянский физик-теоретик: наша реальность – это «игра квантовых зеркал»
(5)
TatiKa
,
15.11.2021
-
Как «поет» Солнце и звучат другие объекты космоса
(4)
TatiKa
,
29.10.2021
-
Следы мифической планеты в вавилонских текстах
(2)
TatiKa
,
26.09.2021
-
Астрономы будут искать технологии, созданные внеземными цивилизациями
(3)
TatiKa
,
26.09.2021
20240427093150