Гамма всплески во вселенной что это

Гамма всплески во вселенной что это

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

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»>

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Великая Космическая Стирательная Резинка: о гамма-всплесках и о том, угрожают ли они Человечеству

В 1967 году американский спутник Vela, запущенный для контроля над советскими ядерными испытаниями, зафиксировал крайне мощную вспышку гамма-излучения, изначально принятую за результат ядерного взрыва на космической орбите. Каково же было удивление учёных, когда анализ собранной информации показал: источник вспышки располагался далеко от земной орбиты и Солнечной системы вообще!

К сожалению, данные о вспышке были совершенно ничтожными: она длилась всего секунду, и многие даже думали, что речь идёт и вовсе о некоей приборной ошибке.

Однако в последующие годы этот и другие спутники, в том числе советские, стали массово фиксировать другие аналогичные события, частота регистрации которых достигла примерно 1 в день.

Самое интересное было то, что события, названные гамма-всплесками были распределены по небосводу практически равномерно. И это было очень-очень странно.

Действительно, если, как предполагалось изначально, гамма-всплески происходят в результате неких процессов внутри нашей галактики, то можно было бы ожидать, что основная их масса будет наблюдаться в тех областях звёздного неба, в которых мы наблюдаем диск нашей галактики – Млечный Путь. Равномерность же их распределения указывала на то, что порождающие эти всплески явления имеют внегалактическую, а точнее – межгалактическую природу.

Но если гамма-всплески видно аж из других галактик, то в ходе этих событий должно выделяться колоссальное количество энергии! Действительно, гамма-всплеск GRB 970228, наблюдавшийся в 1997 году, удалось связать с галактикой в созвездии Ориона, удалённой от нас на 8 миллиардов (!) световых лет.

А в 19 марта 2008 году всплеск GRB 080319B был виден с Земли невооружённым глазом, хотя его источник находился на расстоянии 7 миллиардов световых лет. GRB 080319B стал самым удалённым в истории астрономии объектом, который можно было наблюдать без специальных приборов – хотя и всего около минуты.

Определив расстояние до потенциального источника гамма-всплесков, астрономы смогли оценить энергию, выделяющуюся Она оказалась неправдоподобно чудовищной: порядка 10 в 47 степени джоулей.

10 в 47 степени – это слишком большое число, чтобы понять, насколько оно велико. Даже если перевести эту энергию в атомные бомбы, всё равно получается слишком много: примерно 10 в 34 степени (миллион миллиардов миллиардов миллиардов) ядерных бомб «Толстяк», сброшенной на Нагасаки. Скажем проще: эта энергия примерно в 10 раз превосходила ту, которую Солнца излучит на протяжении всего своего существования! При этом в случае гамма-всплесков эта энергия выделяется нередко за 1-2 секунды!

Что же за чудовищная катастрофа может породить подобную вспышку? До сих пор со всей уверенностью мы этого сказать не можем. Однако по сути есть один-единственный процесс, способный привести к таким результатам.

И он достаточно экзотичен.

В статье о жизни и смерти звёзд мы уже говорили, что конечный этап эволюции звезды зависит от её массы: более лёгкие звёзды оставят после себя огарок белого карлика, более тяжёлые превратятся в нейтронную звезду, а самые массивные станут чёрной дырой.

Представим себе две расположенные друг рядом с другом звезды-огарка массой около 2 масс Солнца (важно понимать, что речь идёт о массе огарка: общая масса звезды «при жизни» была выше, 15-20 солнечных). Эта масса превышает т.н. предел Чандрасекара – нижний предел массы, при которой звезда «после смерти» становится нейтронной. Но при этом она ниже т.н. предела Оппенгеймера-Волкова (примерно 3 массы Солнца), который отделяет нейтронную звезду от превращения в чёрную дыру.

Однако наши звёзды, повторимся, находятся рядом друг с другом и, вместо того, чтобы спокойно летать по космосу, медленно остывая, начинают притягиваться друг к другу с тем, чтобы в итоге слиться в единый объект. И вот тут-то и начнётся самое интересное.

Дело в том, что результат слияния двух этих нейтронных звёзд превысит предел Оппенгеймера-Волкова и начнёт превращаться в чёрную дыру! Механику этого процесса мы пока в деталях не понимаем, но знаем, что в результате выделяется значительное количество энергии. Причём (в отличие, скажем, от взрыва сверхновой) эта энергия выделяется не во все стороны одновременно, а извергается с полюса коллапсирующей звезды узким пучком-лучом, который астрофизики называют джетом. Если Земля оказывается на пути этого пучка, мы фиксируем гамма-всплеск.

Когда учёные поняли, что энергия гамма-всплеска не распределяется во все стороны одновременно, оценку энергии этого процесса пришлось переоценить, уменьшив примерно в 1000 раз. Однако эта энергия всё равно колоссальна, и тот факт, что выделяется она за считанные секунды, делает гамма-всплески одними из самых интенсивных процессов энерговыделения во Вселенной.

Но если эти процессы столь мощны, что мы можем увидеть их невооружённым глазом с расстояния в миллионы и даже миллиарды световых лет, что будет, если гамма-всплеск случится где-нибудь в окрестностях Солнца? Будет плохо.

Если гамма-всплеск случится на расстоянии в 10 световых лет от Земли, и при этом Земля будет располагаться на оси порождённого им джета, то это будет аналогично взрыву атомной бомбы на каждом гектаре повёрнутого в сторону вспышки полушария Земли. Это, вероятнее всего, будет концом не только для Человечества, но и для всей или практически всей жизни на Земле.

Даже если гамма-всплеск произойдёт на расстоянии в несколько тысяч световых лет, его последствия будут катастрофическими: вполне возможно, что именно подобное событие стало причиной Ордовикско-силурийского вымирания 450 миллионов лет тому назад, уничтожившего 60 % всех живых существ тогдашней Земли.

Хорошая новость состоит в том, что, насколько мы знаем, вблизи Земли нет звёздных систем, способных в ближайшее время породить гамма-всплеск. Ближайший кандидат – система WR 104, расположенная на расстоянии в 8000 световых лет. Это достаточно близко для того, чтобы соответствующий гамма-всплеск хорошенько «прожарил» Землю, хотя и недостаточно для того, чтобы положить конец истории человечества. Впрочем, по оценкам учёных, если в WR 104 и случится гамма-всплеск, то ось выброса пройдёт в стороне от Земли, и бояться вроде бы нечего. Впрочем, подобные расчёты ведутся на пределе точности, так что – кто там его знает на самом деле?

Источник