Источники гамма излучения вселенная

Загадка гамма излучения Вселенной

Постоянное высокоэнергетическое гамма излучение (ГИ), распространяемое в космосе, приводило в замешательство астрономов в течение десятилетий. Одна из групп исследователей считает, что у них имеется самое лучшее объяснение насчет источников, создающих это излучение.

Ученые из НАСА с помощью космического телескопа Ферми проводили наблюдения Вселенной в гамма диапазоне в течение шести лет. Они утверждают, что большая часть источников ГИ уже известна науке. Астрономы считают, что если бы в космосе существовали какие-нибудь неизвестные источники гамма лучей, то их вклад в общее излучение был бы очень мал.

Кейт Бехтол, докторант и исследователь Чикагского университета, а также член сообщества Ферми, утверждает, что у них есть правдоподобная версия, хотя они полностью не уверены, что это будет окончательным ответом.

С помощью космического телескопа Ферми ученые из НАСА получили изображения в гамма диапазоне всей видимой части Вселенной. Задача исследования состояла в том, чтобы точно определить источники этих гамма лучей. Вместо этого, с телескопа Ферми было получено рассеянное свечение.

Телескоп Ферми с помощью других телескопов сможет определить местоположение объектов, испускающих гамма лучи высокой энергии, утверждают ученые. Например, это галактики с высокими энергиями, называемые блазарами, которые испускают большой поток гамма лучей.

Возможности телескопа Ферми ограничены, и он не способен увидеть большинство объектов, которые испускают гамма лучи, так что ученым приходится оценивать примерное количество источников этих лучей.

Согласно последним оценкам, примерно 50 % фонового ГИ приходится на высокоэнергетические галактики, известные как блазары, от 10 до 30 % — на галактики с формирующимися звездами, оставшиеся 20 % от радио галактик.

Также, возможно, что темная материя, составляющая 80 % всей материи во Вселенной, является источником гамма лучей и данные, полученные с телескопа Ферми, могут помочь ученым выяснить какие частицы составляют темную материю.

Бехтол считает, что мы наблюдаем все периоды времени эволюции Вселенной в одно время, т.е. все излучение от разных периодов развития Вселенной смешивается и образует общее фоновое гамма излучение.

Ученые НАСА считают, что разрешили загадку, но Бехтол утверждает, что остаются другие тайны о гамма излучении во Вселенной. Другие телескопы, которые также работают в гамма диапазоне, определяют гамма лучи более высоких энергий, чем телескоп Ферми, и, возможно, что имеются источники гамма лучей высоких энергий, о которых ученые еще не знают.

Комментарии 5

Мои мысли по поводу гамма лучей:

Тут нужно сначала понять, что такое свет или фотон. На мой взгляд, это обычные волны, как на поверхности воды, поперечные, как и считают ученые. Поперечность объясняется просто, если мы разгоним ток в проводнике и потом резко тормознем, то получим самоиндукцию, которая направлена вдоль проводника, отсюда возникает поперечная волна, энергия уходит поперечными колебаниями в направлении распространения волны.

При этом распространение волны подразумевает наличие упругой среды, то есть пространство, обладающее энергией. Когда мы деформируем это пространство, то деформация идет до тех пор, пока энергии не выравниваются, источник давит, среда сопротивляется (проявляет скрытую энергию) и деформация идет до тех пор, пока энергии не сравняются, после чего волна начинает распространяться, обычным перекатыванием.

Но мы знаем, что свет излучается фотонами или квантами, равными порциями, для видимого спектра величина кванта равна 2-3 эВ. Это может означать, что среда обладает определенной резонансной частотой. В обычном состоянии волновое сопротивление эфира равно 377 Ом, то есть среда сопротивляется, но для резонансной частоты сопротивление падает. Проще это показать на примере трогания вагонов поезда, если потихоньку разгоняем состав, то имеем большое сопротивление всего состава, то самое 377 Ом для эфира. Но если резко дергаем вагоны, то за счет упругости между вагонами (сцепкой) можем передавать энергию в импульсе по всему составу, без большого сопротивления. Так как энергия тепловоза прикладывается к одному вагону, отсюда получаем резкий толчок вагона и по цепочке энергия передается до последнего вагона.

Вот так же и передается свет, за счет упругости среды. Это просто самый эффективный способ передачи энергии через пространство, распределение плотности эфира. Причем нужно понимать, что как и обычные волны на поверхности воды образованы выпихиванием воды, то так же и световые волны вызваны избытком давления в эфире, но в среде волна центрируется, плюс и минус, поэтому мы не видим заряда у фотона.

И кроме того световая волна вращается, что просто является мерой увеличения энергии в волне, за счет вращательной деформации. То есть фотон распространяется как штопор, волна идет вращением. Если пропустить через поляризационный фильтр, то остается только одна плоскость вибрации волны.

И вот теперь что касается гамма- частиц. Они такие же волны, только более высокой частоты, поэтому имеют более резкие фронты и более выраженную продольную составляющую, отсюда идет проникающая способность и выраженная корпускулярность. Возможно, вся энергия передается в продольной компоненты, обычные вибрации, тоже передаются за счет резонанса среды, смещением, и поэтому квант гамма-частицы содержит больше энергии, 10 в 5 степени эВ. Если сравнивать с энергией обычного света 2-3 эВ, то разница разительная. Про это ещё Тесла писал, что энергия гамма-лучей огромная. Поэтому такие частицы хорошо проникают через материю, так как гамма-частицы чуть выше по энергии и частоте рентгеновского спектра.

Гамма-лучи должны служить переносчиками высоких энергий по Космосу. И кстати, скорее всего именно гамма-лучи (высокой энергии) источники вспышек в глазу космонавтов, которые примерно раз в 3 минуты возникают.

Из Википедии (физические свойства):

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не содержат заряженных частиц и поэтому не отклоняются электрическими и магнитными полями и характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма-кванты вызывают ионизацию атомов вещества. Основные процессы, возникающие при прохождении гамма-излучения через вещество:

Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи, γ-лучи) — вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны — менее 2·10−10 м — и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами[1].

Гамма-квантами являются фотоны с высокой энергией. Считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 105 эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1—100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению. С точки зрения физики, кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией не отличаются, поэтому такое разделение условно.

Гамма-излучение испускается при переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер (см. Изомерный переход, энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от

1 кэВ до десятков МэВ), при ядерных реакциях (например, при аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. д.), а также при отклонении энергичных заряженных частиц в магнитных и электрических полях (см. Синхротронное излучение). Энергия гамма-квантов, возникающих при переходах между возбуждёнными состояниями ядер, не превышает нескольких десятков МэВ. Энергии гамма-квантов, наблюдающихся в космических лучах, могут превосходить сотни ГэВ.

Гамма-излучение было открыто французским физиком Полем Вилларом[2] в 1900 году при исследовании излучения радия[3].

Источник

Источники гамма излучения вселенная

Первооткрыватели космических лучей, столкнувшись с внеземной радиацией, предположили, что – это гамма-излучение. И в этом была только часть правды. Теперь мы знаем, что пионеры исследования космического излучения натолкнулись на вторичную компоненту космических лучей, рождённую в атмосфере. Среди других частиц было и гамма-излучение. Что такое гамма-излучение?
Гамма-излучение это – высокоэнергичные кванты электромагнитного поля, называемые также фотонами. Как и другие виды излучений – от радио-диапазона до ультрафиолетового, его можно описать либо на “волновом” языке, используя для этого понятие длины волны или частоты, либо использовать энергетические единицы.
Если обратиться ко всему волновому (или энергетическому) диапазону электромагнитного излучения (см. рис.7.3), то можно видеть, что гамма-излучение находится на самом правом его краю: вслед за радио-, инфракрасным и ультрафиолетовым. Самая низкоэнергичная часть гамма-диапазона (менее

100 кэВ) носит название рентгеновского.
Вселенную изучают во всех диапазонах энергий. Каждый вид излучений несёт свою полезную и взаимодополняющую информацию, необходимую для создания полной картины Вселенной. В этой главе мы обратимся к самому высокоэнергичному участку электромагнитного спектра – гамма-излучению. Гамма-излучение нейтрально, не взаимодействует с галактическими магнитными полями. В связи с этим оно – уникальный инструмент для исследований объектов Вселенной.
Гамма-излучение может появиться в результате взаимодействия космических лучей с веществом среды, через которую они проходят. Это может быть атмосфера. Ранее мы видели, что действительно, в составе ШАЛ присутствие гамма-излучения весьма заметно. Это гамма-излучение – продукт распада образовавшихся в результате взаимодействия космических лучей с атмосферными ядрами. Оно составляет лишь небольшую долю тех ливневых частиц в атмосфере, которые генерируются первичными космическими лучами. Однако, среди самих первичных частиц есть и гамма-кванты, рожденные во Вселенной. Это излучение было открыто в начале 60-х годов на спутниках. Его невозможно зарегистрировать наземными методами: практически всё оно поглощается (за исключением самой высокоэнергичной части) в атмосфере.

9.1. Гамма-свечение Млечного Пути

Гамма-излучение, приходящее к нам из Космоса, разделяется на два различных класса. Первый класс гамма-излучения – диффузный, более или менее равномерно заполняющий нашу Галактику. Второй – дискретный – так называемые, гамма-всплески, которые рождаются в локальных астрофизических объектах не вполне пока ясной природы. О них пойдёт речь ниже.

На рис. 9.1 вы видите изображение нашей Галактики – Млечный Путь – в гамма-излучении. Это весьма неожиданный результат компьютерной обработки измерений гамма-излучения с энергией в сотни МэВ прибором EGRET на космической обсерватории CGRO (Космическая гамма-обсерватория им. А.Комптона). Это – постоянные гамма-источники. “Светящаяся” Галактика на этом снимке не может быть объяснена только известными наблюдаемыми небесными телами. Интересен здесь тот факт, что в оптическом диапазоне не видно очевидных источников такого гамма-излучения. Наблюдения с помощью оптических телескопов дают, скорее обратную картину: в тех местах, где следовало бы ожидать множество локальных ярких объектов, генерирующих гамма-излучение, — их нет.
Картина “Гамма-Галактики”, полученная в далеком от оптического диапазоне электромагнитного излучения, дает совершенно новую информацию о ближайшей к нам области Вселенной. Прежде всего, она впервые представила доказательства того, что здесь, в Галактике действительно развиваются крупномасштабные процессы выделения гигантских энергий. Видимый свет звезд, наблюдаемый в телескопы – это лишь небольшая доля их энергии. Огромное облако гамма-излучения нашей Галактики формирует гало, распространяющееся во внешнее пространство от Млечного Пути, — как раз и есть свидетельство бурных процессов в нашей части Вселенной.
Для объяснения наблюдаемого гамма-излучения от гало Млечного Пути нет единственного механизма. Некоторые типы процессов, приводящих к генерации гамма-излучения, показаны на рис.9.2. Одним из них является столкновение высокоэнергичных космических лучей – электронов с низкоэнергичными фотонами видимого света или с фотонами из инфракрасного диапазона. Такие фотоны могут появиться, например, в результате эмиссии вращающихся очень быстро нейтронных звёзд. Согласно этому механизму, электроны космических лучей передают часть своей энергии фотонам, ускоряя их до энергий гамма-квантов (“обратный Комптон-эффект”). Недавно обнаружено, что и другие спиральные галактики обладают такими же скрытыми инфракрасными гало. Своим существованием они обязаны “путешествующим во Вселенной космическим лучам.

Другой механизм рождения гамма-излучения – это упомянутый выше распад которые появляются, в свою очередь, в результате взаимодействиий космических лучей (протонов высокой энергии) с межзвёздной средой. Можно предположить, что скорость генерации или поток в межзвёздной среде будет таким же, как и поток космических лучей, если все космические лучи сумеют провзаимодействовать с ядрами среды. В ядерной физике обычно говорят о длине свободного пробега частицы до взаимодействия: т.е. длина свободного пробега, определяемая толщей вещества и типом частицы, должна быть достаточной для осуществления взаимодействия. Расчёты показывают, что в реальности не все космические лучи, заполняющие Галактику, могут провзаимодействовать с веществом, заполняющим межзвёздное пространство. Так, в направлении центра Галактики поток гамма-излучения составляет сотые доли процента от потока космических лучей. В направлении же, перпендикулярном Галактическому диску, их поток будет более, чем на порядок меньше.
Характеристики процессов, приводящих к генерации космического гамма-излучения, хорошо известны. Поэтому, измеряя его потоки с помощью приборов, установленных на спутниках, можно получить информацию не только о самих космических лучах, порождающих гамма-излучение, но и о среде их распространения – межзвёздной и межгалактической. В этом случае информация о распределении потоков гамма-квантов позволяет нам “увидеть” сами потоки космических лучей, их порождающих.
Мы видим, что космические лучи играют ключевую роль в формировании космического гамма-излучения. Следует ожидать появления наиболее мощных потоков гамма-излучения в тех областях Вселенной, где взрываются сверхновые. Там разлетающиеся ударные волны сверхновых должны генерировать огромное количество “свежих” космических лучей, которые и создают гигантские облака гамма-излучения в окрестности. Подобное явление зарегистрировано космической обсерваторией Chandra (см. рис.6.1) в менее энергичном диапазоне – рентгеновском.
Взрыв сверхновой SN1987A, наблюдавшийся 23 февраля 1987 г., оказался очень удобным для наблюдений гамма-излучения от этой звезды, т.к., оказалось возможным измерить энергетический спектр гамма-квантов. В нём были обнаружены две спектральные линии 847 и 1288 кэВ, которые принадлежат нестабильному изотопу кобальт-56 ( 56 Со) (с периодом полураспада 77 дней), образовавшемуся, в свою очередь, из изотопа никеля-56 ( 56 Ni). Конечным продуктом этих реакций было железо-56 ( 56 Fe). По интенсивности гамма-линий была определена общая масса железа, образовавшаяся во взрыве – это примерно 0.07 массы Солнца. Таким образом, мы видим, что измерение гамма-излучения является ещё одним важным источником информации о содержании химических элементов в облаке взорвавшейся звезды.
С другой стороны, такие мощные астрофизические объекты как нейтронные звезды или пульсары сами могут быть источниками космического гамма-излучения, они обладают достаточной для этого энергией. Действительно, ряд источников космического гамма-излучения ассоциируется с локальными астрофизическими объектами, такими как нейтронные звезды. Здесь хорошо изученный объект – пульсар в созвездии Краба. Этот источник излучает гамма-кванты вплоть до энергий

200 ТэВ. Или пульсар Вела, находящийся на расстоянии 500 парсек – он мощный генератор электромагнитного излучения в диапазоне от радиоволн до энергий гамма-квантов.
Одной из загадок астрофизики является гамма-излучающий объект в созвездии Близнецов. Он получил название Джеминга (от английского словосочетания – Gemini gamma ray). Это один из известных наиболее мощных источников гамма-излучения. Лишь после нескольких лет исследований этого объекта в гамма-диапазоне удалось обнаружить его оптический двойник – им оказался очень слабый астрофизический объект. Скорее всего – это нейтронная звезда с периодом 0.24 сек на расстоянии всего (!) 380 парсек. Это – максимально приближённая к нам нейтронная звезда.
Однако гораздо более интригующей с точки зрения астрофизики является гипотеза происхождения гамма-излучения, связанная с темной материей. Все больше и больше появляется теорий в попытке объяснить существование темной материи. Это немудрено: темная материя – это большая часть нашего мира. Еще не обнаруженные массивные слабовзаимодействующие частицы WIMP’ы – одни из кандидатов для темной материи, в отличие от частиц космических лучей, не взаимодействуют со светом – электромагнитным излучением, но они могут сталкиваться друг с другом, порождая гамма-излучение. Вот вам и альтернативное объяснение гало гамма-излучения нашей Галактики – доминирующая темная материя создает гамма-свечение Млечного Пути.
Аннигиляция вещества с антивеществом – ещё один источник гамма-излучения. Это известно. Но проблема – найти, доказать существование во Вселенной самого антивещества. И будущие исследования космического гамма-излучения несомненно должны способствовать этому.
Гамма-кванты энергичнее фотонов видимого света в десятки миллионов раз. Энергетический спектр гамма-излучения (см. рис. 7.3) чрезвычайно широк – от 10 5 -10 6 эВ (мягкое гамма-излучение) до гамма-излучения ультравысоких энергий (10 14 -10 17 эВ). Форма спектра, как это видно из рис.7.3, достаточно гладкая, однако при хорошем разрешении приборов в нём можно различить отдельные спектральные линии. Например, аннигиляционную линию 511 кэВ, возникающую в результате взаимодействия электронов и позитронов.
Какова максимальная энергия гамма-квантов, наблюдаемая в экспериментах?
Сейчас хорошо изучено гамма-излучение некоторых источников вплоть до ТэВ-ной области энергий. Безусловно, при таких энергиях необходимо применять наземные установки, которые регистрируют гамма-кванты по их черенковскому свечению в атмосфере. Для сравнения, верхний предел измерений гамма-излучения на космической обсерватории CGRO составил 20 ГэВ.
Среди ТэВ-ных источников гамма-излучения – Markarian — наиболее мощный в этом диапазоне энергий. Это довольно интересно, так как процесс взаимодействия двух гамма-квантов приводящий к рождению электрон-позитронной пары (е + е — ), в присутствии реликтового излучения должен бы ограничивать поток гамма-квантов сверхвысоких энергий. Но дальше ещё загадочней: из созвездия Лебедь-ХЗ до нас доходят гамма-кванты с энергией в ПэВ’ы…Или …это – ошибка эксперимента?
Картину Галактики, такой как она изображена на рис. 9.1, невозможно получить на Земле – эти гамма-кванты поглощаются атмосферой. “Картина” Вселеной в гамма-диапазоне не только более информативна, но представляет качественно новую информацию астрофизикам, чем оптическая астрономия, она позволяет увидеть и ряд локальных крупных астрофизических объектов в Галактике, ответственных за генерацию гамма-излучения. Среди них, например, Вела – крупное созвездие на краю Млечного Пути, или Лебедь Х3. Они прекрасно различается в 100 МэВ-ном гамма-излучении. Именно поэтому возникло мощное направление в космических исследованиях – гамма-астрономия, позволяющая гораздо глубже заглянуть в недра Вселенной, чем это позволяет сделать обычная, оптическая астрономия.
Данный краткий экскурс в проблему показывает существующее сейчас разнообразие теоретических подходов к объяснению уже лежащей на столах астрофизиков экспериментальной картины космического гамма-излучения. Безусловно – это свидетельство в пользу быстроразвивающейся науки.

9.2. Загадочные всплески гамма-излучения

На рис.9.1 мы с вами видели картину диффузного гамма-излучения нашей Галактики. Но, оказывается, существуют дискретные, очень кратковременные вспышки гамма-излучения, получившие названия гамма-всплесков. Они на много порядков величины мощнее гамма-излучения Галактики, изображенного на рис.9.1. Всего лишь за одну секунду они могут выделить энергию, сопоставимую с энергией нашего Солнца!
Открытие гамма-всплесков было, пожалуй, одним из замечательных событий в астрофизике ХХ века. Их обнаружение тесным образом связано с военными космическими программами эпохи холодной войны в 60-х годах. В тот период развёртывалась система космических средств для обнаружения наземных ядерных взрывов. Американские специалисты из Лос-Аламоса запустили серию спутников “Vela” с детекторами для регистрации гамма-излучения, генерируемого при взрывах атомных бомб…
Идея космического слежения за наземными взрывами атомных бомб весьма проста: по временной задержке импульсов гамма-излучения в нескольких детекторах, размещённых на орбите и направленных на Землю, можно определить место, где произведён взрыв. Однако космический ядерный мониторинг дал совершенно неожиданный результат: всплески приходили не от Земли, а из космического пространства! Более того, их нельзя было идентифицировать ни с одним из объектов Солнечной системы. Некоторое время обнаруженное явление было даже засекречено.
Учёных удивляла довольно большая частота наблюдений гамма-всплесков. Заметим, что впервые этот факт был обнаружен в ходе экспериментов на отечественных космических аппаратах серии “Венера”, выполненных под руководством Е. Мазеца из Ленинградского Физико-технического института. Если в первые годы исследований гамма-всплесков их наблюдали от 10 до 20 в год, то теперь, по мере освоения более чувствительных детекторов, их частота оценивается на уровне 300 в год. Проведённая корректировка числа событий на карту всего неба, даёт ещё большую величину — около 800 гамма-всплесков год.
Всплески отличаются разнообразием своих временных масштабов – их длительность находится в интервале от десятков миллисекунд до десятков секунд.
Энергетический спектр гамма-всплесков также как и у космических лучей падающий – с увеличением энергии поток монотонно снижается. Он простирается от десятков кэВ до ГэВ-ных энергий, а иногда наблюдаются даже ТэВ-ные частицы.
С самого начала экспериментального исследования гамма-всплесков делались попытки их отождествления с какими-либо астрофизическими объектами. Однако надёжных “привязок” ни в рентгеновском, ни в оптическом диапазонах к объектам Вселенной, несмотря на многочисленные попытки в 70-80 годах, не удалось сделать. Статистический анализ гамма-всплесков, проведенный в уже упомянутом выше эксперименте “Конус” Мазеца на АМС “Венера 11 и 12” показал, что действительно в распределении гамма-всплесков нет какого-то выделенного направления, т.е. оно является изотропным. Это было первое замечательное свойство гамма-всплесков, открытое в самом начале их исследований. С другой стороны, изучение зависимости частоты их появления от величины потока (lg N — lg S -зависимость) показало, что она отличается от формы с наклоном – 3/2, характерного для однородно-заполненного пространства.

Дальнейшие эксперименты на орбитальной гамма-обсерватории имени Артура Комптона (CGRO – Compton Gamma Ray Observatory) по огромной статистике (более 2000 всплесков) подтвердили, что действительно распределение гамма-всплесков не однородно. Как следствие, был сделан вывод, что источник гамма-всплесков не может быть связан с нашей дискообразной Галактикой. Оставались две возможности – либо их источники находятся в гало, образуя что-то наподобие сферической короны, либо разбросаны по всей Вселенной (см. рис.9.3).
Одно время Галактические модели гамма-всплесков доминировали в сознании астрофизиков, прежде всего исходя из энергетических соображений: требуемые в таких моделях значения энерговыделений – светимости источников (до 10 40 эрг/сек) – не намного превосходили мощность уже известных рентгеновских источников: тесных двойных звёзд, бартеров. Если же встать на космологическую позицию, т.е. предположить, что источники гамма-всплесков находятся в удалённой Вселенной, скажем, на расстояниях более 15 миллиардов световых лет, то в этом случае вывод должен быть ошеломляющим – энерговыделение гамма-источников должно превосходить возможности наиболее мощных известных астрофизических объектов – квазаров.
Мощность квазаров значительно меньше, чем энерговыделение наиболее мощных гамма-всплесков. Для последних она может достигать 10 52 эрг/сек и более. Подобные значения энерговыделений наблюдаются при взрывах сверхновых, и основная доля энергии заключена в импульсном потоке нейтрино. Но сверхновые взрываются значительно реже, нежели наблюдаются гамма-всплески. Кроме этого, энерговыделение происходит на более длительных масштабах времени. Для гамма-всплесков выдвинут другой механизм генерации – слияние двойных звёзд. Вкратце процесс их эволюции описывается следующим образом.
Процесс слияния звёзд заканчивается в тот момент, когда ядро одной из них сжимается до предела – момента отделения её внешней оболочки и начала переработки в термоядерной реакции гелия (водород уже перешёл в гелий на более ранней фазе эволюции звёзд – когда они были голубыми). В результате образуется новый тип звёзд, – так называемые звёзды Вольфа-Райе (WR), в которых за время порядка ста тысяч лет весь гелий сжигается и звезда взрывается как сверхновая, образуя нейтронную звезду. Вторая звезда повторяет жизненный путь первой и через некоторое время образуется пара двух нейтронных звёзд. Затем, через 10-12 миллиардов лет, происходит столкновение этих звёзд с выделением гигантской энергии. Однако эта модель, привлекательная, в первую очередь, с энергетической точки зрения, испытывает большие трудности. В связи с этим, в первую очередь, следует упомянуть необходимость объяснения происхождения популяции нейтронных звёзд во внешней оболочке гало, так как избыточной концентрации гамма-всплесков вблизи галактической плоскости не наблюдается. К тому же, не наблюдается гало из нейтронных звёзд у близлежащих галактик. Так, например, нет никаких указаний на то, что ближайшая к нам туманность Андромеды – источник значительного потока гамма-всплесков.
Поиски источников гамма-всплесков на звёздном небе продолжались. Успех пришёл в конце 90-х годов, когда европейцы запустили спутник BeppoSAX, — рентгеновскую обсерваторию, названную в честь известного итальянского физика Джузеппе (Беппо) Оккиалини. Идея заключалась в сопоставлении положения гамма-всплеска с рентгеновским источником, ошибка позиционирования которого значительно меньше. И в 1997 г. действительно был зафиксирован гамма-всплеск, сопровождавшийся рентгеновским послесвечением. Точность определения координат была достаточна высока для наведения на это место наземных оптических телескопов и космического – Хаббла.
Здесь был обнаружен удивительный объект с изменяющейся яркостью свечения в оптическом диапазоне. Затем были зарегистрированы другие гамма-всплески, связанные с аналогичными оптическими видимыми объектами. Измерив по допплеровскому смещению расстояние до них, учёные пришли к выводу, что они находятся на границе видимой части Вселенной. Таким образом, появились указания на необходимость связи гамма-всплесков с конкретными источниками, удалёнными на космологические расстояния и являющимися, вероятно, самыми мощными во Вселенной. Напомним, эти источники должны высвобождать

10 51 -10 54 эрг в течение типичной продолжительности всплеска – 10-100 сек.
Что же это за источники, способные генерировать такие гигантские потоки энергии?
Имея большой опыт создания мощных взрывных устройств – атомных и термоядерных бомб, учёные быстро пришли к аналогии с рукотворными взрывающимися звёздами: при взрыве атомной бомбы импульс гамма-излучения, предшествующий разлёту раскалённого плазменного шара, является одним из основных поражающих факторов.
Взоры вновь обратились к нейтронным звёздам. Чем они привлекательны? Имея мощнейшие магнитные поля (см. диаграмму Хилласа) – до

10 12 Гс, и, возможно, более, быстрые скорости вращения – сотые доли секунды и большую светимость (т.е энерговыделение), они являются достойными кандидатами на роль источников гамма-всплесков. Электрическое поле, генерируемое из-за быстрого вращения намагниченной звезды, должно ускорять частицы до гигантских энергий. Это — “локальная” модель, объясняющая происхождение всплесков “вблизи” нас, на расстояниях ближе 100-200 парсек (меньше толщины галактического диска).
В последнее время обсуждается связь рождения гамма-всплесков со взрывами внегалактических сверхновых особого класса – гиперновых. Это довольно редкий класс сверхновых, связанных с предшественницей – звездой Вольфа-Райе – массивной звездой, лишённой водородной и гелиевой оболочке. Коллапс таких звёзд возможен один раз в 100 тысяч лет, что значительно реже, чем наблюдаемый коллапс обычных сверхновых (1 раз в 30-50 лет). При взрыве ядра в центре такой звезды образуется чёрная
дыра размером в десять масс Солнца, окружённая массивным аккреционным диском и мощным магнитным полем до 10 15 Гс.
В этой модели (рис. 9.4) генерация потоков радиоизлучения и гамма-квантов происходит в узком конусе в полярных областях умирающей звезды – гиперновой. Коллапс массивной звезды Вольфа-Райе в чёрную дыру происходит за сверхкороткое время – триллионные доли наносекунды. Образовавшиеся при этом электрические поля могут конвертироваться в электроны и позитроны, которые затем быстро аннигилируют. Возникает огромный энергетический импульс, приводящий к нагреву звезды до температуры в миллиарды градусов. Сама звезда пока ещё находится вне чёрной дыры. Горячее вещество звезды моментально, со скоростью света, расширяется, это и есть взрыв. Результатом взрыва является гамма-вспышка, которую мы и наблюдаем вблизи Земли. В этой модели гамма-излучение распространяется в виде узких, направленных в противоположные стороны конусов от взрывающегося астрофизического объекта. А если конус не будет направлен в сторону наблюдателя? Тогда будет регистрироваться лишь рентгеновское, более длительное послесвечение взорвавшегося объекта.
Похоже, что один такой случай недавно, в 2001 г., наблюдался. Надо отметить, что за 30-летнюю историю наблюдения гамма-всплесков все рентгеновские и оптические послесвечения наблюдались после самих гамма-всплесков. Однако при нескольких тысячах зарегистрированных гамма-всплесков послесвечение наблюдалось лишь в 20 событиях. В эксперименте, упомянутом выше, “одинокое” послесвечение – чрезвычайно редкое явление.

Итак, модели генерации гамма-всплесков претерпели и продолжают претерпевать очень быструю эволюцию. Вначале это были модели, связанные с нейтронными звёздами в диске и в гало Галактике, затем – слияние двойных звёзд на космологических расстояниях, и теперь – взрывы гиперновых. Является ли эта гипотеза окончательной? Скорее всего – нет. Уже обсуждаются и другие подходы к возможной интерпретации рождения гамма-всплесков. Так, одна из новых моделей переносит нас к ранней эпохи эволюции галактик: к квазарам и активным ядрам галактик, где массивные звёзды в 100-500 масс Солнца коллансируют в чёрные дыры. Но в этой модели далеко не всё пока очевидно и пока астрофизики склоняются к тому, что вряд ли этот механизм может быть доминирующим.
Недавние астрономические наблюдения показали, что повышенная частота формирования новых звёзд происходит как раз в местах возможной локализации гамма-источников. В этих местах наблюдается повышенная плотность вещества – так называемые гигантские молекулярные облака. Факты свидетельствуют в пользу того, что гамма-источники связаны с эволюцией массивных звёзд. Однако вновь следует оговориться, — это пока гипотеза, требующая большего объема наблюдательных данных.
Более того, в связи с этим существует важная проблема, ждущая своего решения. Это – проблема частоты наблюдений гамма-всплесков. Её суть в том, что наблюдаемая частота их появления на три порядка выше частоты рождения звёзд, например Вольфа-Райе, в нашей Галактике.
Другой важный аспект этой проблемы заключается в том, что астрофизические объекты, ответственные за генерацию гамма-всплесков, должны быть и мощнейшими источниками узконаправленных струй – джетов космических лучей – электронов и ядер. Последние исследования гамма-излучения (например, на космической обсерватории “Интеграл”) действительно наглядно демонстрируют существование таких узких, симметричных и направленных в разные стороны джетов гамма-излучения (“twin-jets”). Этот результат имеет важное приложение и для ускорения космических лучей, которые могут ускориться ударными волнами, распространяющимися вдоль джетов! Тем самым мы отходим от идеи сферически-симметричного ускорителя космических частиц, связанного с взрывом сверхновой и разлётом её остатков в виде шарообразной структуры.
Может ли такой источник стать конкурентом механизма генерации космических лучей от “обычных” сверхновых, покажет время: пока нет ни наблюдательных данных, ни моделей, позволяющих строго судить об этом.
Так что нужны и новые идеи и новые результаты экспериментов в этом чрезвычайно важном направлении астрофизики.

Источник