загрузка...

Гамма-всплески

  • 16.06.2010 / Просмотров: 9927
    //Тэги: космос   Гордон  

    Космические гамма-всплески на протяжении 30 лет остаются самым загадочным явлением в астрофизике. Превосходя по своей взрывной светимости все, что происходит в наблюдаемой Вселенной, они являются одним из самых дерзких вызовов ученым и продолжают преподносить сюрпризы. О почти детективной истории исследования гамма-всплесков - астрофизики Борис Штерн и Алексей Позаненко.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Борис Штерн. 60-е годы были славными и для
астрофизики. Самыми урожайными на великие откры-
тия. Навскидку можно назвать, по крайней мере, 4 та-
ких великих открытия.
Алексей Позаненко. Астрофизических открытия.
Борис Штерн. Да, я говорю про астрофизику. Первое – это
знаменитое открытие реликтового излучения. Реликто-
вое излучение – это свет, который остался во вселен-
ной с самых ранних времён, когда она была совсем мо-
лодой и горячей, с тех пор этот свет стал радиоволна-
ми. И именно их в 65 году зарегистрировали Пензиас и
Вильсен. Они не знали, что они открыли, но это было
предсказанное открытие.
Следующее открытие – пульсары. 67-й год. Радио-
телескопы нашли на небе пульсирующие источники.
Причём с очень чётким периодом – в секунды. Как
будто внеземные цивилизации посылают нам сигна-
лы. Но довольно быстро и здесь нашлось рациональ-
ное объяснение, поскольку в теории уже существо-
вал подходящий объект. Это нейтронная звезда. По
происхождению нейтронная звезда – это труп обыч-
ной звезды, только больше, чем Солнце. По сути, это
очень своеобразное чудо природы – это шар радиусом
10-20 километров, то есть размером с Москву, но с мас-
сой больше, чем масса Солнца. Его плотность боль-
ше плотности воды на 14-15 порядков. Кроме того, он
обладает огромным магнитным полем, и вся эта кон-
струкция вращается со скоростью иногда до 600 обо-
ротов в секунду. Всё это работает как радиомаяк, отсю-
да и получаются эти импульсы. Это нам ещё понадо-
бится – нейтронные звёзды будут персонажем нашей
истории.
Следующее, а точнее, первое по хронологии, вели-
кое открытие – это квазары, они были открыты в 63 го-
ду. Наблюдали звёзды, как будто очень горячие, с со-
вершенно непонятным спектром. И когда этот спектр
расшифровали, тут и случился шок. Оказалось, что
они обладают спектром известных элементов, но толь-
ко смещённым в красную область – на 20 процентов,
на 50 процентов, иногда даже в 2 раза. Природа крас-
ного смещения была более-менее понятна – это эф-
фект Доплера. Объект от нас удаляется со скоростью,
сравнимой со скоростью света – это соответствует мо-
дели расширяющейся вселенной. Но тогда мы должны
поместить квазары на миллиарды световых лет от нас.
Итак, они светят ярче галактик, в тысячи раз ярче га-
лактик.
Мы будем использовать дальше термин «космологи-
ческое расстояние», это расстояния, сравнимые с рас-
стоянием до горизонта вселенной. А что такое «гори-
зонт», мы ещё скажем. Наконец, в конце 60-х годов
были открыты космические гамма-всплески. С кваза-
рами разобрались примерно за 10 лет, где-то к сере-
дине 70-х уже было более-менее понятно, что это та-
кое – это сверхмассивные чёрные дыры в центрах га-
лактик, которые всасывают в себя окружающее веще-
ство, это называется аккреция, от этого они и светят-
ся. А вот с гамма-всплесками была совершенно другая
эпопея. Они водили за нос исследователей всего мира
четверть века. Только в последние несколько лет заве-
са чуть-чуть приоткрылась. Но и сейчас мы не можем
сказать, что хоть чуть-чуть приблизились к тому пони-
манию, которое было достигнуто для квазаров где-то
уже в 70-х годах.
Начнём с открытия. Из нас двоих Алексей в большей
степени наблюдатель, ему слово соответственно.
Алексей Позаненко. Да, экстравагантность открытия всплесков со-
стояла в том, что были открыты не научными прибо-
рами, а спутниками-шпионами «Вела», запущенными
для контроля за соблюдением договора о неиспытании
ядерного оружия в средах. Таких спутников было запу-
щено много, они имели название «Вела». В 69-м году
была запущена «Вела-5». Именно эти спутники стали
регистрировать вспышки, мощные вспышки гамма-из-
лучения. Что это было такое? По кривой блеска, по ко-
личеству это не могли быть земные источники, связан-
ные с испытанием. В то время достаточно сложно бы-
ло определить направление прихода, потому что де-
текторы смотрят в 4 . И лишь благодаря тому, что было
несколько таких космических аппаратов, то по задерж-
ке времени прихода фронта удалось определить, что,
по-видимому, с большой долей вероятности, они при-
ходят не с Земли. Ну, и количество сыграло роль. В об-
щем, их было зарегистрировано несколько десятков,
порядка 20 на этих спутниках. Такого количества испы-
таний просто ни одна страна не могла себе позволить.
Александр Гордон. За какой период?
Алексей Позаненко. С 69 по 73 год. Потом первый каталог насчиты-
вал уже порядка 70 всплесков, потому что, когда верну-
лись назад, посмотрели предыдущие эксперименты на
спутниках Вела-3, Вела-4, нашли всплески ещё и там.
Красивая история об открытии всплесков говорит о
том, что в 73 году прошлого века эта данные рассе-
кретили, и была опубликована первая работа. На са-
мом деле всё было гораздо прозаичнее. Исследова-
тель Рэй Клебесадел, разработчик этого прибора, ко-
гда было точно выяснено, что эти источники находятся
не на Земле, положил эти данные в стол и лишь толь-
ко в 72 году по просьбе начальства он вернулся к ис-
следованию этих необычных явлений, необычных кри-
вых. В 72 году он вернулся к исследованиям, а в 73 го-
ду была опубликована первая статья. И как раз в ию-
не 73 года она была опубликована, то есть в этом году
исполнилось 30 лет с тех пор, как были открыты гам-
ма-всплески. 30 лет, и за эти 30 лет мы зарегистриро-
вали очень много всплесков, больше 3 тысяч, во мно-
жестве космических экспериментов на различных кос-
мических аппаратах. Вот такая экстравагантная исто-
рия.
Александр Гордон. Какие приборы стояли на этих спутниках?
Алексей Позаненко. Это были сцинтиляционные детекторы, кото-
рые могли измерять достаточно жёсткое излучение –
от 30 КэВ до 2 МэВ.
Борис Штерн. Довольно небольшие по размеру, кстати.
Алексей Позаненко. Да, небольшого размера. Они были предна-
значены для того, чтобы контролировать испытания,
а открыли такое замечательное явление, которым мы
продолжаем заниматься уже достаточно долго. И эти
всплески водят нас за нос и, по-видимому, ещё будут
водить.
Борис Штерн. В то время было совершенно неизвестно, от-
куда приходили всплески. Их наблюдали просто в виде
внезапного роста темпа отсчёта гамма-квантов. Пока-
жите следующую картинку, если можно. И эти кривые
совершенно разные. На самом деле, трудно себе пред-
ставить, что это всё относится к одному и тому же явле-
нию. На самом деле, они вписываются в единую ста-
тистику, и похоже, что здесь просто работают какие-то
неустойчивости, какая-то стохастика, природа играет в
кости, когда генерирует эти кривые. Ко всему прочему
– это очень яркий феномен. Чтобы открыть какое-то
новое явление, как правило, требуются дорогие пре-
цизионные установки. А вот это можно было открыть
детектором размером с монету – будь он помещён на
спутнике. По яркости это явление сравнимо с яркими
солнечными вспышками – но Солнце рядом, а это не-
известно где.
Александр Гордон. То есть их мог бы зафиксировать даже бытовой
счётчик Гейгера.
Алексей Позаненко. Совершенно верно, но только будь он на орби-
те.
Борис Штерн. 100 фотонов в секунду через сантиметр ква-
дратный – вот характерная величина.
Что тогда думали по поводу этих всплесков? Дума-
ли, что это нейтронные звёзды, о которых мы говорили.
Они вообще богатые на всякие неожиданные явления.
Но тем временем история продолжалась…
Алексей Позаненко. Что только не думали, было достаточно мно-
го гипотез, мы расскажем про это, но после открытия
всплесков их исследованию стали посвящать специ-
ализированные эксперименты. Таких экспериментов
было достаточно много. Если мы посмотрим на сле-
дующую картинку, то увидим, сколько было экспери-
ментов, которые исследовали космические всплески.
Здесь на двух картинках перечислены эти эксперимен-
ты. Достаточно сказать о самых выдающихся, на наш
взгляд.
С американской стороны это «Пионер Венера Ор-
битер», спутник, на котором был установлен детектор
гамма-всплесков. И американский же «Солар Макси-
мум Мишн». Но Советский Союз тоже не был в сто-
роне от этих исследований. Это были такие экспери-
менты, такие как «Конус», разработанный в питерском
Физтехе Евгением Павловичем Мазецем, «Снег» на
космических аппаратах Венера-11-14. «Снег» был со-
ветско-французский эксперимент, а И.В. Эстулин руко-
водил этим экспериментом в ИКИ. В общей сложно-
сти советские эксперименты зарегистрировали поряд-
ка 200 всплесков за эти годы.
Александр Гордон. Я вижу, что по крайней мере 10 из этих экспери-
ментов продолжаются и по сей день.
Алексей Позаненко. Да, да, и сейчас исследования продолжаются.
И мы, наверное, пару слов попозже скажем об этом.
Что же эти эксперименты дали? Они определили не на-
правление прихода всплесков, а сам факт регистрации
этих всплесков.
Борис Штерн. Общую статистику.
Алексей Позаненко. Да, общую статистику. И направление можно
было определять примерно по триангуляции – когда в
пространстве расположено много спутников, то по вре-
мени задержки прихода плоского фронта можно бы-
ло строить дуги, и дальше эти дуги где-то пересека-
лись. Это называется error-box, т.е. область локализа-
ции всплеска. Они были достаточно большими. И люди
пытались смотреть в эти области локализации (боксы)
другими приборами, оптическими в частности. И ниче-
го там не находили, эти боксы были пустые!
Борис Штерн. Поэтому по-прежнему подозревали нейтрон-
ные звёзды. И однажды показалось, что это точно под-
твердилось, что это доказано.
Алексей Позаненко. 5 марта 79 года случился очень мощный
всплеск. Надо сказать, что он был зарегистрирован
сразу же семью аппаратами, которые летали либо на
орбите Земли, либо на межпланетных траекториях.
Чем этот всплеск был замечателен? Он был очень
мощный. Но это не всё. Удивительно, но в этом всплес-
ке нашли период в пульсациях – порядка 8 секунд, чуть
меньше 8 секунд. Что такое 8 секунд? 8 секунд это…
Борис Штерн. Вращающаяся нейтронная звезда.
Алексей Позаненко. Да, вращающаяся нейтронная звезда. Близко
по периоду к радиопульсарам, – хотя и больше, чем у
них, но близко. Казалось, что проблема всплесков за-
крыта, по крайней мере, решена, потому что это пуль-
сар, нейтронная звезда. В общем, радости было много,
материала для исследований было много. Но в даль-
нейшем оказалось, что этот класс явлений, он маски-
ровался под всплески.
Борис Штерн. Это были не гамма-всплески.
Алексей Позаненко. Это был класс явлений, который потом получил
название Софт Гамма-Репиторы (SGR).
Борис Штерн. На одном из семинаров это предложили пере-
вести как «мягкий повторитель», но мы не берём на се-
бя такую смелость.
Алексей Позаненко. Да, очень трудно иногда переводить какие-то
термины.
Итак, в чём оказалось его отличие от классических
всплесков, о которых мы ведём речь? Оказалось, что
энергетический спектр этих событий чрезвычайно мяг-
кий. Он сильно отличается от классических всплесков,
это во-первых. Во-вторых, оказалось, что они умеют
повторяться. То есть если классические всплески ни-
когда не приходят из одной точки пространства, то эти
Софт Гамма-Репиторы повторялись, было найдено до
сотни периодов активности этого источника. На сего-
дняшний день известно 5 Софт Гамма-Репиторов, ко-
торые периодически проявляют свою активность. Все,
кроме одного, принадлежат нашей Галактике.
Александр Гордон. То есть природа этих явлений совсем другая.
Борис Штерн. Совсем другая и тоже очень интересная. Это
другая загадка.
Алексей Позаненко. Сейчас это уже стало отдельно исследуемым
подклассом явлений.
Борис Штерн. Но, тем не менее, после некоего разочарова-
ния или, может быть, новой находки…
Алексей Позаненко. После ухода с этого ложного пути.
Борис Штерн. Да, всё равно продолжали думать, что это ней-
тронные звёзды, просто какое-то другое их проявле-
ние, потому что это действительно чудо природы, бо-
гатое на разные эффекты.
Но здесь стало появляться одно смущающее обсто-
ятельство, а именно – мы живём в плоской спираль-
ной галактике. Вот снимок телескопа «Хаббл», на кото-
ром изображена реальная группа галактик. Это не фо-
томонтаж, это действительно такая группа. Та, которая
снизу, видна ребром, она даёт хорошее представление
о геометрии.
Александр Гордон. И похожа на нашу Галактику…
Борис Штерн. На наш Млечный Путь.
И если бы это были нейтронные звёзды, то мы долж-
ны были ожидать, что они распределены в плоско-
сти этой галактики, там, где они рождаются. И все из-
вестные эффекты, которые связаны с нейтронными
звёздами, они концентрируются в плоскости Млечного
Пути. Эта плоскость нашей Галактики. Так вот, иногда
удавалось определить направление, откуда пришёл
гамма-всплеск. Оказывается, это направление было
случайно разбросанным по небу и никуда не концен-
трировалось.
Александр Гордон. То есть отовсюду. Мог отсюда, мог оттуда…
Борис Штерн. Отовсюду. Тогда предложили такую идею. Хо-
рошо, может быть, они не очень яркие и, может быть,
мы их видим только с расстояния порядка толщины
галактического диска? Вот мы сидим где-то здесь и
видим гамма всплески вокруг себя. Так рассуждали в
то время. Интересно взять «Маленькую энциклопедию
космоса» издания 86 года. Там написано, что это, ско-
рее всего, нейтронные звёзды. И там есть одна харак-
терная фраза: «Источники гамма-всплесков обладают
поразительной энергетикой. За вспышку излучается 10
в 40-ой степени эрг». Запомните эту цифру – 10 в 40-
ой эрг – она ещё будет меняться. Что это такое? 10 в
40-ой эрг – Солнце столько выделяет примерно за ме-
сяц. А здесь за секунды и в гамма-диапазоне, конечно,
это много и поразительно.
Александр Гордон. Только в гамма-диапазоне?
Борис Штерн. Только в гамма-диапазоне, да. Итак, было это
смущающее обстоятельство. И пока так думали, ком-
бинировали все эти геометрии, началась новая эпоха.
Это начало 90-х годов. Запустили новый аппарат.
Алексей Позаненко. Долго ожидаемая обсерватория имени
А.Комптона была посвящена исследованиям высоко-
энергичных явлений в космосе. В частности, там был
установлен прибор БАТСЕ (BATSE), который регистри-
ровал всплески. Уникальность этого прибора была в
том, что он был в 10 раз более чувствителен, чем ра-
ботавшие прежде. Там были большие блины, большие
детекторы, полуметровые, их было 8 штук, это с одной
стороны. С другой стороны, его уникальность была в
том, что он мог регистрировать в режиме реального
времени направления прихода всплесков. С не очень
большой точностью, порядка трех градусов, но этого
было достаточно, чтобы построить то самое распреде-
ление и посмотреть, есть ли там концентрация к плос-
кости галактики или нет? Есть ли там концентрация к
направлению на центр галактики или нет?
Это 91-й год, руководителем этого эксперимента
был Джерри Фишман. (Кстати, эксперимент этот очень
долго работал, он работал до самого затопления об-
серватории в 2000 г.) После запуска, тут же стали реги-
стрироваться всплески, с частотой примерно один раз
в день. Тут все исследователи стали потирать руки –
ага, пройдёт год-два, накопится достаточно статисти-
ки, построим это распределение и увидим, наконец-то,
плоскость галактики. Не тут-то было.
93-й год, первый каталог BATSE, порядка трехсот
всплесков, с координатами. Все стали строить распре-
деление по небу, построили и прослезились – не было
никакой концентрации ни к плоскости галактики, ни к
галактическому центру!
Борис Штерн. Но это ещё не всё, это ещё не самое страшное.
Алексей Позаненко. Была полная изотропия.
Александр Гордон. Равномерная изотропия по всем направлениям.
Борис Штерн. И это ещё не самое страшное. Обнаружилась
сильная недостача слабых всплесков. Поясню. Допу-
стим, вы получили в четыре раза более чувствитель-
ный детектор, значит, он стал видеть в два раза даль-
ше, работает закон обратных квадратов расстояний.
Но это значит, что он стал просматривать сферу в во-
семь раз большего объёма, и если всплески равномер-
но распределены в пространстве, значит, мы их долж-
ны видеть в восемь раз больше. А этого не было, бы-
ло гораздо меньше. И на самом слабом конце рас-
пределения, где BASTE ещё должен прекрасно видеть
всплески, он не досчитывался всплесков с фактором
десятка. Что это могло означать? Изотропия и недоста-
ток слабых – это значит, что источники гамма-вспле-
сков образуют сферическое облако, в центре которого
мы сидим, и это облако с краёв ограничено – за пре-
делами этого облака источников мало, или их нет во-
обще.
Какие системы вообще имеют такую геометрию в
космосе? Например, в Солнечной системе есть комет-
ное облако Оорта, оно сферическое, мы в центре – но
из комет не получишь гамма-всплесков. Хотя были и
такие гипотезы, но их серьёзно не рассматривали.
Тогда придумали следующую систему. Вот у нас
есть галактический диск, в нём рождаются нейтрон-
ные звёзды. Но они рождаются с большими начальны-
ми скоростями из-за взрыва сверхновой. Они вылета-
ют из галактики и засеивают пространство вокруг неё
большой короной из очень старых нейтронных звёзд.
И, может быть, с этими старыми нейтронными звёзда-
ми происходят какие-то катаклизмы? Облако большое,
мы хоть и смещены от центра, но не так сильно, и мо-
жем этой асимметрии не заменить. Тут возникает та-
кая проблема, что здесь уже десятью в сороковой сте-
пени не обойдёшься, здесь нужно уже десять в 44-ой
эрг, это уже тысячу лет Солнцу нужно выработать та-
кую энергию.
Александр Гордон. И спустить её за секунду…
Борис Штерн. Тем не менее, гамма-всплески – объект бо-
гатый, и люди придумали как настричь с нейтронной
звезды эти самые десять в 44-й эрг, это взрывное вы-
свобождение магнитного потока, но не будем в это
углубляться.
Александр Гордон. При такой модели, на каком расстоянии должны
были находиться эти нейтронные звёзды от нас?
Алексей Позаненко. Десятки килопарсек.
Борис Штерн. Сотни, минимум сотни килопарсек, это триста
тысяч световых лет.
Но есть ещё одна система с нужной геометрией –
это вся Вселенная. Поясню. Лет 15 или больше назад
знатоки из клуба «Что, где, когда?» сели в лужу, отве-
чая на вопрос школьника – почему ночью небо тёмное.
Это мне один из знатоков рассказывал, Виктор Сид-
нев. Они решили, раз школьник, значит, вопрос должен
быть простой, и ответили, что Земля загораживает сол-
нечный свет – света нет, небо тёмное. Школьник был
не так прост. Он имел в виду так называемый фото-
метрический парадокс Ольберса, а именно: если Все-
ленная существует вечно, если она бесконечная и од-
нородная, небо должно сиять как поверхность Солнца
– это очень простой факт, понятный в рамках школь-
ной программы, не будем его объяснять, пусть оста-
нется домашним заданием для телезрителей. Но не-
бо-то тёмное, а тёмное оно потому, что Вселенная рас-
ширяется и потому что она имеет горизонт.
Итак, что такое горизонт? Проще всего себе его
представить таким образом. Сейчас мы знаем доста-
точно хорошо, что Вселенная родилась примерно 14
миллиардов лет назад. Это значит, что мы не можем
видеть дальше, чем 14 миллиардов световых лет. Гру-
бо говоря, это и есть горизонт.
Вот, что видит космический телескоп «Хаббл», гля-
дя прямо в горизонт. Здесь суп из слабых галактик,
здесь их столько, что не пересчитать, большинство из
этих слабых точек – это галактики, находящиеся даль-
ше, чем на полпути к горизонту вселенной. Там есть
несколько галактик, которых «Хаббл» не видит, у них
очень большое красное смещение. И если верна гипо-
теза, что работает эта геометрия всей вселенной, зна-
чит, большинство всплесков происходит от этих сла-
беньких галактик – понятно, почему этих источников не
видели. Но если эта геометрия работает, это уже не де-
сять в 44-й эрг. Цена вопроса – миллиард, это десять
в 53-й эрг. Целая галактика выделяет такую энергию
примерно за сто лет, а даже звезда покрупнее Солнца
не высветит такой энергии никогда. И отдельная ней-
тронная звезда тут уже не проходит никак.
Алексей Позаненко. Энергетика велика.
Александр Гордон. Любая звезда не проходит.
Борис Штерн. Но на самом деле нейтронные звёзды бывают
парными. Если у нас есть две большие парные звёзды,
то они могут после себя оставить парный труп, парную
нейтронную звезду.
Алексей Позаненко. За счёт слияния.
Надо сказать, что середина 90-х годов была кри-
тической для перехода сознания учёных от галакти-
ческой модели к этой, космологической. Достаточно
вспомнить очень интересный диспут в 95-ом году (он
был показан по публичному телевидению в США) –
это диспут на тему происхождения гамма-всплесков
между двумя последовательными сторонниками раз-
личных гипотез. Гипотезу галактическую представлял
Дон Лемб, а Богдан Пачинский – гипотезу космологиче-
скую. Участвующие в диспуте разделились на две пар-
тии, каждая партия приводила очень интересные и ар-
гументированные доказательства той или иной гипоте-
зы. Победивших не было, но этот диспут показал, что
космологическая модель если не начинает преобла-
дать в умах, то занимает существенную долю на рын-
ке гипотез о происхождении гамма-всплесков. И то-
гда же на некоторых симпозиумах, семинарах можно
было наблюдать антинаучное действие, когда на по-
следнем заседании конференции ведущим конферен-
ции на голосование ставился вопрос – какова приро-
да гамма-всплесков, космологическая либо галактиче-
ская. Таким образом решалась проблема происхожде-
ния гамма-всплесков.
Александр Гордон. Проще было кинуть монету, наверное.
Алексей Позаненко. Наверное.
Борис Штерн. Виден был дрейф общественного мнения.
Алексей Позаненко. Да, постепенно происходило накопление дан-
ных с эксперимента BATSE, которые всё больше и
больше убеждали людей в том, что мы живём в геоме-
трии Вселенной, а не в геометрии галактики либо ко-
роны.
Александр Гордон. И всё-таки рекорд десять в 54-й? В 53-ей?
Борис Штерн. Рекорд – почти десять в 55-й.
Александр Гордон. Откуда же взять такую колоссальную энергию?
Борис Штерн. Взять откуда? Я сказал об одном варианте –
это две нейтронные звезды. Самое интересное, что та-
кие пары нам известны, в нашей галактике есть их три
штуки, это двойные пульсары. Причём видно, как они
замедляются и теряют свою орбитальную энергию за
счёт излучения гравитационных волн. Это значит, что
когда-нибудь они сольются и упадут друг на друга, и
вот это будет фейерверк. Скажу сразу, что десять в 54-
й здесь не получится, но получится всё равно много.
Здесь есть такой эффект: мы считаем эти эрги, ду-
мая, что всё это взрывается как бомба, что энергия ухо-
дит равномерно во все стороны, а это не факт. Мож-
но сильно сэкономить, если предположить, что это на-
правленный взрыв, как луч прожектора. Если мы попа-
даем в этот луч, тогда требуется меньше энергии, но
тогда мы много всплесков не досчитываемся.
Алексей Позаненко. Видим только то, что попадает лучом на нас.
Борис Штерн. Это самое драматическое время, эпоха всех
этих диспутов, голосований, когда люди более или ме-
нее пришли к галактической модели. На самом деле
осталось два кандидата, и в это время доминировала
как раз теория слияния двух нейтронных звёзд.
Но сейчас надо сказать, что ключевым моментом
утверждения космологической модели был, наверное,
97 год?
Алексей Позаненко. Да, был момент, когда информация по вспле-
скам накапливалась-накапливалась, но вся эта ин-
формация происходила из гамма-диапазона. Всплески
оставались гамма-всплесками, но очень хотелось по-
смотреть, а есть ли что-то там в оптике, в других диа-
пазонах волн, потому что, увидев что-то в оптике, мож-
но отождествить это с каким-то известным астрономи-
ческим объектом…
Александр Гордон. И кроме того, это всё-таки абсолютная локали-
зация.
Алексей Позаненко. Да, и кроме всего, это более точная локализа-
ция. Совершенно точно.
Борис Штерн. Там градусы, здесь – секунды.
Алексей Позаненко. В 97-м году был запущен итало-голландский
спутник «Беппо-Сакс», который имел рентгеновские
телескопы, и который мог достаточно быстро наве-
стись на область локализации гамма-всплеска. То есть
если мы в гамма-диапазоне имеем точность несколь-
ко градусов, то рентгеновский телескоп может уже эту
область посмотреть и определить, есть ли там источ-
ник с точностью несколько угловых минут и даже луч-
ше – в зависимости от яркости источника.
И вот 27 февраля 97-го года после очередного
всплеска «Беппо-Сакс» навелся своим рентгеновским
телескопом на область локализации всплеска, и уви-
дел послесвечение в рентгене, т.е. увидел рентге-
новский источник, который затухал, достаточно точно
определил его координаты, передал на Землю, и да-
лее большие оптические телескопы стали смотреть в
эту точку. И, о, счастье, мы увидели то, что называем
«оптический транзиент», оптический компонент от гам-
ма-всплеска.
Почему так уверенно определили, что это оптиче-
ский компонент? Его не было ни в каких каталогах,
то есть это был новый источник и он затухал. Таким
образом, было открыты рентгеновское послесвечение
и оптический компонент. И что самое интересное, че-
рез некоторое время, когда источник достаточно потух,
в оптике на его месте увидели галактику. Это называет-
ся родительская галактика. Увидели предположитель-
но там, где сидит этот источник всплеска. И измерили
спектральные линии от этой галактики.
Александр Гордон. Их красное смещение…
Алексей Позаненко. Совершенно точно, нашли красное смещение –
прямое доказательство космологической природы ис-
точников.
Александр Гордон. И как далеко располагалась эта галактика?
Борис Штерн. Здесь красное смещение – единица, это при-
мерно 10 миллиардов световых лет.
С тех пор уже известны десятки таких случаев ото-
ждествлений, найдены послесвечения, для многих из-
мерены красные смещения. Все – на космологических
расстояниях, рекорд красного смещения – 4 с поло-
виной. Вот один из таких случаев. Его уникальность
в том, что здесь было поймано прямое оптическое
свечение ещё в тот момент, когда продолжался гам-
ма-всплеск.
Алексей Позаненко. Это знаменитый всплеск 23 января 1999 года.
Борис Штерн. Оптический телескоп-автомат успел сработать
и навестись по сигналу от BATSE, когда продолжался
всплеск. Так вот, это свечение, находясь на горизонте
Вселенной, было 8-й звёздной величины – можно уви-
деть в сильный бинокль.
Алексей Позаненко. То есть если знать куда смотреть, можно этот
источник легко увидеть.
Борис Штерн. На этом снимке он уже снизил яркость в мил-
лион раз и всё равно ярче родительской галактики. Это
говорит о масштабах явления.
В тот момент, в 97-98 годах, кроме модели, о кото-
рой я рассказывал – слияние двух нейтронных звёзд –
появилась другая. Она появилась на самом деле ещё
в начале 90-х, Стен Вусли её вначале предложил –
что, может, это какой-то необычный тип сверхновой.
Обычная сверхновая – разлетается огромная масса
вещества и долго светит. Если предположить, что ка-
кая-то порция энергии прорвалась через всё это веще-
ство в открытый космос, тогда она могла и дать такой
всплеск.
И, начиная с 99 года, стали появляться всё новые
и новые данные, что это скорее всего гиперновая. Во-
первых – гамма-всплески происходят в областях, где
идёт очень интенсивное звездообразование, где много
вещества. В случае гиперновой всё понятно, это мас-
сивная звезда, она гибнет там же, где рождается. Если
это пара нейтронных звёзд, она успевает улететь Бог
знает куда.
Если проанализировать всю статистику гам-
ма-всплесков, то получается, что источники к настоя-
щему времени вымирают, раньше их было больше, те-
перь гораздо меньше.
Александр Гордон. Ну да, мы же видим горизонт не только в про-
странстве, но и во времени. Всё это происходило 10
миллиардов лет назад.
Борис Штерн. Совершенно верно. Но во Вселенной всё поти-
хоньку вымирает – меньше квазаров, меньше сверхно-
вых, меньше гамма-всплесков. Отчего, кстати сказать,
в старой Вселенной жить безопасней.
Александр Гордон. Чем ближе к нам, тем беднее картина – ближе
во времени.
Борис Штерн. Но ещё не вечер – звёзды типа Солнца будут
рождаться ещё миллиарды лет.
Алексей Позаненко. Возвращаясь к истории открытий. История де-
лается на наших глазах и отчасти нашими руками. Сей-
час, кажется, наступил очередной ключевой момент в
понимании природы всплесков.
29 марта этого года произошёл всплеск (они назы-
ваются по дате) GRB030329. Он был уникален опять-
таки курьёзом его обнаружения. Спутник НЕТЕ-2, кото-
рый предназначен для быстрой передачи информации
исследователям, что-то обнаружил, передал сообще-
ние, что что-то зарегистрировано, но это точно не гам-
ма-всплеск.
Через два часа, примерно, учёные, которые эксплуа-
тируют спутник, пришли, посмотрели данные телеме-
трии и увидели, что на самом деле это ярчайший гам-
ма-всплеск. Автоматика дала сбой – алгоритмы де-
лаются людьми, людям свойственно ошибаться. Алго-
ритмам – тоже. Таким образом, примерно через два ча-
са по миру через Интернет были распространены ко-
ординаты гамма-всплеска. Они были известны с боль-
шой точностью – примерно три угловые минуты – и
можно было наводить телескопы. Но в Европе и Аме-
рике была ночь, а телескопы были наведены в Австра-
лии и Японии. И в Австралии уже через полчаса было
обнаружено яркое послесвечение от всплеска.
Тут же передали по миру координаты. А мы сидели
и ждали темноты. То, что мы увидели, когда настала
ночь, вы видите на снимке.
Александр Гордон. Это ваша группа делала?
Алексей Позаненко. Да, в Крымской обсерватории, КрАО.
Александр Гордон. 30 марта?
Алексей Позаненко. 29 марта был первый снимок. И видно, как в
течение 9 дней этот ярчайший объект постепенно ухо-
дит под чувствительность данного телескопа. Это не
значит, что всплеск уже затух – мощные телескопы
его продолжают наблюдать. Он сейчас порядка 22-й
звёздной величины, что вполне наблюдаемо больши-
ми наземными телескопами. И по-видимому, его ещё
долго можно будет наблюдать.
Но чем он был замечателен? Оказалось – когда на
14-й день детально измерили спектры – что эти спек-
тры как две капли воды похожи на спектры сверхновой.
Тут же в сети появилось сообщение…
Борис Штерн. «Загадка всплесков решена!»
Алексей Позаненко. Да, решена – это сверхновая. Но не всё так
просто. Всплески продолжают преподносить сюрпри-
зы. Дело в том, что сверхновые имеют определённую
кривую блеска – спадающую. А этот источник – после
первоначального быстрого угасания – уже больше ме-
сяца стоит на одном месте, не падает, это первое. Вто-
рое: с большой долей уверенности можно говорить,
что он меняет свою звёздную величину примерно на
половину звёздной величины на протяжении суток, что
никак не похоже на поведение кривой блеска сверхно-
вой.
Борис Штерн. Подмигивает и ухмыляется – я бы так сказал.
Алексей Позаненко. Поэтому рано говорить, что проблема источни-
ков всплесков уже решена.
Александр Гордон. А какой объект может быть кандидатом на роль
гиперновой?
Алексей Позаненко. Очень массивная звезда.
Александр Гордон. Во сколько раз массивнее Солнца?
Алексей Позаненко. В 50, в 100 – ну, может быть, в 30, не знаю.
Александр Гордон. И сколько таких объектов в нашей галактике?
Алексей Позаненко. Тысячи. Много…
Борис Штерн. Более того, в нашей галактике есть одна звез-
да, про которую думают, что она рванёт как гиперно-
вая. Эта звезда не так далеко, называется «Эта Киля»
– она уже испускает предсмертные конвульсии.
Если она лучом своим попадёт в нас – мы это пере-
живём, но она угробит все искусственные спутники Зе-
мли, мы останемся, скорее всего, без Интернета, без
связи. Но она, скорее всего, промажет.
Алексей Позаненко. Хотелось бы верить, что промажет.
Борис Штерн. Тогда это будет великий праздник – вал дан-
ных, да и просто феерическое зрелище для нево-
оружённого глаза. Но вряд ли всё-таки нам на этом
празднике удаться попристутсвовать, потому что ха-
рактерный срок жизни измеряется сотнями, тысячи
лет.
Александр Гордон. То есть «вот-вот рванёт» означает, что это может
произойти через тысячу лет.
Борис Штерн. На самом деле мы до сих пор занимались фе-
номенологией, отвечали на вопросы Что? Где? Когда?
На вопросы «что?» и «где?» мы точно знаем ответ
– на космологических расстояниях, миллиарды свето-
вых лет и преимущественно в ранней Вселенной. К от-
вету на вопрос «что?» мы более-менее приблизились.
Но есть ещё вопросы «как?» и «почему?» Это уже сфе-
ра теории.
В смутные времена истории гамма-всплесков была
просто вакханалия теоретических предположений. Шу-
тили, что число теорий гамма-всплесков превышает
число известных гамма-всплесков.
Алексей Позаненко. Был такой момент…
Борис Штерн. Роберт Немиров опубликовал в своей работе
список ста существенно разных теорий происхожде-
ния гамма-всплесков. Нет никакой возможности ска-
зать обо всех, скажем только о той, которая кажется
наиболее перспективной – она связана с гиперновой.
Как взрывается эта массивная звезда? Её внутрен-
ности в какой-то момент теряют устойчивость и начи-
нают проваливаться в центр с ускорением свободно-
го падения. В центре они, в конце концов, формиру-
ют чёрную дыру. Но не сразу – мешает момент враще-
ния. И в какой-то момент в центре образуется аккре-
ционный диск. Такой же плотный и такой же массив-
ный, как нейтронная звезда – только плоский и с гро-
мадным магнитным полем. И эта штука вращается со
скоростью порядка тысячи оборотов в секунду. Это чу-
довищное магнитное динамо. Это динамо генерирует
две струи энергии вдоль оси вращения, вверх и вниз.
Уже делали численные расчёты, которым можно ве-
рить. Эти струи за считанные секунды прожигают мил-
лионы километров тела звезды и вырываются в от-
крытый космос. Вот там они и могут излучить эти
гамма-кванты. Причём, это происходит со скоростью,
близкой к скорости света. Они могут излучать гам-
ма-кванты часами. Но из-за того, что источник движет-
ся почти со скоростью света, эти часы (а может быть,
дни) сжимаются для нас в секунды. И мы видим эти се-
кундные всплески.
Здесь остаётся масса вопросов. Вообще, модель,
может быть, кажется фантастической…
Александр Гордон. После этого звезда всё-таки должна рвануть…
Борис Штерн. Рванёт, и как раз рассчитывали, что мы и уви-
дели эту оболочку, если бы была оболочка.
Модель кажется фантастической, на самом деле она
взята из жизни. Если можно, следующий рисунок с Га-
лактикой М-87. Я уже говорил про квазары. Вот это ма-
ленький, слабенький квазар, в эллиптической галакти-
ке М-87, довольно близкой. Там в центре яркое пятно –
это сверхмассивная чёрная дыра. Вокруг неё есть ак-
креционный диск. И работает эта же самая машина,
только других масштабов. И видно, что она испускает
эту струю. Это светят электроны больших энергий, но
там же есть и гамма-квантики, вполне приличные по-
токи…
Александр Гордон. То есть поглощается огромное количество мате-
рии, создаётся тот самый аккреционный диск…
Борис Штерн. …являющийся генератором этой струи. Но
остаётся масса вопросов. То есть мы просто не знаем
массы вещей, не знаем, как они происходят. Мы не зна-
ем, что генерирует эти странные кривые блеска. Мы
не знаем, сколько работает эта центральная машина.
Мы не знаем, как происходит взаимодействие струи
с окружающим веществом, и вообще, что там играет
главную роль. И всё время поступают новые, осложня-
ющие ситуацию, так сказать, данные. Буквально месяц
назад опубликовано сообщение об открытии сильной
линейной поляризации прямых гамма-квантов. Как это
интерпретировать, никто не знает.
Алексей Позаненко. То есть во время всплеска GRB021206 была из-
мерена линейная поляризация в гамма-диапазоне.
Борис Штерн. Теперь немножко об уроках истории изучения
гамма-всплесков. Эта история, конечно, очень богата,
и она много показала.
Во-первых, она показала, чего не надо делать. По-
казала, насколько легко люди становятся рабами сво-
их взглядов, своих моделей, перестают верить в экспе-
риментальные данные. То есть показала, столько бы-
ло упёртых людей. Или, наоборот, тех, кто видит в дан-
ных то, чего в них нет. Видели спектральные линии, ко-
торые подтверждают теорию нейтронных звёзд. Виде-
ли повторяемость гамма-всплесков, которой тоже нет.
Видели якобы концентрацию галактической плоскости.
Видели корреляцию с крупномасштабной структурой
Вселенной, чего нет. Это, в целом, общая болезнь. На
научном языке это называется «завышенная оценка
статистической значимости». Ею, к сожалению, очень
многие болеют.
Гамма-всплески нам всё время подкидывают ка-
кие-то вещи, сажая учёных в лужу. Как будто повторяя:
ты занимаешься расследованием, а не продвижени-
ем своих взглядов. Ты должен быть беспристрастным.
Это прекрасный урок, я считаю. Кроме того, эта исто-
рия продемонстрировала как надо. Это больше каса-
ется организации исследований. Раньше данные экс-
периментов были закрыты. Если ты не принадлежишь
к экспериментальной команде, то чтобы получить до-
ступ к этим данным, надо было вступить в некий торг.
Одно из блестящих решений НАСА – данные открыты,
поскольку они получены на деньги налогоплательщи-
ков, пусть это будет общим достоянием.
Алексей Позаненко. Но это не решение – это политика НАСА.
Борис Штерн. Да, но когда-то ей предшествовало решение.
Теперь, работая с этими данными, любой человек, лю-
бой исследователь в мире может порыться в них и сде-
лать открытие. Я говорю это не просто так, а потому что
я сам обнаружил там вещь, которую не ожидал найти.
Это гигантские всплески нашего, так сказать, домашне-
го галактического квазарчика «Лебедь-Х-1». Искал гам-
ма-всплески, нашёл это. Потом другие люди посмотре-
ли свои данные и нашли то же – это просто пример.
Кроме того, эта история учит нас кооперации – Алек-
сей является участником этой кооперации.
Алексей Позаненко. Действительно, исследовать всплески без ко-
операции тяжело, потому что мы только что видели на
примере оптический наблюдений, что когда в Америке
ночь – в России день, и наоборот. То есть надо объеди-
няться в какие-то группы, в какие-то коллективы для
того, чтобы эффективно искать, эффективно получать
данные. Это с одной стороны.
С другой стороны, всплески хорошо ловить на ор-
бите. Потому что когда есть всенаправленные детек-
торы, когда всё время ночь, когда нет засветки, легко
этот всплеск поймать. Но в оптическом диапазоне всё
совсем не так. Проходит время, пока на Землю будут
переданы координаты. Пока эти координаты дойдут до
исследователей, пока даже автоматические телеско-
пы, которые мгновенно могут разворачиваться, наве-
дутся туда, куда надо, пройдёт то самое драгоценное
время, и мы потеряем возможность наблюдать, а что
же там было в момент самого события в других диапа-
зонах.
Очень интересно заглянуть в оптическом диапазо-
не в машину, которая там работает во время всплеска.
Это даст нам неоценимые данные для того, чтобы по-
нять детали развиваемых моделей.
Борис Штерн. Подписываюсь, как теоретик.
Алексей Позаненко. И для этого создана международная сеть по-
иска оптических всплесков. Не только по оповещени-
ям, т.е. когда сигнал о всплеске приходит с орбиты, но
и просто совместных наблюдений. Если удастся пока-
зать картинку, будет очень здорово. Эти наблюдения
состоят в том, что поле зрения космического телеско-
па, в данном случае рентгеновского телескопа НЕТЕ-2,
мы смотрим синхронно нашей оптической камерой, ко-
торая покрывает это поле. И таким образом, если про-
изойдёт всплеск, мы не потеряем ни грамма ценной ин-
формации. Мы увидим на этой картинке не только то,
что было в оптическом диапазоне во время всплеска,
но также и то, что, возможно, предшествовало этому
всплеску. А есть такие модели, которые предсказыва-
ют мощное оптическое излучение до всплеска.
Таким образом, если бы у нас был этот прибор, ко-
гда произошёл всплеск, тот, о котором мы говорили,
23-го января 99-го года, то здесь, на этой картинке, он
бы был ярчайшей звездой. Восьмая с половиной вели-
чина – это много, это была бы очень яркая звёздочка.
Так что интернационализация – в природе исследова-
ния гамма-всплесков, никуда не деться без Интернета
и без совместных исследований этой проблемы.
Александр Гордон. А какое количество наземных телескопов в со-
стоянии сделать то, о чём вы сейчас говорите?
Алексей Позаненко. Нужны специализированные телескопы. Дело
вот в чём. По так называемым оповещениям могут
работать только узкопольные телескопы. И этих уз-
копольных телескопов много – во время последне-
го всплеска было, я думаю, до сотни сообщений от
разных групп наблюдателей, которые смотрели этот
всплеск. Но специализированных широкопольных ка-
мер – единицы. Это достаточно дорогое, достаточно
сложное удовольствие – сделать телескоп с хорошей
чувствительностью и широким полем зрения.
Александр Гордон. А какой здесь сейчас сектор?
Алексей Позаненко. 20 на 20 градусов. Предельная величина здесь
– 12-я звёздная величина. Вообще роботизирован-
ных телескопов, порядка семи штук во всём мире,
сейчас работает по программе поиска послесвечения
всплесков. И ещё строятся такие широкопольные ка-
меры, чтобы искать гамма-всплески совместно с бор-
товыми космическими телескопами, и искать опти-
ческое излучение, непосредственно сопровождающее
гамма-всплески. Можно сразу сказать, что пока ничего
не найдено. Но должно пройти некоторое время, что-
бы накопилась статистика, потому что эти телескопы
только-только начинают работать.
Александр Гордон. И потом – вероятность такого события, она всё-
таки, наверное, невелика…
Алексей Позаненко. В общем, да. То есть если из поля в 4 они при-
ходят раз в день, то из поля зрения 20 на 20 градусов
нужно подождать год.
Но ожидание окупится. Потому что если мы увидим
оптику и с хорошим временным разрешением иссле-
дуем её, то мы дадим пищу теоретикам.
Борис Штерн. Есть интересная аналогия. Квазары сравнива-
ют с маяками Вселенной. Кроме того что они интерес-
ны сами по себе, они просвечивают всё пространство
на луче зрения с больших красных смещений, и мы ви-
дим, что там происходит. Гамма-всплеск в этом пла-
не можно называть осветительной ракетой Вселенной,
ракетой, которая ярче любых маяков. Его просто надо
успеть поймать. И тогда гамма-всплеск просветит всё,
что было во Вселенной после первых сотен миллионов
лет. Практически все. Даст ответы просто на массу во-
просов.

Материалы к программе


Из статьи: Б.Штерна. Гамма-всплески: секундные катастрофы галактического масштаба.

60-е годы были самыми урожайными на сенсационные открытия в астрономии уходящего века. Не говоря о фундаментальнейшем открытии реликтового излучения, это три явления, каждое из которых в то или иное время вызвало шок: квазары, пульсары и гамма-всплески. Но если квазары и пульсары были быстро поняты хотя бы в самых общих чертах, гамма-всплески водили исследователей за нос почти тридцать лет, да и сейчас остаются почти непонятыми.
Гамма-всплески — ярчайшее явление. Сильные всплески можно зарегистрировать детектором размером с монету (например, маленьким счетчиком Гейгера на спутнике). Открыты они были в 1968 г. американскими спутниками-шпионами «Вела», призванными наблюдать за ядерными взрывами в атмосфере.
Почти 30 лет их видели только как всплески отсчетов гамма-квантов детекторами на космических аппаратах, продолжительность менялась от малых долей секунды до сотен секунд, интенсивность всплеска зависела от времени непредсказуемым образом.
Иногда удавалось довольно точно определить положение источника всплеска на небе (гамма-всплески всегда приходят из разных мест, не повторяясь). И никогда на месте гамма-всплеска не оказывалось ровным счетом ничего, разве что какая-то очень далекая галактика, которые и так найдешь повсюду. Мощнейшие всплески напоминали гром с ясного неба.
Больше двадцати лет думали, что гамма-всплески рождаются сравнительно недалеко — в Галактике — и связаны с какими-то катаклизмами на нейтронных звездах, богатых на яркие эффекты.
5 марта 1979 года произошло событие (кстати, зарегистрированное российскими аппаратами), после которого многие подумали, что ответ ясен: мощнейший всплеск с последующими периодическими пульсациями с периодом несколько секунд. Раз пульсации — значит пульсар, нейтронная звезда. Но впоследствии оказалось, что это был не гамма-всплеск, а soft gamma repeater (на одном семинаре предложили переводить это как «мягкий повторитель», но мы не берем на себя такую смелость) — совсем другое явление.
В 90-х годах, когда американцы (НАСА) запустили Гамма Обсерваторию «Комптон», вообще все смешалось. Детекторы BATSE на Гамма Обсерватории регистрировали всплески почти ежедневно. Оказалось, что источники всплесков слишком равномерно распределены по небу, чтобы принадлежать Галактике, которая, как известно, имеет форму диска. Хуже того, явно не досчитывались слабых всплесков: их распределение по яркости подразумевало, что у их распределения по расстоянию от нас есть край. Как будто мы сидим в центре сферического ограниченного облака гамма-всплесков.
Большинство исследователей постепенно, после жестоких споров, поверило, что гамма-всплески рождаются на космологических расстояниях, за миллиарды световых лет от нас. Мы видим те всплески, которые испущены, когда Вселенная была вдвое-втрое моложе, чем сейчас. И равномерное распределение по небу (Вселенная на таких масштабах равномерна), и ограниченность по расстоянию (у Вселенной есть горизонт) при этом обеспечиваются автоматически. Но это было пока только сильное подозрение, многие астрофизики еще не верили в космологические расстояния до всплесков. Ведь если так, тогда гамма-всплески должны быть чудовищно мощными: чтобы дать такой эффект на расстоянии порядка 10 миллиардов световых лет, надо излучить 1051 — 1052 эрг в гамма-квантах за считанные секунды: больше, чем при самых грандиозных взрывах, известных ранее — сверхновых, высвечивающих меньшую энергию за месяцы.
Прорыв тупика произошел 28 февраля 1997 г. Небольшой и сравнительно недорогой итало-голландский спутник Beppo-SAX зарегистрировал гамма-всплеск позиционно-чувствительной гамма-камерой, которая выдала его координаты с точностью 7 угловых минут. На спутнике есть другая камера, рентгеновская, которая обладает лучшим угловым разрешением (благодаря рентгеновскому зеркалу), но имеет узкое поле зрения, куда всплеск не попал. Зато Beppo-SAX умеет разворачиваться рентгеновской камерой на всплеск, что он и сделал за 8 часов. Рентгеновская камера в пределах упомянутых 7 минут зарегистрировала слабеющий источник с точностью уже в одну угловую минуту. А одна угловая минута — это достаточно точное указание для мощного телескопа, чтобы искать в этом месте нечто необычное.
Нашли слабый точечный источник света, которого раньше там не было, необычно синий. Вскоре убедились, что источник слабеет. Сомнений не осталось — это послесвечение гамма-всплеска. Источник совпадал с очень далекой галактикой.
Вскоре зарегистрировали послесвечения других всплесков, для некоторых напрямую измерили красное смещение, и оно оказалось порядка z=1 и больше, т. е. источник удаляется со скоростью, сравнимой со скоростью света, расстояние до него — миллиарды световых лет, больше полпути до горизонта Вселенной и больше половины срока ее жизни во времени.
Методика наблюдений совершенствовалась — примерные координаты всплесков стали выдавать за считанные секунды, появились небольшие телескопы-роботы, направляющиеся в нужную точку неба по команде, переданной по сети. 23 января 1999 г. такой телескоп, наведясь по координатам, переданным со спутника, увидел гамма-всплеск в оптике через 10 — 20 секунд после его начала, когда он еще продолжался в гамма-диапазоне. По дате (23 января) всплеск получил прозвище 0123. То есть это было не послесвечение, а прямое оптическое свечение — в сотни тысяч раз ярче галактик, находящихся на том же (космологическом) расстоянии. Свечение могло быть видимо с Земли в сильный бинокль и продолжалось секунд 40, как и гамма-всплеск.
Сейчас количество всплесков, для которых найдено послесвечение, составляет 35. Для 14 случаев непосредственно измерено красное смещение. Все они находятся на космологических расстояниях. Энергия, выделенная при гамма-всплесках, колеблется от 1051 до 1054 эрг, если считать, что энергия излучена равномерно во все стороны.
Что такое 1054 эрг? Идеально эффективный ядерный взрыв килограмма урана даст 1021 эрг, идеальный термоядерный взрыв килограмма дейтерий-тритиевой смеси в три раза больше. В этом случае выделяется от 0.1% до 0.3% от энергии массы покоя вещества (масса покоя дается знаменитой формулой E = m c2). Если все Солнце (масса 1033 грамм) взорвется как термоядерная бомба (что бывает с некоторыми типами звезд), выделится около 3•1051 эрг — близко к тому, что излучается при не самых сильных всплесках.
Есть более эффективный механизм звездного взрыва — гравитационный коллапс звезды в черную дыру. Теоретически — выделяемая энергия может быть сравнима с m c2, реально — большая ее часть уносится в черную дыру, наружу может быть выброшена энергия, эквивалентная 10% массы покоя (это довольно трудная оценка и она не точна). Для Солнца это 1053 эрг, для массивной звезды все 1054 эрг. Но куда пойдет эта энергия? В случае взрывов сверхновых большая ее часть уносится потоком труднонаблюдаемых нейтрино. А здесь мы имеем рекорд 1054 эрг только в гамма-квантах! Скорее всего, энергия взрыва поменьше — просто она излучается неравномерно по направлениям, и иногда мы попадаем в максимальный поток, как бы в луч прожектора (а пересчет на полную энергию делается в предположении об изотропном излучении).
Важно то, что нужная энергия может быть обеспечена источником звездного происхождения. И в принципе есть мыслимые механизмы выделения подобной энергии. И даже есть явление, лишь немного уступающее гамма-всплескам по энерговыделению — взрывы сверхновых, правда эти взрывы в сотни тысяч раз растянуты относительно всплесков.
Возьмем умеренный случай энерговыделения 1052 эрг и расстояние до всплеска 3 парсека, 10 световых лет, или 1019 см — в таких пределах от нас находится с десяток звезд. На таком расстоянии за считанные секунды на каждом квадратном сантиметре попавшейся на пути гамма-квантов планеты выделится 1013 эрг. Это эквивалентно взрыву атомной бомбы на каждом гектаре неба! Атмосфера не помогает: хоть энергия высветится в ее верхних слоях, значительная часть мгновенно дойдет до поверхности в виде света. Ясно, что все живое на половине планеты будет истреблено мгновенно, на второй половине чуть позже за счет вторичных эффектов. Даже если мы возьмем в 100 раз большее расстояние (это уже толщина галактического диска и сотни тысяч звезд), эффект (по атомной бомбе на квадрат со стороной 10 км) будет тяжелейшим ударом, и тут уже надо серьезно оценивать — что выживет и выживет ли вообще что-нибудь.
Так, каждый гамма-всплеск способен истребить жизнь в радиусе десятков, а то и сотен световых лет (если она там окажется) и нанести тяжелый удар по биосферам планет в радиусе до тысяч световых лет. К счастью, гамма-вплески достаточно редки. Число наблюдаемых (правильнее сказать — наблюдавшихся, поскольку Гамма-обсерватория Комптон, регистрировавшая 90% всплесков, уничтожена конъюнктурным решением руководства НАСА) гамма-всплесков — около трехсот в год. С поправками на неполное поле зрения, дыры в данных и малую эффективность регистрации слабых всплесков имеем 600 — 800 в год. Стараниями автора данной заметки с соавторами, нашедшими много очень слабых всплесков в архивных данных Комптоновской обсерватории, пропущенных регистрирующей электроникой, цифра возрастает до 1200 — 1300 в год, и еще минимум 2000 должны быть слабее порога регистрации (экстраполяция). Скорее всего, гамма-всплесков не меньше 10000 в год.
В видимой Вселенной около миллиарда галактик. Получается около одного всплеска в миллион лет на галактику для оценки полного числа 1000 в год и один в 100 000 лет для полного числа 10000 в год. На расстояниях порядка размеров галактики (десятки тысяч световых лет) гамма-всплеск еще безопасен. Но один из сотни или тысячи всплесков в галактике может происходить достаточно близко, чтобы представлять угрозу.
Тут самое время вспомнить о вымирании динозавров (вообще этот ход очень выигрышен в смысле public relations — динозавры популярны, их вымирание интригующе) — не гамма-всплеск ли тому виной? Действительно, было несколько работ на эту тему, где вышеприведенные оценки, выраженные здесь в атомных бомбах на единицу площади, делались серьезней и детальней. Получалось, что раз в несколько сот миллионов лет гамма-всплески действительно должны наносить заметный урон фауне Земли, и один из них вполне мог погубить динозавров.
Рассуждения о катастрофичности гамма-всплесков хоть и интересны, все-таки это досужие рассуждения. С точки зрения ученого куда важнее понять, что это такое и как это происходит. Первый вопрос проще: выбирать особенно не из чего — гамма-всплеск является разновидностью катастрофического гравитационного коллапса одного или пары объектов звездного происхождения. Либо коллапс очень массивной звезды, либо слияние и совместный коллапс двух нейтронных звезд в черную дыру. В этом смысле гамма-всплеск не сильно отличается от взрыва сверхновой, тоже связанного с гравитационным коллапсом ядра звезды. Разница в последствиях — в случае сверхновой выбрасывается тяжелая оболочка вещества, которая высвечивается в течение недель и месяцев и летит медленно, 10 — 30 тыс. км/с, т. е. около 0.03 — 0.1 от скорости света. В случае гамма-всплеска нечто излучающее гамма-кванты летит практически со скоростью света.
Когда речь идет о таких скоростях, основное значение имеет Лоренц-фактор g = 1/v(1v2/c2) — энергия тела равна энергии массы покоя, умноженной на g, время на летящем объекте замедляется в g раз и т.п. Довольно твердое утверждение заключается в том, что излучающая субстанция гамма-всплеска движется к нам с Лоренц-фактором не меньше 100, иначе она не смогла бы испускать гамма-кванты больших энергий. Значит, летит очень мало вещества, на 5 — 6 порядков меньше, чем в оболочке сверхновой, иначе получится слишком большая кинетическая энергия.
В этом и есть основное отличие: взрыв сверхновой «грязный», в него вовлечены огромные массы вещества, гамма-всплеск — чистый взрыв, вещество почти не выбрасывается, выбрасывается чистая энергия в виде магнитного поля и релятивистских частиц. Кстати, именно из-за большого Лоренц-фактора всплеск получается коротким. Ударный фронт может идти и излучать несколько дней или месяц. Но он очень мало отстает от гамма-квантов, которые сам испустил. В результате все гамма-кванты приходят к нам почти одновременно, и мы видим всплеск десятки секунд длиной (происходит сжатие времени в 1/g2 раз) там, где излучение продолжалось дни.
В кандидатах в виновники гамма-всплесков перебывало множество космических персонажей: нейтронные звезды, реликтовые черные дыры, белые карлики, красные карлики, космические струны, даже кометы — список далеко не полон.
Ныне всерьез рассматриваются только два: парные нейтронные звезды, сливающиеся в черную дыру и коллапсирующие звезды-гиганты.
Итак, подводя черту, попробуем обрисовать наиболее популярные сценарии гамма-всплеска. Причиной является катастрофа звездного масштаба: слияние пары нейтронных звезд, или коллапс ядра очень большой звезды. За миллисекунды выделяется до 1054 эрг, которые мы пока не видим. И в случае слияния нейтронных звезд и в случае коллапса гиганта образуется диск из сверхплотной материи радиусом порядка 10 км. Он и излучает энергию. Никто не знает сколько живет этот диск: одни исследователи за то, что он живет миллисекунды, другие за то, что он живет десятки и сотни секунд. Энергия, излученная диском, разлетается почти со скоростью света в форме частиц и магнитного поля — ультрарелятивистский файербол или струя.
Если это произошло в ядре гиганта — диск испускает вдоль оси вращения две струи энергии такой мощности, что, по уверениям Стэна Вусли (Санта-Круз) с соавторами, они за доли секунды прожигают канал сквозь тело звезды, очищая свой путь от вещества. Это получается при численном моделировании, но убедить общественность в этом непросто, поскольку задача очень сложна.
Будь то файербол или струя — в начале мы ничего не видим: плотность энергии и частиц в нем настолько велика, что излучение оказывается запертым. И только потом, когда файербол прошел световые часы, дни или даже месяцы, он как-то перерабатывает свою энергию в гамма-кванты (для нас эти дни и месяцы сжимаются в секунды, см. выше). Поток этих гамма-квантов таков, что звездная катастрофа превращается в катастрофу местного галактического масштаба, способную истребить жизнь на расстояниях до сотен световых лет.
Потом в течение многих недель мы видим последствия взаимодействия уже замедлившегося файербола с межзвездной средой — послесвечение. Оно гораздо слабей всплеска и сравнимо с обычной сверхновой (все же ярче).
В этом сценарии остается масса неясных вопросов. Например, как и что излучает гамма-кванты, что определяет разнообразные кривые яркости всплесков, на которые пока нет убедительных ответов. Кажется, там работает какой-то сравнительно простой и красивый процесс, которого мы не понимаем.
Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний (до красного смещения z=5), по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по красному смещению поглощающих облаков.
Прямое оптическое излучение всплеска, как в случае 0123 (см. выше), несравненно ярче любого квазара, хотя продолжается недолго. Такой всплеск, если его успеть поймать, мог бы легко быть виден с красного смещения 10 — т. е. из самой ранней Вселенной, о которой мы почти не имеем представления. По мнению Джиорговского, одного из лидеров в оптических наблюдениях послесвечений всплесков, такого события хватило бы, чтобы промерить распределение газа на луче зрения вплоть до z=10 — это бы сказало очень многое про эпоху образования галактик.
Так, явление остающееся загадочным, все больше приобретает значение инструмента исследования
Самый близкий гамма-всплеск в истории наблюдений. Начиная с 29 марта почтовые ящики астрофизиков, связанных с гамма-всплесками, забиты циркулярами GCN (GRB Coordinates Network), посвященными одному всплеску, произошедшему 29 марта, точнее, послесвечению этого всплеска. Такого обилия циркуляров еще не удостаивался ни один всплеск. Причина простая: событие произошло рекордно близко и послесвечение видят все, даже астрономы любители. Сам гамма-всплеск был зарегистрирован и локализован спутником HETE, предназначенным именно для этого. Информация о координатах всплесков распространяется по сети, поэтому вскоре в указанное место были направлены наземные оптические телескопы.
Сам всплеск был зарегистрирован HETE в 11.37 по Гринвичу. Первые сообщения ушли с комментарием «определенно не гамма-всплеск» и только в 12.50 ушло сообщение с комментарием «определенно гамма-всплеск».
Из наземных обсерваторий первыми сообщили австралийцы B. A. Peterson и P. A. Price в 13.37: «в радиусе ошибки всплеска 030329 видим источник, отсутствующий на архивных снимках…» Затем японец K.Torii (13.43): видим новый яркий источник 13 величины. Потом снова B. A. Peterson и P. A. Price: наша оценка яркости вероятного послесвечения 12.4 величины (!!!) — так и было с тремя восклицательными знаками. Действительно, для послесвечений гамма-всплесков, которые наблюдались десятками, это неслыханная яркость. Чуть позже P. A. Price сообщил, что они наблюдали послесвечение через облачность, что у них всюду грозы, и они не могут снять спектра и призывают астрономов северного полушария. Наблюдения из северного полушария пошли одно за другим: за день было испущено около 20 циркуляров. Среди наблюдавших были по крайней мере 2 российские группы: Р.Буренин и др. (ИКИ + турецкая + казанская группы) на российско-турецком телескопе и группа В.Липунова под Москвой на небольшом автоматизированном телескопе. На следующий день также пришло сообщение из Крымской обсерватории В.Румянцев, Е.Павленко, О.Антонюк (КрАО) и А.Позаненко (ИКИ).
В первый день обнаружили, что послесвечение, как и положено, слабеет, примерно на 0.1 величины в час. Из следующих важных сообщений: С.Голенецкий, Е.Мазец, В.Пальшин, Д.Фредерикс (ФТИ им. Иоффе), данные гамма-детекторов Konus-Wind (у них намного лучше спектроскопические характеристики чем у HETE): интеграл потока энергии от всплеска в гамма-диапазоне 1.6 10-4 эрг/см2. Это много, т. е. всплеск весьма яркий (однако, см. ниже про абсолютную яркость).
Первое сообщение по поводу красного смещения появилось на следующий день, правда оно было сильно предположительным: «если эта неразрешенная линия на 5852 А является [O II], то красное смещение z = 0.57». Последовало еще одно подтверждение и оценкой z = 0.57 уже начали пользоваться. Но оказалось, что это не та линия. В тот же день поступило сообщение с большого телескопа на Гавайах: по целому ряду систем линий z = 0.168! Восклицательный знак мой — он говорит что это ближайший гамма-всплеск, зарегистрированный до сих пор. Отсюда и исключительная яркость послесвечения. Следующий по близости z = 0.36. Правда был еще удивительный случай, когда на месте всплеска нашли сверхновую с z = 0.008, взорвавшуюся в то же время. Но либо это было что-то совсем нетипичное, либо совпадение.
Повезло: объем пространства до z = 0.168 более чем в 10 раз уступает объему для следующего по близости всплеска. Послесвечение видят в радиодиапазоне, причем источник яркий и там. Кривая блеска демонстрирует сюрпризы: послесвечение на какое-то время перестало тускнеть, потом продолжило. И наконец, сообщение GCN2107: в спектре послесвечения начинает проступать спектр расширяющейся оболочки сверхновой. Вначале спектр был как всегда степенным — заведомо нетепловым, такой спектр объясняется синхротронным излучением электронов. Вчера американская команда из нескольких университетов сообщила, что в спектре начинает проступать бугор, похожий на тепловой спектр расширяющейся оболочки сверхновой.
Если они не приняли желаемое за действительное, то это весьма важное наблюдение: всё идет к тому, что гамма-всплески — результат катаклизма, похожего на взрыв очень массивной сверхновой. Ранее уже были указания на сверхновую в кривых блеска послесвечения: когда последнее достаточно ослабевало, в кривой блеска появлялось плечо, которое можно интерпретировать так: сначала мы видели послесвечение, которое очень яркое, но быстро затухает. А потом, оно ослабело настолько, что стала видна менее яркая, но более долгая обычная сверхновая. Это было не до конца убедительно, но если сообщение GCN2107 подтвердится, событие гамма-всплеска будет выглядеть так: сначала происходит ультрарелятивистский выброс сквозь звезду из коллапсирующего ядра звезды. Этот выброс и дает гамма-всплеск с послесвечением. Чуть позже и гораздо медленнее начинает разлетаться сама звезда — это и есть сверхновая, которую мы начинаем видеть.
Наконец, лирическое отступление. Был гамма-всплеск (990123), у которого увидели прямое оптическое излучение одновременно с гамма-излучением. Его видимая яркость была 9 величины (видно в бинокль). Этот всплеск был на z = 1.6. Если перенести его на z = 0.168, яркость была бы 3 величины. Это довольно яркая звезда для невооруженного глаза. Если кто-нибудь из 6 миллиардов человек смотрел в нужный момент в нужную точку ночного неба (вряд ли всплеск был точно со стороны Солнца), то он увидел бы странную вещь: за несколько секунд загорелась новая звезда, еще секунд через десять начале слабеть, потом снова усилилась на несколько секунд и потом медленно слабела, окончательно исчезнув через минуту. Но не факт, что этот всплеск имел столь же сильное прямое оптическое излучение, и далеко не факт, что персонаж, увидевший это явление, придал бы ему какое-то значение.

Библиография


Лучков Б. И., Митрофанов И. Г., Розенталь И. Л. О природе космических гамма-всплесков//Успехи физических наук. 1996. Т. 166. № 7
Постнов К. А. Космические гамма-всплески//Успехи физических наук. 2000. Т. 169.
№ 5 Штерн Б. Секундные катастрофы галактических масштабов. Http://www.scientific.ru/journal/burst2.html
Bohdan Paczynski — Donald Q. Lamb. Http://antwrp.gsfc.nasa.gov/diamond_jubilee/debate_1995.html
Dar A., Laor A., Shaviv N. Life Extinction Due To Neutron Star Mergers. Http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/9607160 (1996)
Dar A., Laor A., Shaviv N. Life Extinctions by Cosmic Ray Jets//Phys. Rev. 1998. Lett. 80
Ghisellini G. Gamma Ray Bursts: Some Facts and Ideas/Invited talk at the 25th Johns Hopkins Workshop: A Relativistic Spacetime Odyssey. Experiments and Theoretical Viewpoints on General Relativity and Quantum Gravity. Florence, 2001. Http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/0111584
Klebesadel R., Strong I., Olson R.Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin//Astrophysical Journal (Letters). 1973. 182. L85-L88
Meszaros P. Theories of Gamma-Ray Bursts/Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 2002. V. 40; http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/0111170
Nemiroff R. A. Century of Gamma Ray Burst Models/Gamma-Ray Bursts, Proceedings of the 2-nd Workshop held in Huntsville. Alabama, October 1993, AIP Conference Proceedings. 1994. V. 307.; http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/9402012
Paradijs J. van, Kouveliotou C., Wijers R. Gamma-Ray Burst Afterglows//Annual Revi И потом ew of Astronomy and Astrophysics. 2000. V. 38 Rees M. Gamma ray bursts//Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2000. V. 358. № 1767;
http://fiordiliji.ingentaselect.com/vl=20807987/cl=37/nw=1/rpsv/cgi-bin/linker?ini=rsl&reqidx=/catchword/rsl/1364503x/v358n1767/s15/p853
www.astronet.ru
www.scientific.ru

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

  • иван 2012-08-07 15:24:47

    я бы скачал все диалоги и всю распечачтку В деревне нет сигнала а летом я в деревне. мои попытки скачать утонули в тык-перетык болоте .пришлите пож сслыку на .syominiwan@yandex.ru PS мало. Дико мало таких качественнх передач без жёлтого мракобесия.А эффект маугли действует и на робинзона и на массовое бессознательное

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X