Гамма-всплески
Гамма всплеск в галактике 4C 71,07
Гамма-всплеск – это катаклизм необозримого масштаба, произошедший в отдаленной галактике в миллиардах световых лет от Земли.
Общие сведения о природе явления
Гамма-всплеск (ГВ) – это внезапное и кратковременное повышение силы космического гамма-излучения. Этот колоссальный импульс энергии рождается в далеких галактиках в момент возникновения черной дыры или вспышке сверхновой. Он вызывает к жизни невероятные вселенские процессы, в десятки раз превосходящие мощность и масштабы выброса сверхновой. Нашей планете повезло, что такие явления, за редким исключением, происходят далеко за пределами Галактики. Существуют и короткие гамма-всплески (ГВ). Механизм их происхождения до конца не понят, но известно, что механизм его отличается от длинного гамма-всплеска. Эти катаклизмы появляются в различных частях Вселенной, на космологических, исчисляющихся миллиардами световых лет, расстояниях от нас.
История открытия: как обнаружили гамма-всплески?
Гамма-всплеск GRB 130427A
Первый гамма-всплеск был определен в 1967 году военным спутником Vela. Парадокс открытия заключен в том, что в конце 60-х гг. правительство США потратило миллионы долларов на создание спутников-шпионов для слежения за возможными испытаниями ядерного оружия в СССР. Приборы, размещенные на них, должны были фиксировать возникающее гамма-излучение. И они срабатывали так часто, что военные генералы усомнились в возможности противника провести столько секретных ядерных взрывов. Примитивные приборы не определяли местоположение излучения и не давали информации, где оно возникло – на земле или в космосе. Поняв, что природа изучаемого катаклизма не связана с СССР, военные потеряли к ней интерес, и в 1973 году были опубликованы имеющиеся данные по этому открытию.
Чтобы вычислить расположение ГВ, в 1976 году создали Межпланетную сеть (IPN), позволяющую при взаимодействии детекторов, работающих в унисон, использовать метод триангуляции. Эта организация функционирует и в наши дни. Эксперименты КОНУС, проводимые на космических станциях «Венера», позволили выявить отдельный класс гамма-всплесков, имеющих кратковременный характер, и случайность их появления.
Сбор информации о местоположении явления
Позиции на небе всех гамма-всплесков, обнаруженных в ходе миссии BATSE
После определения космической природы энергетических потоков ученые приступили к поиску источников этого феномена. Сила излучения наводила на мысль о его происхождении в пределах нашей Галактики. Но изучение с помощью BATSE – прибора, созданного для обнаружения гамма-всплесков, установленного на космической обсерватории Комптон, – показало изотропность источников и тенденцию к распределению по всей небесной сфере, а не только в плоскости Млечного пути. Ежедневно фиксировались всплески, но без обнаружения их концентрации в одном месте. Тогда укрепилось мнение о дистанции в миллиарды световых лет между Землей и произошедшими взрывами, создавшими потоки энергии.
Материалы по теме
Сверхновые типа Ia
Открывателем послесвечения в ГВ стала рентгеновская обсерватория BeppoSAX, которую разместили на итальянско-голландском спутнике. Она зафиксировала затихающее излучение в рентгеновском спектре. Это дало возможность телескопам отыскать источник с точностью до секунды. Снимок слабой галактики на этом месте подтвердил теорию о космологической дальности ГВ. С момента запуска в 2004 году спутник вместе с орбитальной обсерваторией Swift стал центром исследований в этой области. На нем установили современную аппаратуру – монитор и телескопы, позволяющие сбор данных в рентгеновском и оптическом спектре. Они предоставили возможность всестороннее изучать гамма-всплески и фиксировать самые значительные события. В 2008 году запустили гамма-телескоп Fermi, который способен отслеживать гамма-кванты в широких диапазонах.
Механизм и классы гамма-всплесков
Наука разделяет этот вид космических энергетических потоков на два типа: короткие и длинные гамма-всплески. Между собой они отличаются временной и спектральной структурой. Механизм появления коротких ГВ связывают с взаимодействием нейтронных звезд и черных дыр. Длинные всплески приписывают эволюции звезды в сверхновую, но не обычную, а перестроившуюся в черную дыру.
Основные характеристики ГВ
У ГВ изучается несколько характеристик: интенсивность излучения, спектр, частота появления, временная структура, направление излучения, суммарное значение потока энергии. Временная структура имеет сложный график. Продолжительность явления меняется в промежутке от сотых частей секунды до сотен секунд. ГВ характеризуются значительной спектральной переменностью в пределах 100-1000 кэВ.
Послесвечение
Гамма-всплеск и вспышка сверхновой. Последовательность изображений, полученных на космическом телескопе Хаббла с 4 декабря 2001 г. по 5 мая 2002 г.
Ученые теоретически объяснили процессы образования эффекта послесвечения. Произошедшее событие (взрыв или слияние звезд) провоцирует возникновение разлетающейся с ультрарелятивистской скоростью оболочки. В отдельных случаях энергетический поток послесвечения сравним с самим всплеском. Его регистрируют, используя оптические и рентгеновские телескопы. Кривые их блеска сложны для изучения, так как они соединяют излучение головной и обратной волн.
Самые значимые ГВ
Материалы по теме
Магнетар
С момента фиксации первого гамма-всплеска в 1967 году ведется их список в хронологическом порядке. В него вошли явления, характеристики которых отличаются от стандартных параметров. Обозначение дат ведется: год, месяц, день.
- Поток энергии с наибольшей яркостью среди первых наблюдаемых – GRB 971214.
- Ближайший из замеченных всплесков – GRB 980425.
- Явление, отличающееся особой яркостью, видимое в оптическом и гамма-диапазоне, – GRB 990123.
- Возникший близко к Земле гамма-всплеск с досконально исследованным послесвечением – GRB 030329.
- Первый выброс энергии от сверхновой, снятый с начала появления, – GRB 060218.
- Ярчайшее послесвечение во Вселенной – GRB 080319.
- Гамма-всплеск, произошедший на наибольшем удалении от Солнечной системы из наблюдаемых, – GRB 090423.
- Явление, имевшее наибольшую длительность, составляющую временной интервал до 12 месяцев, – GRB 110328.
Интересные факты: последствия ГВ для Земли
Гамма-всплеск, произошедший на расстоянии в несколько миллионов св. лет в пределах нашей Галактики, и направление выброса которого будет направленно на Землю, приведет к частичному или полному исчезновению существующих жизненных форм и видов. С такими катаклизмами ученые связывают массовые вымирания, произошедшие 250 млн. лет назад, – тогда погибло 95% обитавших видов. А еще раньше на 200 млн. лет погибло 60% морских обитателей.
Прогнозировать время энергетического удара гамма-всплеска невозможно. Но частота появления в Галактике таких явлений измеряется миллионами лет. Так что сегодня нет поводов для беспокойства о нашем будущем.
‘ alt=»yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7 — Гамма-всплески» title=»Гамма-всплески»>
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Источник
Космические вспышки гамма-излучения с рекордной энергией
Гамма-всплески могут быть вызваны сверхновой, которая образует черную дыру. Из окрестностей черной дыры струи вылетают в космос, в котором ускоряются электрически заряженные частицы, которые в свою очередь генерируют гамма-излучение при взаимодействии с магнитным и радиационным полями. (Изображение: DESY / Лаборатория научной коммуникации)
Самые сильные взрывы во Вселенной испускают даже больше энергии, чем было известно ранее: две международные команды использовали специальные телескопы для записи гамма-всплесков с самой высокой энергией, которые когда-либо измерялись. Это также первое свидетельство гамма-всплесков на земных гамма-телескопах.
Гамма-всплески, сокращенно GRB, — это внезапные, короткие всплески гамма-излучения, которые происходят где-то в видимой вселенной примерно раз в день. Согласно современным знаниям, гамма-всплески происходят от сталкивающихся нейтронных звезд или от сверхновых, где образуются черные дыры. На земных телескопах гамма-кванты вспышек не могли наблюдаться до сих пор, потому что атмосфера Земли поглощает их. Но астрономы разработали специальные телескопы, регистрирующие слабый голубоватый свет Черенкова, который создает космическое гамма-излучение в атмосфере Земли.
Однако эти инструменты могут обнаруживать только очень высокоэнергетические гамма-фотоны. Но яркость гамма-лучей резко падает с увеличением энергии. Телескопы Черенкова, хотя и выявили многочисленные источники космического гамма-излучения при очень высоких энергиях, до сих пор такого гамма-лучевого всплеска не было. С другой стороны, спутники регулярно видят гамма-вспышки, но имеют слишком маленькие области детектора, чтобы быть чувствительными к очень низкой яркости гамма-вспышек при очень высоких энергиях. Поэтому до сих пор было неясно, излучают ли GRBs гамма-излучение при очень высоких энергиях.
В период с лета 2018 года по январь 2019 года две международные команды впервые обнаружили гамма-излучение от гамма-всплесков с помощью наземных телескопов. 20 июля 2018 года 28-метровый гамма-телескоп Высокоэнергетической стереоскопической системы, сокращенно обозначенный как HESS, смог наблюдать слабое послесвечение гамма-всплеска GRB 180720B в Намибии. А 14 января 2019 года на Черноморском телескопе MAGIC для краткости в Ла Пальме была зарегистрирована яркое гамма-излучение с ранней фазы GRB 190114C.
Оба наблюдения были инициированы гамма-спутниками НАСА, сканирующими небо на наличие гамма-всплесков и автоматически посылающими уведомления в такие обсерватории, как HESS и MAGIC. «Мы смогли так быстро переместиться в регион происхождения, что смогли начать наблюдение только через 57 секунд после первоначальной демонстрации взрыва», — говорит Козимо Нигро из DESY, который в то время отвечал за слой наблюдения MAGIC. «За первые двадцать минут наблюдения мы зарегистрировали около тысячи фотонов из GRB 190114C». MAGIC наблюдал гамма-кванты с энергией от 0,2 до одного тера-электрон-вольт. «Это, безусловно, фотоны с самой высокой энергией, когда-либо обнаруживаемые гамма-всплеском», — говорит директор группы MAGIC в DESY.
Раннее открытие позволило более двадцати другим телескопам более внимательно взглянуть на объект в многочисленных диапазонах длин волн. Так были расшифрованы детали физических механизмов, отвечающих за излучение высших энергий. Последующие наблюдения также определили расстояние от GRB 190114C до более чем четырех миллиардов световых лет.
GRB 180720B был еще дальше на расстоянии шести миллиардов световых лет. Тем не менее его гамма-излучение в диапазоне от 100 до 440 гиг-электрон-вольт можно было обнаружить спустя много времени после первоначальной вспышки. «Удивительно, но телескоп HESS смог зарегистрировать избыток 119 гамма-квантов от направления извержения всего через десять часов после первого спутникового наблюдения за взрывом», — говорит глава группы H. E. S. S в DESY Стефан Ом.
«Доказательства были довольно неожиданными, поскольку гамма-всплески быстро теряют свою яркость. Хотя они имеют послесвечение, которое можно наблюдать часами, а иногда даже днями во многих диапазонах длин волн от радиоволн до рентгеновских лучей, но никогда не было обнаружено в гамма-излучении очень высокой энергии», — объясняет Дейзи-теоретики Эндрю Тейлор, участвовавший в H. E. S. S.-анализа. «Этот успех также обусловлен улучшенной стратегией последующих действий, в которой мы также фокусируемся на более поздних временах после фактического коллапса звезды».
Физическое объяснение генерации гамма-излучения очень высокой энергии является сложной задачей. Обе команды предполагают двухэтапный процесс: во-первых, быстрые электрически заряженные частицы отклоняются в сильных магнитных полях облака взрыва, испуская синхротронное излучение. Однако это синхротронное излучение может достигать наблюдаемых очень высоких энергий только в экстремальных условиях. Вместо этого, исследователи предполагают, что эти фотоны на втором этапе сталкиваются с быстрыми электрически заряженными частицами и достигают наблюдаемой очень высокой энергии с помощью этого обратного комптоновского рассеяния.
Источник
Гамма-всплеск
Гамма-всплеск – это катаклизм необозримого масштаба, произошедший в отдаленной галактике в миллиардах световых лет от Земли.
Общие сведения о природе явления
Гамма-всплеск (ГВ) – это внезапное и кратковременное повышение силы космического гамма-излучения. Этот колоссальный импульс энергии рождается в далеких галактиках в момент возникновения черной дыры или вспышке сверхновой. Он вызывает к жизни невероятные вселенские процессы, в десятки раз превосходящие мощность и масштабы выброса сверхновой. Нашей планете повезло, что такие явления, за редким исключением, происходят далеко за пределами Галактики. Существуют и короткие гамма-всплески (ГВ). Механизм их происхождения до конца не понят, но известно, что механизм его отличается от длинного гамма-всплеска. Эти катаклизмы появляются в различных частях Вселенной, на космологических, исчисляющихся миллиардами световых лет, расстояниях от нас.
История открытия: как обнаружили гамма-всплески?
Первый гамма-всплеск был определен в 1967 году военным спутником Vela. Парадокс открытия заключен в том, что в конце 60-х гг. правительство США потратило миллионы долларов на создание спутников-шпионов для слежения за возможными испытаниями ядерного оружия в СССР. Приборы, размещенные на них, должны были фиксировать возникающее гамма-излучение. И они срабатывали так часто, что военные генералы усомнились в возможности противника провести столько секретных ядерных взрывов. Примитивные приборы не определяли местоположение излучения и не давали информации, где оно возникло – на земле или в космосе. Поняв, что природа изучаемого катаклизма не связана с СССР, военные потеряли к ней интерес, и в 1973 году были опубликованы имеющиеся данные по этому открытию.
Чтобы вычислить расположение ГВ, в 1976 году создали Межпланетную сеть (IPN), позволяющую при взаимодействии детекторов, работающих в унисон, использовать метод триангуляции. Эта организация функционирует и в наши дни. Эксперименты КОНУС, проводимые на космических станциях «Венера», позволили выявить отдельный класс гамма-всплесков, имеющих кратковременный характер, и случайность их появления.
Сбор информации о местоположении явления
После определения космической природы энергетических потоков ученые приступили к поиску источников этого феномена. Сила излучения наводила на мысль о его происхождении в пределах нашей Галактики. Но изучение с помощью BATSE – прибора, созданного для обнаружения гамма-всплесков, установленного на космической обсерватории Комптон, – показало изотропность источников и тенденцию к распределению по всей небесной сфере, а не только в плоскости Млечного пути. Ежедневно фиксировались всплески, но без обнаружения их концентрации в одном месте. Тогда укрепилось мнение о дистанции в миллиарды световых лет между Землей и произошедшими взрывами, создавшими потоки энергии.
Материалы по теме
Открывателем послесвечения в ГВ стала рентгеновская обсерватория BeppoSAX, которую разместили на итальянско-голландском спутнике. Она зафиксировала затихающее излучение в рентгеновском спектре. Это дало возможность телескопам отыскать источник с точностью до секунды. Снимок слабой галактики на этом месте подтвердил теорию о космологической дальности ГВ. С момента запуска в 2004 году спутник вместе с орбитальной обсерваторией Swift стал центром исследований в этой области. На нем установили современную аппаратуру – монитор и телескопы, позволяющие сбор данных в рентгеновском и оптическом спектре. Они предоставили возможность всестороннее изучать гамма-всплески и фиксировать самые значительные события. В 2008 году запустили гамма-телескоп Fermi, который способен отслеживать гамма-кванты в широких диапазонах.
Механизм и классы гамма-всплесков
Наука разделяет этот вид космических энергетических потоков на два типа: короткие и длинные гамма-всплески. Между собой они отличаются временной и спектральной структурой. Механизм появления коротких ГВ связывают с взаимодействием нейтронных звезд и черных дыр. Длинные всплески приписывают эволюции звезды в сверхновую, но не обычную, а перестроившуюся в черную дыру.
Основные характеристики ГВ
У ГВ изучается несколько характеристик: интенсивность излучения, спектр, частота появления, временная структура, направление излучения, суммарное значение потока энергии. Временная структура имеет сложный график. Продолжительность явления меняется в промежутке от сотых частей секунды до сотен секунд. ГВ характеризуются значительной спектральной переменностью в пределах 100-1000 кэВ.
Послесвечение
Гамма-всплеск и вспышка сверхновой. Последовательность изображений, полученных на космическом телескопе Хаббла с 4 декабря 2001 г. по 5 мая 2002 г.
Ученые теоретически объяснили процессы образования эффекта послесвечения. Произошедшее событие (взрыв или слияние звезд) провоцирует возникновение разлетающейся с ультрарелятивистской скоростью оболочки. В отдельных случаях энергетический поток послесвечения сравним с самим всплеском. Его регистрируют, используя оптические и рентгеновские телескопы. Кривые их блеска сложны для изучения, так как они соединяют излучение головной и обратной волн.
Самые значимые ГВ
Материалы по теме
С момента фиксации первого гамма-всплеска в 1967 году ведется их список в хронологическом порядке. В него вошли явления, характеристики которых отличаются от стандартных параметров. Обозначение дат ведется: год, месяц, день.
- Поток энергии с наибольшей яркостью среди первых наблюдаемых – GRB 971214.
- Ближайший из замеченных всплесков – GRB 980425.
- Явление, отличающееся особой яркостью, видимое в оптическом и гамма-диапазоне, – GRB 990123.
- Возникший близко к Земле гамма-всплеск с досконально исследованным послесвечением – GRB 030329.
- Первый выброс энергии от сверхновой, снятый с начала появления, – GRB 060218.
- Ярчайшее послесвечение во Вселенной – GRB 080319.
- Гамма-всплеск, произошедший на наибольшем удалении от Солнечной системы из наблюдаемых, – GRB 090423.
- Явление, имевшее наибольшую длительность, составляющую временной интервал до 12 месяцев, – GRB 110328.
Интересные факты: последствия ГВ для Земли
Гамма-всплеск, произошедший на расстоянии в несколько миллионов св. лет в пределах нашей Галактики, и направление выброса которого будет направленно на Землю, приведет к частичному или полному исчезновению существующих жизненных форм и видов. С такими катаклизмами ученые связывают массовые вымирания, произошедшие 250 млн. лет назад, – тогда погибло 95% обитавших видов. А еще раньше на 200 млн. лет погибло 60% морских обитателей.
Прогнозировать время энергетического удара гамма-всплеска невозможно. Но частота появления в Галактике таких явлений измеряется миллионами лет. Так что сегодня нет поводов для беспокойства о нашем будущем.
Источник