Гамма всплеск во вселенной

Гамма-всплески являются самыми сильными и яркими взрывами во вселенной, которые, как считается, генерируются во время образования черных дыр. Хотя гамма-всплески длятся всего несколько секунд, они производят столько энергии, сколько излучает солнце за все 10 миллиардов лет своего существования.

Загадочные явления были впервые обнаружены в 1967 году спутником ВВС США под названием Vela. По данным НАСА, зонд был разработан для наблюдения за секретными советскими ядерными испытаниями, но в итоге он обнаружил ослепительные гамма-лучи — самое мощное электромагнитное излучение — пришедшее к нам из-за пределов Солнечной системы. Когда такое событие произошло, оно ненадолго стало самым ярким объектом гамма-излучения в наблюдаемой вселенной.

Лишь в 1991 году астрономы запустили Комптоновскую гамма-обсерваторию, которая фиксировала примерно один новый всплеск гамма-излучения в день. Инструмент BATSE обнаружил, что гамма-всплески были распределены равномерно по небу, что означает, что они происходят повсюду в космосе. BATSE также показал, что существует два типа гамма-всплесков с разными сигнатурами: те, которые длились от 2 до 30 секунд, и те, которые мигали менее 2 секунд.

С тех пор исследователи узнали намного больше о гамма-всплесках, разработав сеть спутников быстрого реагирования и наземных обсерваторий, которые все нацеливаются на гамма-всплеске, как только он фиксируется. Эта сеть предоставила данные, показывающие, что гамма-всплески расположены в галактиках на расстоянии миллиардов световых лет и что после первоначальной гамма-вспышки источник вспышки производит послесвечение на менее энергичных длинах волн.

Откуда происходят гамма-всплески?

Обнаружено, что более долгоживущие версии гамма-всплесков связаны с сверхмощными сверхновыми, называемыми гиперновая, которые возникают, когда звезды в пять-десять раз больше массы нашего Солнца заканчивают свою жизнь и превращаясь в черные дыры. Гиперновые звезды в 100 раз ярче, чем типичные сверхновые, и, как полагают, они образуются из звезд, которые вращаются особенно быстро или обладают особенно сильным магнитным полем, придающим дополнительную энергию.

Но кратковременные гамма-всплески, которые составляют 30% таких событий, оставались загадкой до 2005 года, главным образом потому, что они слишком быстры и мимолетны для последующих наблюдений. После запуска в 2004 году НАСА обсерватории SWIFT она наконец смогла записать достаточно данных, чтобы увидеть послесвечение короткоживущих гамма-всплесков и выяснить, что они, вероятно, были отправлены от двух сверхплотных нейтронных звезд, столкнувшихся и образовавших черную дыру, или когда черная дыра съела нейтронную звезду.

Такие вспышки настолько сильны, что они создают рябь в ткани пространства-времени, называемой гравитационными волнами. Теперь, когда исследователи запустили лазерно-интерферометрическую гравитационно-волновую обсерваторию (LIGO), которая может обнаруживать гравитационные волны от этих столкновений, мы сможем собрать еще больше информации о процессах, лежащих в основе короткоживущих гамма-всплесков.

Есть еще много неизвестного о гамма-всплесках. Недавние наблюдения показали, что все фотоны, излучаемые гамма-всплесками, колеблются в одном и том же направлении, но по какой-то причине направление меняется со временем. «Что это может быть, мы действительно не знаем», — заявил после открытия в 2019 году Мерлин Коле, ученый из Женевского университета в Швейцарии и один из ведущих исследования.

Гамма-всплески также, кажется, фокусируют свою энергию в узком луче, а не излучают ее одинаково во всех направлениях, что означает, что наши спутники пропускают многие из них. По оценкам астрономов, хотя спутники обнаруживают около одного гамма-всплеска в день, но за день их происходит около 500.

До сих пор гамма-всплески были обнаружены только в отдаленных галактиках. Однако, возможно, что это произойдет в нашей галактике — Млечный Путь.

Вымирание в ордовикском периоде — одно из пяти крупных событий вымирания в истории нашей планеты — произошло около 450 миллионов лет назад и могло быть вызвано ледниковым периодом, вызванным гамма-всплеском. Если бы вблизи Земли произошел новый гамма-всплеск, он лишил бы нас защитного озонового слой и подверг бы всю жизнь смертельному ультрафиолетовому излучению. Таким образом, ученые согласны с тем, что не наблюдают всплесков в нашей домашней галактике.

Источник

Наблюдения гамма-всплесков

Что такое гамма-всплеск?

Гамма-всплеск — масштабный космический выброс энергии взрывного характера, в настоящее время наблюдаемый в отдалённых галактиках в самой жёсткой части электромагнитного спектра. Гамма-всплески — наиболее яркие электромагнитные события, происходящие во Вселенной.

Как долго длиться гамма-всплеск?

Продолжительность типичного гамма-всплеска составляет несколько секунд, но он может длиться и от миллисекунд до часа. За первоначальным всплеском обычно следует долгоживущее «послесвечение», излучаемое на более длинных волнах (рентген, УФ, оптика, ИК и радио).

Что представляет из себя гамма-всплеск?

Большинство наблюдаемых гамма-всплесков, предположительно, представляет собой сравнительно узкий луч мощного излучения, испускаемого во время вспышки сверхновой, когда быстро вращающаяся массивная звезда коллапсирует, превращаясь либо в нейтронную звезду, либо в кварковую звезду, либо в чёрную дыру. Подкласс гамма-всплесков — «короткие» всплески — по-видимому побочный эффект другого процесса, возможно слияния двойных нейтронных звёзд.

Источники гамма-всплесков находятся на расстояниях в миллиарды световых лет от Земли, что означает их чрезвычайную мощность и редкость. За несколько секунд вспышки высвобождается столько энергии, сколько Солнцем выделилось бы за 10 миллиардов лет свечения. За миллион лет в одной галактике обнаруживаются лишь несколько гамма-всплесков. Все наблюдаемые гамма-всплески происходят вне нашей галактики, кроме явления родственного класса — мягких повторяющихся гамма-всплесков, которые ассоциируются с магнетарами Млечного Пути.

Вредны ли гамма-всплески для человечества?

Имеется предположение, что гамма-всплеск, произошедший в нашей галактике, мог бы привести к массовому вымиранию всего живого на Земле (кроме глубоководных биовидов).

Когда впервые обнаружили гамма-всплеск?

Гамма-всплеск впервые был случайно зарегистрирован 2 июля 1967 года американскими военными спутниками «Vela».

Уникальные возможности применения гамма-всплесков для изучения структуры Вселенной:

Так как прародителем гамма-всплеска является объект звёздной массы, то и проследить гамма-всплески можно на большее расстояние, нежели квазары, как по причине более раннего формирования самого прародителя, так и из-за малой массы чёрной дыры квазара, а значит и меньшей его светимости на тот период времени.
Спектр гамма-всплеска — непрерывный, то есть не содержит спектральных линий. Это означает, что самые далёкие линии поглощения в спектре гамма-всплеска — это линии межзвёздной среды родительской галактики. Из анализа этих спектральных линий можно получить информацию о температуре межзвёздной среды, её металличности, степени ионизации и кинематике.
Гамма-всплески дают чуть ли не идеальный способ изучать межгалактическую среду до эпохи реионизации, так как их влияние на межгалактическую среду на 10 порядков меньше, нежели квазаров, из-за малого времени жизни источника.
Если послесвечение гамма-всплеска в радиодиапазоне достаточно сильное, то по линии 21 см можно судить о состоянии различных структур нейтрального водорода в межгалактической среде вблизи от галактики-прародителя гамма-всплеска.
Детальное изучение процессов формирования звёзд на ранних этапах развития Вселенной с помощью гамма-всплесков сильно зависит от выбранной модели природы явления, но если набрать достаточную статистику и построить распределения характеристик гамма-всплесков в зависимости от красного смещения, то, оставаясь в рамках довольно общих положений, можно оценить темп звездообразования и функцию масс рождающихся звёзд.
Если принять предположение, что гамма-всплеск — это взрыв сверхновой звезды населения III, то можно изучать историю обогащения Вселенной тяжёлыми металлами.
Также гамма-всплеск может служить указателем на очень слабую карликовую галактику, которую трудно обнаружить при «массовом» наблюдении неба.

Серьёзной проблемой для наблюдения гамма-всплесков в общем и применимости их для изучения Вселенной, в частности, является их спорадичность и краткость времени, когда послесвечение всплеска, по которому только и можно определить расстояние до него, можно наблюдать спектроскопически.

Источник

Гамма-всплески

Гамма всплеск в галактике 4C 71,07

Гамма-всплеск – это катаклизм необозримого масштаба, произошедший в отдаленной галактике в миллиардах световых лет от Земли.

Общие сведения о природе явления

Гамма-всплеск (ГВ) – это внезапное и кратковременное повышение силы космического гамма-излучения. Этот колоссальный импульс энергии рождается в далеких галактиках в момент возникновения черной дыры или вспышке сверхновой. Он вызывает к жизни невероятные вселенские процессы, в десятки раз превосходящие мощность и масштабы выброса сверхновой. Нашей планете повезло, что такие явления, за редким исключением, происходят далеко за пределами Галактики. Существуют и короткие гамма-всплески (ГВ). Механизм их происхождения до конца не понят, но известно, что механизм его отличается от длинного гамма-всплеска. Эти катаклизмы появляются в различных частях Вселенной, на космологических, исчисляющихся миллиардами световых лет, расстояниях от нас.

История открытия: как обнаружили гамма-всплески?

Гамма-всплеск GRB 130427A

Первый гамма-всплеск был определен в 1967 году военным спутником Vela. Парадокс открытия заключен в том, что в конце 60-х гг. правительство США потратило миллионы долларов на создание спутников-шпионов для слежения за возможными испытаниями ядерного оружия в СССР. Приборы, размещенные на них, должны были фиксировать возникающее гамма-излучение. И они срабатывали так часто, что военные генералы усомнились в возможности противника провести столько секретных ядерных взрывов. Примитивные приборы не определяли местоположение излучения и не давали информации, где оно возникло – на земле или в космосе. Поняв, что природа изучаемого катаклизма не связана с СССР, военные потеряли к ней интерес, и в 1973 году были опубликованы имеющиеся данные по этому открытию.

Чтобы вычислить расположение ГВ, в 1976 году создали Межпланетную сеть (IPN), позволяющую при взаимодействии детекторов, работающих в унисон, использовать метод триангуляции. Эта организация функционирует и в наши дни. Эксперименты КОНУС, проводимые на космических станциях «Венера», позволили выявить отдельный класс гамма-всплесков, имеющих кратковременный характер, и случайность их появления.

Сбор информации о местоположении явления

Позиции на небе всех гамма-всплесков, обнаруженных в ходе миссии BATSE

После определения космической природы энергетических потоков ученые приступили к поиску источников этого феномена. Сила излучения наводила на мысль о его происхождении в пределах нашей Галактики. Но изучение с помощью BATSE – прибора, созданного для обнаружения гамма-всплесков, установленного на космической обсерватории Комптон, – показало изотропность источников и тенденцию к распределению по всей небесной сфере, а не только в плоскости Млечного пути. Ежедневно фиксировались всплески, но без обнаружения их концентрации в одном месте. Тогда укрепилось мнение о дистанции в миллиарды световых лет между Землей и произошедшими взрывами, создавшими потоки энергии.

Материалы по теме

Сверхновые типа Ia

Открывателем послесвечения в ГВ стала рентгеновская обсерватория BeppoSAX, которую разместили на итальянско-голландском спутнике. Она зафиксировала затихающее излучение в рентгеновском спектре. Это дало возможность телескопам отыскать источник с точностью до секунды. Снимок слабой галактики на этом месте подтвердил теорию о космологической дальности ГВ. С момента запуска в 2004 году спутник вместе с орбитальной обсерваторией Swift стал центром исследований в этой области. На нем установили современную аппаратуру – монитор и телескопы, позволяющие сбор данных в рентгеновском и оптическом спектре. Они предоставили возможность всестороннее изучать гамма-всплески и фиксировать самые значительные события. В 2008 году запустили гамма-телескоп Fermi, который способен отслеживать гамма-кванты в широких диапазонах.

Механизм и классы гамма-всплесков

Наука разделяет этот вид космических энергетических потоков на два типа: короткие и длинные гамма-всплески. Между собой они отличаются временной и спектральной структурой. Механизм появления коротких ГВ связывают с взаимодействием нейтронных звезд и черных дыр. Длинные всплески приписывают эволюции звезды в сверхновую, но не обычную, а перестроившуюся в черную дыру.

Основные характеристики ГВ

У ГВ изучается несколько характеристик: интенсивность излучения, спектр, частота появления, временная структура, направление излучения, суммарное значение потока энергии. Временная структура имеет сложный график. Продолжительность явления меняется в промежутке от сотых частей секунды до сотен секунд. ГВ характеризуются значительной спектральной переменностью в пределах 100-1000 кэВ.

Послесвечение

Гамма-всплеск и вспышка сверхновой. Последовательность изображений, полученных на космическом телескопе Хаббла с 4 декабря 2001 г. по 5 мая 2002 г.

Ученые теоретически объяснили процессы образования эффекта послесвечения. Произошедшее событие (взрыв или слияние звезд) провоцирует возникновение разлетающейся с ультрарелятивистской скоростью оболочки. В отдельных случаях энергетический поток послесвечения сравним с самим всплеском. Его регистрируют, используя оптические и рентгеновские телескопы. Кривые их блеска сложны для изучения, так как они соединяют излучение головной и обратной волн.

Самые значимые ГВ

Материалы по теме

Магнетар

С момента фиксации первого гамма-всплеска в 1967 году ведется их список в хронологическом порядке. В него вошли явления, характеристики которых отличаются от стандартных параметров. Обозначение дат ведется: год, месяц, день.

Поток энергии с наибольшей яркостью среди первых наблюдаемых – GRB 971214.
Ближайший из замеченных всплесков – GRB 980425.
Явление, отличающееся особой яркостью, видимое в оптическом и гамма-диапазоне, – GRB 990123.
Возникший близко к Земле гамма-всплеск с досконально исследованным послесвечением – GRB 030329.
Первый выброс энергии от сверхновой, снятый с начала появления, – GRB 060218.
Ярчайшее послесвечение во Вселенной – GRB 080319.
Гамма-всплеск, произошедший на наибольшем удалении от Солнечной системы из наблюдаемых, – GRB 090423.
Явление, имевшее наибольшую длительность, составляющую временной интервал до 12 месяцев, – GRB 110328.

Интересные факты: последствия ГВ для Земли

Гамма-всплеск, произошедший на расстоянии в несколько миллионов св. лет в пределах нашей Галактики, и направление выброса которого будет направленно на Землю, приведет к частичному или полному исчезновению существующих жизненных форм и видов. С такими катаклизмами ученые связывают массовые вымирания, произошедшие 250 млн. лет назад, – тогда погибло 95% обитавших видов. А еще раньше на 200 млн. лет погибло 60% морских обитателей.

Прогнозировать время энергетического удара гамма-всплеска невозможно. Но частота появления в Галактике таких явлений измеряется миллионами лет. Так что сегодня нет поводов для беспокойства о нашем будущем.

‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Гамма-всплески» title=»Гамма-всплески»>

Гамма всплеск во вселенной