О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Победобесие
Читайте нас:

статья Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"

Максим Борисов, 02.02.2006
Реклама

Так художник представляет себе слияние двух нейтронных звезд, приводящее к гамма-всплеску. Изображение NASA / Dana Berry с сайта www.cfa.harvard.edu 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.

Фото с сайта NASA - Swift Mission 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.

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. Иллюстрация NASA/GSFC/Dana Berry

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

Максим Борисов, 02.02.2006


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей