Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"
Гамма-всплески после обмена партнерами
Гамма-всплески (gamma-ray bursts - GRBs) относятся к числу самых энергоемких явлений в мире звезд, приводящих к испусканию рекордных количеств высокоэнергичных частиц. В течение многих десятилетий их происхождение было окутано тайной, и лишь в последние годы ученые (как они надеются) начали наконец понимать, какие процессы могут нести ответственность за подобные взрывы. И вот теперь новое исследование, проведенное Джонатаном Гриндли (Jonathan Grindlay) из американского Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics - CfA, Кембридж, штат Массачусетс) и его коллегами - Симоном Портегисом Цвартом (Simon Portegies Zwart) из голландского Астрономического института и Стивеном Макмилланом (Stephen McMillan) из Университета Дрекселя (Drexel University) в Филадельфии, - заставляет признать, что полной ясности с гамма-всплесками все еще нет, и механизмы, породившие на свет большую часть исследованных коротких GRBs, могут быть и более изощренными, чем считалось ранее, - с предварительным обменом звездными компаньонами в пределах шаровых скоплений. Онлайновая публикация соответствующей статьи была предпринята 29 января в выпуске журнала Nature Physics. В качестве препринта она также доступна по адресу arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Гамма-всплески делят на два принципиально разных класса или две разновидности. Одни могут продолжаться от нескольких секунд до минуты или даже дольше ("long" GRBs, > 2-200 с). Астрономы полагают, что за этими "длинными" GRBs стоят взрывы очень массивных звезд (массивнее 25 солнц) - вспышки так называемых гиперновых (hypernova), в результате коллапса ядер которых образуются черные дыры. Другие же взрывы длятся лишь доли секунды, и такие короткие GRBs (short GRBs, < 0,2-2 с), согласно теории, происходят в результате столкновений двух нейтронных звезд ("звездных трупов") либо поглощения нейтронной звезды соседней черной дырой (так называемая "соединительная модель" - "coalescence model"). До недавнего времени "короткие" всплески длительностью в доли секунды казалась поистине неуловимыми, без всякого следа исчезая прежде, чем исследователи успевали навести свои инструменты и точно определить их месторасположение. Однако начиная с мая 2005 года новаторский космический гамма-телескоп NASA Swift (запущен 27 ноября 2004 года) стал позволять улавливать рентгеновское послесвечение (afterglow) от коротких всплесков в пределах минуты после первоначальной вспышки гамма-излучения. Это помогло астрономам идентифицировать уже около шести коротких GRBs.
Большинство двойных звездных систем, состоящих из нейтронных звезд (double neutron star - DNS), появляется в результате эволюции двух достаточно массивных звезд, уже с самого своего рождения вращающихся по орбитам одна возле другой. Со временем эти массивные звезды почти синхронно могут становиться нейтронными звездами (если, конечно, они начинали с одинаковой массы), а затем за миллионы и миллиарды лет они постепенно падают друг на друга по спирали (в соответствии с Общей теорией относительности Эйнштейна, излучая при этом гравитационные волны и теряя таким образом энергию), пока в конце концов не сольются и не испустят мощные потоки гамма-излучения и прочей радиации.
Исследование Гриндли и его коллег сосредоточено на другом вероятном источнике коротких GRBs (о таком уже и раньше думали, но вот до сих пор не рассматривали эту проблему всерьез) - шаровых скоплениях. Шаровые скопления зачастую содержат древнейшие звезды во Вселенной, причем сами они очень компактны - в пространстве поперечником в несколько световых лет содержится огромное количество звезд (10 тысяч в кубическом световом годе, и это при том, что в случае нашего Солнца даже до ближайшей звезды расстояние составляет свыше четырех световых лет). Столь высокая концентрация звезд ведет к тому, что взаимодействия между различными звездными системами в шаровых скоплениях необычайно часты, и некоторые из них приводят к звездным перестановкам. Если нейтронная звезда со своим звездным компаньоном (вроде белого карлика или обычной звезды главной последовательности) обменивается партнером с другой нейтронной звездой, то новосоставленная пара нейтронных звезд в конечном счете также будет сближаться по спирали, в конце концов сталкиваясь и взрываясь, порождая гамма-всплеск.
"В шаровых скоплениях мы зачастую наблюдаем предшественников подобных систем, содержащих нейтронную звезду в виде миллисекундного пульсара, - поясняет Гриндли. - При этом шаровые скопления столь плотно упакованы, что там очень часто случаются межзвездные взаимодействия. Это естественный способ формирования двойных систем, состоящих из нейтронных звезд".
Ученые провели приблизительно 3 миллиона циклов компьютерного моделирования, чтобы выявить вероятность, с которой в шаровых скоплениях могут формироваться двойные системы, состоящие из нейтронных звезд. Зная, сколько таких звезд сформировалось за всю галактическую историю и сколько времени требуется подобным системам для слияния, они вычислили общую частоту коротких гамма-всплесков среди двойных звезд шаровых скоплений. Согласно полученным оценкам, от 10 до 30 процентов всех коротких GRBs, доступных наблюдениям, могут быть связаны с такими системами.
Любопытно, что при всем при этом слияния и взрывы так называемых "дисковых" двойных нейтронных звездных систем, созданных парами массивных звезд, сформировавшимися и погибшими вместе, по идее должны происходить гораздо чаще, чем гамма-всплески от двойных звезд шаровых скоплений. И все же та горстка коротких GRBs, расположение которых было точно идентифицировано с помощью орбитальных гамма-обсерваторий, приходится именно на галактические ореолы, состоящие, как известно, из очень старых звезд - место, где дислоцируются шаровые скопления. То есть, выходит, мы наблюдаем в основном именно эти более редкие слияния "чужих" партнеров (так сказать, с мертвыми невестами), а вовсе не слияния родственников.
Чтобы объяснить это несоответствие, Гриндли предположил, что взрывы от "дисковых" двойных звезд просто хуже поддаются идентификации, поскольку они испускают радиацию в пределах более узких пучков или струй, видимых с немногих направлений. Столь узкие "лучи" могут испускаться сталкивающими звездами, собственные оси вращения которых соосны их орбитам, что ожидаемо для двойных звезд, которые были вместе с момента своего рождения (случаи спин-орбитальной юстировки). А вот сравнительно поздно присоединившиеся звезды будут иметь случайные ориентации осей вращения, что способствует испусканию при слиянии более широких пучков. "Более короткие GRBs, вероятно, порождаются в основном именно дисковыми системами, однако мы просто их не наблюдаем", - говорит Гриндли.
Источники:
Neutron Star Swaps Lead to Short Gamma-Ray Bursts - CfA News Release
Short gamma-ray bursts from binary neutron star mergers in globular clusters - arXiv
Stellar 'partner swaps' yield cosmic explosions - New Scientist
Ссылки:
Гамма-всплески
Загадка коротких гамма-всплесков решена?
Где возникают короткие гамма-всплески?
Гамма-всплески: секундные катастрофы галактического масштаба
Найден новый источник вселенских гамма-бурь
Обсудить
Справка
"Длинные" гамма-всплески
Первый гамма-всплеск зафиксировал американский спутник-шпион "Вела" в 1968 году, а соответствующие данные были обнародованы в 1973-м. Согласно современным теориям, гамма-всплеск случается тогда, когда массивная звезда сжигает все свое ядерное топливо и начинается ее коллапс (сжатие), в результате которого формируется черная дыра, окруженная диском из чрезвычайно горячего, быстро вращающегося газа. Большая часть этого газа будет втянута в новорожденную черную дыру, а оставшаяся доля будет вышвырнута вовне в виде газовых струй ("джетов"), движущихся с околосветовой скоростью.
Наблюдатель, в сторону которого будет направлена подобная струя, увидит мощнейшую ослепительную вспышку продолжительностью около минуты, в которой сконцентрирована яркость свыше десяти квадриллионов солнц (1016). А наблюдатели, которые расположены под углом к струе и которым не суждено лицезреть подобное зрелище, смогут полюбоваться менее удивительным, но не менее захватывающим взрывом гиперновой. Энергия, выделяющаяся при гамма-всплесках, просто чудовищна: эффект наблюдается на расстояниях свыше 10 миллиардов световых лет.
В принципе, гамма-всплески - это не такое уж редкое явление, и вероятность подобной катастрофы в нашей Галактике достаточно велика. В свое время с помощью близкого к Земле гамма-всплеска пытались объяснить вымирание динозавров. Выкладки показали, что раз в несколько сот миллионов лет гамма-всплески действительно должны наносить заметный урон фауне Земли, и один из них вполне мог погубить динозавров. А вот на расстояниях порядка размеров галактики (десятки тысяч световых лет) гамма-всплеск уже не может причинить серьезного вреда.
Статьи по теме
"Быстрый" и мертвые
Картина взрыва гиперновых звезд существенно отличается от той, что возникала в воображении исследователей до того, как в космос был запущен уникальный ловец гамма-всплесков - спутник Swift.
За сто лет в Галактике вспыхивают две сверхновые
C помощью космической обсерватории "Интеграл" международная группа исследователей смогла подтвердить предсказанную интенсивность рождения радиоактивного алюминия в массивных звездах и сверхновых и оценить таким образом общее число галактических сверхновых.
Клешня Науки
Комбинированное изображение Крабовидной туманности составлено путем объединения множества снимков с космического телескопа "Хаббл". Туманность имеет волокнистую структуру и по внешнему виду напоминает клешню краба - отсюда и название.
Очаг, лишившийся дома
Группа европейских астрономов изучила очень необычное явление: одинокий яркий квазар, лишенный сколько-нибудь заметной окружающей его галактики. Для объяснения феномена предлагаются даже совершенно немыслимые вещи.
Смертоносный маяк на краю Вселенной
Удалось зафиксировать послесвечение от гамма-всплеска, который признан самым удаленным из всех звездных взрывов такого рода (12,7 миллиарда световых лет от Земли). Событие, которое получило обозначение GRB 050904, произошла тогда, когда нашей Вселенной было менее чем 900 миллионов лет отроду.
Суперускорительный южный танец
Астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из голубого гиганта и пульсара, которые в паре работают как мощнейший естественный ускоритель частиц, превращая обычные фотоны в фотоны сверхвысоких энергий.
Десятисекундный армагеддон
Американские исследователи считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков. Удалось составить возможный сценарий подобного армагеддона.
Вселенная взрывается чаще, чем ожидалось
Космический телескоп Swift, запущенный NASA в ноябре 2004 года, "открыл" свои глаза и теперь успешно проводит наблюдения за самыми мощными взрывами во Вселенной. Менее чем за месяц ему уже удалось определить точные параметры 9 гамма-всплесков - это даже больше, чем ожидали сами астрономы.
Найден новый суперисточник гамма-лучей неизвестной природы в нашей Галактике
Группе европейских астрономов удалось найти новый неидентифицированный очень высокоэнергетичный источник гамма-излучения в нашей Галактике. Источник, обозначенный как TeV J2032+4130, обнаружен с помощью системы телескопов наземного базирования, отображающей черенковское излучение. Возможно, речь идет о целом новом классе высокоэнергетических источников гамма-излучения пока еще неизвестной природы.
Обнаружен новый тип космических взрывов
Российские и американские астрономы идентифицировали новый класс космических взрывов. Эти взрывы обладают большей мощью, чем взрывы сверхновых звезд, однако значительно уступают большинству "обычных" гамма-всплесков, являясь таким образом промежуточным звеном в иерархии звездных катаклизмов. Возможно, существует самая тесная связь между такими экстремальными событиями и более "привычными" вспышками сверхновых.
Настоящие монстры питаются пончиками
Международная группа ученых нашла новые свидетельства того, что массивные черные дыры окружены газовыми облаками, имеющими форму пончика (тора), которые в зависимости от своего расположения на линии визирования к Земле могут блокировать от нас "вид" черной дыры, находящейся в центре.
Смерть запрещенного барабанщика: впервые следы гамма-всплеска найдены в нашей Галактике
Комбинация данных, полученных от "Чандры", с наблюдениями в инфракрасном диапазоне, проведенными в обсерватории Паломар, позволила обнаружить остатки одного из самых катастрофических взрывов, случившихся в пределах нашего Млечного пути. Следы подобного явления в нашей Галактике удалось идентифицировать впервые, а сама вспышка произошла несколько тысяч лет назад.
Обнаружены десятки новых сверхмассивных черных дыр
Европейские астрономы обнаружили сразу три десятка сверхмассивных черных дыр, расположенных в активных ядрах далеких галактик. Это открытие стало возможным благодаря применению нового метода компьютеризованного анализа наблюдательных данных, получившего название Виртуальной Обсерватории.
Найдена самая массивная двойная звездная система
Приблизительно в 20 тысячах световых лет от Земли найдены две сверхмассивные звезды, которые схватились друг с другом в длительном спарринге, подобно двум тяжеловесным борцам сумо. Они обращаются вокруг общего центра масс с периодом в 3,7 дня, почти касаясь друг друга, поэтому ни о каком спокойствии в этом районе Вселенной и речи быть не может - постоянно высвобождаемая при их взаимодействии энергия дает начало горячим и мощным звездным ветрам.
Суперзвезде из безумного кластера закон не писан
Астрономы из Университета Флориды, вероятно, обнаружили самую яркую из всех известных на сегодняшний момент звезд, которая горит в семь раз ярче, чем предыдущий "рекордсмен" такого рода. Однако этот "плазменный бегемот" славен не столько своим рекордом, сколько тем, что попросту нарушает современные физические законы.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
В центре Млечного пути найдено антивещество неизвестного происхождения
Это антивещество в принципе может образовываться за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например, в ходе радиоактивного распада изотопа алюминия. Его "подпись" известна как аннигиляционная "линия 511 кэВ". Однако оказалось, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества - оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.
"Интеграл" нашел новый класс астрономических объектов
Речь идет о бинарных звездных системах, составной частью которых является черная дыра или нейтронная звезда, заключенных в плотный кокон из холодного газа. Из-за подобного кокона эти объекты остаются невидимыми для традиционных телескопов, однако "Интеграл" как раз и был задуман так, чтобы изучать подобные скрытые высокоэнергетичные явления во Вселенной, выдающие себя только посредством потоков гамма-излучения (недаром его окрестили "охотником за черными дырами").
На Солнце нашли антиматерию
Для изучения антивещества в земных условиях приходится ускорять частицы до рекордных скоростей и сталкивать их вместе, чтобы получить считанные атомы этого экзотического для нас вида материи. Причем существовать до аннигиляции эти чуждые нашему миру атомы могут лишь весьма непродолжительное время. А вот Солнце в смысле производства антивещества оказалось намного более эффективно. Кроме того, солнечное антивещество ведет себя иначе, чем можно было бы ожидать.
Super-WIMPs: темная материя может оказаться необнаружимой в принципе
90 % всей материи Вселенной не просто скрывается в виде "не испускающего свет" вещества, а содержится в форме частиц, названных super-WIMPs (сверхслабо- взаимодействующие массивные частицы), перед которыми, в отличие от "просто" WIMPs, совершенно бессильны все известные способы обнаружения темного вещества.
Выяснилось, что мы живем в гигантском межзвездном дымоходе
Первая детальная 3D-карта области космического пространства, окружающего нашу Солнечную систему (размером примерно в 1 тыс световых лет), показывает, что мы находимся посреди большой "норы" или полости, вырезанной в диске Галактики. Скорее всего, эта полость была "пробита" некой взорвавшейся 1-2 млн лет назад звездой.
Удалось провести самые детальные наблюдения рождения черной дыры
Обнаруженный в глубоком космосе сверхмощный кратковременный выброс энергии, о котором удалось быстро оповестить 33 обсерватории во всем мире, позволил не только получить надежное свидетельство в пользу теории происхождения черных дыр в результате звездных взрывов, но и провести самые детальные на сегодняшний момент наблюдения таинственных явлений, получивших название GRB (всплеск гамма-излучения).
Доказано существование массивной черной дыры в центре Галактики
Группе германских астрономов удалось показать, что в Галактическом центре расположен один-единственный сверхплотный и сверхмассивный объект - не что иное, как черная дыра. Определенность позволили внести наблюдения за движением звезды, которую исследователи условно обозначили как S2.
Молодым свойственен каннибализм
С помощью компьютерных программ удалось показать, что протопланетные эмбрионы, формирующиеся в пределах газовых дисков, окружающих молодые нестационарные звезды-фуоры, на самом деле то и дело поглощаются своей родительской звездой.
Впервые точно измерена масса белого карлика
С помощью космического телескопа "Хаббл" британским астрономам удалось получить качественно новую информацию о самом близком и самом ярком белом карлике - то есть звезде, массой сравнимой с массой Солнца, а по размерам уступающей нашей Земле.
Астрономы занялись инспекцией звездных автострад
Благодаря изображениям высокого разрешения, полученным космическим телескопом "Хаббл", группа американских астрономов впервые сумела воссоздать картины "дорожной обстановки", характерной для плазменных струй-"джетов", что исторгают новорожденные звезды.
Черная дыра в профиль
Пока современные технологии еще не дают возможности "погрузиться" в черную дыру, однако физики-теоретики уже смоделировали тот вид, который получат первые наблюдатели, рискнувшие изучить этих монстров.
Найден мощнейший источник гравитационных волн
Удалось найти свидетельство того, что два белых карлика облетают друг друга по столь тесной орбите, что вот-вот сольются, устроив космический катаклизм. О J0806 говорят как о главном кандидате для экспериментов, целью которых будет непосредственное обнаружение еле уловимой "ряби", что сотрясает пространство-время.
Ранняя Вселенная была заполнена черными мини-дырами
Британские исследователи нашли свидетельства в пользу экзотичной теории, согласно которой ранняя Вселенная представляла собой пространство, заполненное одними лишь крошечными первородными черными дырами.
Черные дыры могут содержать совершенную жидкость
Черные дыры - это самые экстремальные и загадочные объекты во Вселенной, они то и дело удивляют ученых. Теперь выяснилось, что материал, содержащийся в черных дырах, можно уподобить "совершенной жидкости" с ультранизкой вязкостью. При этом температура внутри черной дыры соответствует 2 триллионам градусов Цельсия - при такой экстремальной температуре обычное вещество полностью разрушается и превращается в "суп" из субатомных частиц.
В центре Млечного пути - необъяснимый жар
Космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра" обнаружила обширную область в центре Млечного пути, заполненную чрезвычайно горячим газом. Интенсивность и спектр высокоэнергетического рентгеновского излучения, порождаемого этим газом, пока представляют собой настоящую научную загадку. Нет ни одного известного класса космических объектов, с помощью которых можно было бы все это объяснить.
Прорыв в компьютерном моделировании двойной системы черных дыр
Американским физикам удалось получить важный промежуточный результат в решении одной из фундаментальных и до сих пор нерешенных проблем Общей теории относительности - речь о моделировании поведения двух черных дыр, движущихся по спиралевидным орбитам вокруг общего центра масс. Ожидается, что такая двойная система представляет собой мощный источник гравитационных волн.
Теорию суперструн проверят экспериментально
Теорию суперструн можно проверить экспериментально, изучая последствия Большого взрыва. Такое заявление сделал американский физик Ричард Истэр. До сих пор теория суперструн подвергалась критике как малоосмысленная "философия", которая не может получить экспериментального подтверждения на нынешнем этапе развития науки. Проявить себя теория суперструн может только в случае экстремально малых расстояний и при очень высоких энергиях.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Черные дыры играют сами c собой в смертельный футбол
Когда сталкиваются сверхмассивные черные дыры, представляющие собой ядра соседних галактик, пространство вокруг них буквально трещит по швам, только держись! Мощнейший всплеск гравитационного излучения сообщает всему миру о том, что эти монстры яростно сливаются в одну еще более массивную черную дыру. "Пинок", который эта система получает в момент столкновения, может даже выбить получившуюся в результате черную дыру вон из родной галактики. Новое исследование описывает последствия такого межгалактического столкновения с точки зрения современной теоретической физики.
Ученые нашли "звезду-спринцовку", подражающую черным дырам
Астрономы наблюдали нейтронную звезду Circinus X-1, испускающую струи вещества со скоростью, очень близкой к скорости света. Это самый быстрый поток вещества, когда-либо наблюдаемый от объекта в нашей Галактике, скорость сравнима со скоростью самых быстрых джетов, исторгаемых ядрами других галактик. Однако в тех галактиках струи порождаются сверхмассивными черными дырами, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды солнечных масс.
Новости по теме
