Экстремальной Вселенной |
|
русский / english
|
| | Нерешенные задачи, связанные с гамма-всплесками |
|
Гамма-всплески предоставляют широкий спектр возможностей для изучения влияния релятивистских факторов на космические явления! Что же делает гамма-всплеск столь уникальным и выдающимся явлением по сравнению, например, со взрывом сверхновой? Гамма-всплески явно выделяются тем, что в них ускоряется огромный поток материи в виде релятивистских струй. Наблюдения гамма излучения показывают, что энергия частиц в струе увеличивается в тысячи раз – это величина, называемая Лоренц-фактором. Этот релятивистский фактор ускорения столь велик, что вызывает проблемы при теоретическом описании явления. Придется гораздо более подробно изучить эти релятивистские струи, чтобы понять, правильно ли теория объясняет подобные явления, или даже придется разрабатывать новые, улучшенные теории. В самом сердце гамма-всплеска глубоко внутри взрыва заключена главная сила этого огромного космического взрыва – в результате которого на месте взрыва образуется черная дыра. Можем ли мы увидеть признаки черной дыры? Происходит ли формирование черных дыр одинаково в гамма-всплесках, возникающих в сравнительно близкой и в более далёкой частях вселенной?
Рис. 1. В результате слияния сверхмассивных черных дыр и двойных компактных массивных объектов возникают гравитационные волны. Как ожидается, эти гравитационные волны смогут приниматься уже в следующем десятилетии при помощи наземных и космических систем. Луна представляет собой одну из вполне подходящих платформ для установки подобных детекторов. Источник: NASA
Рис. 2. Фоновое внегалактическое гамма излучение может содержать в себе зашифрованную информацию о некоторых наиболее мощных и экзотических явлениях во Вселенной.
РАЗВИТИЕ ИЗУЧЕНИЯ ГАММА ВСПЛЕСКОВ ПРИ ПОМОЩИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ – НОВЕЙШИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ! Оптические телескопы, совмещенные с рентгеновскими и гамма-лучевыми камерами, произвели революцию в научных исследованиях гамма-всплесков начиная с первого зарегистрированного около 15 лет назад гамма-всплеска. Современные космические гамма обсерватории способны среагировать на события в гамма-лучах в течение минуты – но это слишком медленно для того, чтобы успеть увидеть прямое неискаженное излучение струи в оптическом диапазоне. Лишь небольшое число наблюдений гамма-всплесков включают в себя собственно измерения этой ранней стадии гамма-всплеска. Это раннее оптическое излучение позволяет нам независимым способом измерить ускорение струй (см. выше – проверить картинку), проверить идею использования гамма-всплесков в качестве стандартных космологических индикаторов, увидеть испарение пыли вокруг отдельных звезд до высоких значений красного смещения, сравнить физические причины формирования излучения различного диапазона от гамма излучения до оптических волн и многое, многое другое. Это многообещающее разнообразие исследований оптического этапа нарастания излучения стало основной причиной планирования в Лаборатории ExUL создания космической обсерватории для измерения фазы нарастания излучения гамма-всплесков при помощи спутниковой программы сверхбыстрой обработки информации об излучении гамма-всплесков в инфракрасном и оптическом диапазоне.
Рис. 3. При наблюдении массивных звезд в области Млечного пути Лебедь X, Широкоугольный телескоп из пространственной гамма лаборатории Ферми поймал излучение «молодых» космических лучей.
Рис. 4. Слева оптическое изображение из Цифровой базы данных по изучению неба показывает область X-1 в созвездии Лебедя, обведенную в красную рамку. Область X-1 расположена вблизи обширных активных регионов звездного формирования в Млечном пути, и, как видно из рисунка, эта область имеет протяженность около 700 световых лет. Лебедь Х-1 является так называемой черной дырой звездной массы - тип черных дыр, которые возникают из-за коллапса массивной звезды. Черная дыра вытягивает материю из массивной голубой звезды-соседа. Эта материя образует диск, который вращается вокруг черной дыры (показан красным и оранжевым цветом), перед тем как упасть в нее или быть отброшенной от нее в виде мощных струй. (ссылка :Chandra)
КОРОТКИЕ ГАММА-ВСПЛЕСКИ, КЛЮЧ К ОТКРЫТИЮ НОВОЙ ЭРЫ ГРАВИТАЦИОННО-ВОЛНОВОЙ АСТРОНОМИИ! Вскоре вступят в строй обсерватории гравитационных волн (GW) нового поколения, и вероятнее всего, что первыми объектами, которые попадут в область зрения этих обсерваторий будут именно гамма-всплески короткого типа (SGRB). Подобно первым небесным телам, обнаруженным при помощи обыкновенных оптических телескопов, первые астрофизические источники гравитационных волн наверняка изменят наши представления об астрофизике и физике гравитации, что вызовет безграничный интерес у всех, кому не безразлично, что же находится «там, на краю Вселенной». Предположительно, короткие гамма-всплески являются «смертельной агонией» двойных нейтронных звезд. Мы уже имели возможность наблюдать, как подобные системы теряют энергию и их орбитальное движение замедляется именно так, как предсказывал Эйнштейн, и как следствие такой процесс подразумевает генерацию гравитационных волн. Что до сих пор мы не наблюдали, так это огромный, гигантский, мощный гравитационно-волновой импульс, который должен появляться в момент гибели – в тот момент, когда две нейтронные звезды, объекты по массе примерно равные нашему Солнцу, но столь компактно сжатые гравитацией, что их размеры не превышают размеров какого-нибудь города, - в конце концов сближаются по спирали друг к другу и происходит мощнейший взрыв, за которым следует быстрый и насыщенный гамма-лучами взрыв короткого гамма-всплеска. Подобно космическим сиренам, предупреждающим о происходящих катаклизмах, гравитационо-волновой сигнал достигнет гравитационной обсерватории. Однако подобно слепому эта обсерватория лишь может определить «на слух» приблизительное, неточное направление на событие – тогда как именно наша космическая обсерватория быстрого реагирования сможет увидеть оптическую, рентгеновскую и инфракрасную составляющие взрыва, и указать галактику, систему и прародителя гамма-всплеска, что в конце концов должно раскрыть для нас тайну происхождения подобных событий.. Таким образом, мы получим информацию в виде электромагнитных сигналов в широком спектре энергии, и их можно все сравнить между собой и одновременно с зарегистрированными гравитационными сигналами. И с этого момента физика, обогащенная столь многочисленными данными от этих множественных «вестников космоса», наверняка во многом изменится.
Рис. 5. Подобно вину в бокале газ болтается в разных направлениях по галактическому кластеру Abell 2052, находящемуся на расстоянии порядка 480 млн. световых лет от Земли. Рентгеновские данные (отображенные при помощи голубого цвета), полученные в рентгеновской обсерватории НАСА Chandra, показывают динамику горячих газов в этой системе, а оптические данные (золотым цветом) с телескопа VLT показывают галактики. Горячий, яркий в рентгеновском спектре газ имеет среднюю температуру около 30 млн. градусов.
ГАММА ЛУЧЕВЫЕ ПОЛЯРИМЕТРЫ ПРИВЕДУТ НАС ОТ ПРЕДПОЛОЖЕНИЙ К ПОСТРОЕНИЮ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ТЕОРИИ! Основным механизмом формирования всего наблюдаемого излучения гамма-всплеска на данный момент по представлениям ученых является синхротронное излучение, излучение энергии при движении по спирали вокруг магнитных силовых линий. До сих пор в качестве подтверждения этого механизма можно приводить лишь косвенные умозаключения. Синхротронное излучение исходит от высокоэнергичных электронов, двигающихся по спирали вокруг линий магнитного поля, и имеет характерную поляризацию. Поэтому обеспечение возможности измерения поляризации приведет в конечном счете к простому способу подтверждения теории. Однако гамма-лучевая поляриметрия является новой областью в приборостроении, и потребует создания приборов, больших, чем те, что используются для обычных гамма-лучевых измерений. В Лаборатории EXUL и НИИЯФ мы начинаем замечательные проекты, направленные на улучшение характеристик гамма поляриметров, которые будут использовать весь опыт, полученный при разработке и создании прибора ГРОМ.
Рис. 6. Недавно обнаруженный квазар получил обозначение ULAS J1120+0641. Он не является самым далеким объектом во Вселенной – данное звание по всей видимости пока принадлежит гамма-всплеску: световому излучению от взорвавшейся звезды. Однако этот квазар в сотни раз ярче гамма-всплеска и уж точно достаточно ярок, чтобы дать возможность ученым изучать более подробно как структуру самого квазара, так и его окружающего пространства.
Рис. 7. Наиболее удаленная из известных черных дыр - галактика NGC 300, расположена на расстоянии 6 млн. световых лет. Обнаруженная в январе 2010 г., эта черная дыра была первой из тех, что, как оказалось, скрываются вне «Местной группы» галактик, к которой принадлежит Млечный Путь.
|
||
