Измерена скорость самых быстрых потоков вещества
Самые быстрые потоки вещества во Вселенной обнаружены в окрестностях погибающих звезд. Значения скоростей этих потоков достигают 99,9997% от скорости света (почти 300 тысяч километров в секунду), что подтверждают новые наблюдения, проведенные европейскими астрономами.
Согласно современным теориям, массивная звезда, исчерпавшая свое ядерное горючее, испытывает коллапс, сжимается в сверхкомпактный объект и формирует либо черную дыру, либо нейтронную звезду. В ходе этих катастрофических преобразований случаются мощнейшие взрывы, в результате которых часть вещества из внешней оболочки с огромными скоростями выбрасывается в окружающее пространство, порождая так называемый гамма-всплеск (gamma-ray burst - GRB), сопровождаемый потоками радиации самого разного типа. Если верить теоретическим предсказаниям, вещество, разлетающееся по космосу в результате этих взрывов, должно достигать околосветовых скоростей, однако точных измерений этих скоростей никто до сих пор не производил.
Теперь группе ученых, возглавляемой Эмильо Молинари (Emilio Molinari) из Астрономической обсерватория Брера (Osservatorio Astronomico di Brera) близ Милана (Италия), с помощью скоростного 60-сантиметрового автоматизированный телескопа REM (Rapid Eye Mount) обсерватории ESO Ла Силла (ESO La Silla Observatory, Чили) и космической обсерватории NASA Swift, позволяющей очень быстро идентифицировать подобные взрывы, удалось провести соответствующие измерения на примере двух гамма-всплесков 2006 года - GRB 060418 (зарегистрирован 18 апреля, 9,3 миллиарда световых лет от Земли) и GRB 060607A (7 июня, 11,5 миллиарда световых лет) - публикация в научном журнале Astronomy & Astrophysics (A&A Letters).
Струи раскаленной материи, исторгаемые в основном с полюсов погибающей звезды и являющиеся первопричиной рождения мощнейших гамма-вспышек, при своем дальнейшем движении и столкновении с окружающим межзвездным газом порождают добавочное послесвечение (afterglows) в видимом и инфракрасном диапазонах. Время, которое требуется для того, чтобы это послесвечение достигло своей пиковой яркости, может быть положено в основу вычисления скорости движения этого материала в струях. Новая возможность наблюдать с Земли послесвечения менее чем через минуту после регистрации гамма-всплеска спутником Swift позволяет измерить расстояние между основными пиками свечения. Оно оказалось равным соответственно 153 и 180 секундам, из чего уже нетрудно найти скорость движения материи. Общая масса вещества, перемещающегося с 99,9997% скорости света, оказалась эквивалентной 200 массам Земли. Лоренц-фактор (G = (1 - v2/c2)-1/2) равен приблизительно 400. Все это прекрасно согласуется с теоретическими предсказаниями (моделью так называемых ультрарелятивистских файерболов - highly relativistic fireballs).
Источники:
Matter Flashed at Ultra Speed. Robotic Telescope Measures Speed of Material Ejected in Cosmic Death - ESO - Science Release
Jets of matter clocked at near-light speed - New Scientist
REM observations of GRB 060418 and GRB 060607A: the onset of the afterglow and the initial fireball Lorentz factor determination - arXiv.org - astro-ph
Ссылки:
The GRB afterglow onset observed by REM: fireball Lorentz factor and afterglow fluence - arXiv.org - astro-ph
REM observations of GRB 060418: the fireball Lorentz factor determination - arXiv.org - astro-ph
Гамма-всплески - Обзоры astro-ph
Самые мощные взрывы во Вселенной - "Астрогалактика"
Впервые измерена скорость вещества при гамма-вспышках - "Мембрана"
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.
Справка
Гамма-лучи
Гамма-лучи - это наиболее проникающая форма электромагнитного излучения, гамма-излучение может быть приблизительно в миллиард раз энергетически более эффективным, чем рентгеновское излучение, производимое рентгеновскими установками в больницах (энергетический диапазон, отведенный гамма-квантам, начинается от 0,1 МэВ). Поэтому использовать гамма-лучи для создания изображений чрезвычайно сложно - они легко проходят сквозь любой материал, который можно было бы применить для этих целей. Однако к счастью для жизни на Земле гамма-лучи от космических объектов надежно блокируются атмосферой - взаимодействуя с ее молекулами, фотоны высоких энергий (больше 10 ГэВ) порождают электроны, движущиеся со скоростью, превышающей фазовую скорость света в воздухе и дающие в свою очередь так называемое черенковское излучение (излучение Черенкова - Вавилова, эффект открыт в 1934 году советскими учеными) - слабые вспышки синего света продолжительностью в миллиардные доли секунды. Астрономы используют свет от этих вспышек в работе наземных детекторов гамма-излучения. Так как гамма-лучи не подвержены воздействию магнитных полей, направление их прихода может непосредственно указывать на их источник.
Possible Origin of Cosmic Rays Revealed with Gamma Rays - PPARC
Статьи по теме
Открыт новый тип звездных взрывов
Американские астрономы объявили об открытии принципиально нового класса звездных взрывов. Работа основывается на наблюдениях необычной вспышки M85OT2006-1 в галактике M85 в скоплении Девы.
"Чандра" наблюдала царицу сверхновых
Наблюдения, проведенные с помощью рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" и наземных оптических телескопов, позволили заключить, что сверхновая SN 2006gy, зарегистрированная 18 сентября 2006 года, может быть отнесена к давно разыскиваемому редкому типу взрывов самых массивных звезд.
"Интеграл" сумел заинтриговать астрофизиков
Рекордная нейтронная звезда может состоять не из нуклонов, а из кварков (то есть частиц, образующих нейтроны и протоны). В обычных условиях (и в обычном веществе) кварки никогда не встречаются в свободном состоянии, однако чудовищная гравитация мертвого коллапсара в принципе может "раздавить" даже нуклоны, переведя материю в "странное" состояние).
Супермонстр оказался суперускорителем
До последнего времени процессы производства гамма-лучей самых высоких энергий оставались тайной. Некоторые ученые предполагали, что такие фотоны могут рождаться лишь в результате распада частиц темной материи, однако большинство специалистов все-таки отказывалось в это верить.
2006 год в астрономии
2006 год для астрономии не обошелся без серьезных потерь. Солнечная система "потеряла" свою девятую планету, а специалисты NASA лишились долгое время служившего им верой и правдой зонда на марсианской орбите. Однако счастливых находок было несравнимо больше.
Обнаружен необычный "гибридный" тип гамма-всплесков
C помощью космической гамма-обсерватории Swift астрономам удалось выявить парочку специфических гамма-всплесков, которые не вписываются в общепринятую классификацию. Возможно, речь идет о принципиально новом явлении.
Луч суперсвета в темном царстве
Исследование модуляций излучения от мощного космического источника высокоэнергетических гамма-квантов позволило впервые за пределами земных лабораторий наблюдать процессы преобразования света в частицы вещества и антивещества.
Редчайший случай: две сверхновые в одной галактике
Снимок сразу двух сверхновых, которые вспыхнули в одной и той же галактике на протяжении всего пяти месяцев, был сделан космической обсерваторией Swift. Галактика NGC 1316 теперь признана абсолютной рекордсменкой - в ней за 26 лет вспыхивали уже четыре сверхновые.
Swift "засек" самую мощную вспышку на соседней звезде
C помощью спутника Swift удалось зарегистрировать мощнейшую звездную вспышку. Данный выброс оказался настолько мощным, что случись это на нашем Солнце, событие угрожало бы существованию жизни на Земле. Выделившаяся при этом энергия в сто миллионов раз превысила параметры типичной солнечной вспышки.
Причуда природы в кубе
Используя сразу несколько крупных радиотелескопов, расположенных на разных материках, удалось прояснить некоторые удивительные подробности, связанные с "жизнедеятельностью" уникального объекта, открытого в 2003 году и получившего обозначение XTE J1810-197.
От космических взрывов Землю хранят металлы
Согласно новому исследованию, гамма-всплески могут случаться в основном лишь в небольших бесформенных галактиках, которые испытывают серьезный недостаток в химических элементах тяжелее водорода и гелия.
Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"
Новое исследование заставляет признать, что полной ясности с гамма-всплесками все еще нет, и механизмы, породившие на свет большую часть исследованных коротких GRBs, могут быть более изощренными - с предварительным обменом звездными компаньонами в пределах шаровых скоплений.
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.
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.
"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.
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.
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.
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.
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).