Еще о гамма-всплесках

Рис. 1

            Для гамма-квантов укоренились термины: чем больше энергия, тем излучение жестче, чем меньше, тем мягче.

      К гамма-диапазону относят кванты электромагнитного излучения с энергиями от 10^5 эВ до 10^16 эВ. Для сравнения кванты видимого излучения занимают гораздо меньший интервал энергий, и энергия их на много порядков меньше, чем квантов гамма-излучения: от 1,65 эВ до 3,3 эВ.

   Гамма-всплески жесткого излучения наблюдаются сравнительно редко, их энергия колоссальна, но длятся они всего от миллисекунд до 2 секунд и относятся к типу коротких гамма-всплесков (КГВ),

    Гамма-всплески, длящиеся от 2 секунд до сотен секунд, относятся к типу длительных (ДГВ). Их объясняют взрывами сверхновых, в которые превратились звезды, обладавшие массами в десятки масс Солнца и почти не содержавшие тяжелых элементов. Такие звезды существовали на самых ранних этапах эволюции Вселенной.

  Астрофизики стремятся понять, что является причиной коротких гамма-всплесков. Наиболее распространенное мнение – столкновение сверхплотных тел (нейтронных звезд, черных дыр, или нейтронных звезд с черными дырами). Физика этих тел еще  недостаточно изучена, но то, что известно, поражает. Например, в  процессе эволюции их радиусы уменьшаются  настолько,  что скорость вращения вокруг собственных осей достигает сотен оборотов в секунду.

   Звезда, сжавшаяся до состояния нейтронной, приобретает силу притяжения в сотни миллиардов раз больше земной. В системе, состоящей из двух нейтронных звезд, компоненты с огромной силой притягиваются друг к другу и при этом вращаются вокруг общего центра притяжения. Расстояние между ними все уменьшается, а скорость вращения все увеличивается. Такая система является источником гравитационных волн, частота которых быстро растет (рис. 1).

        Столкновение – объединение – взрыв – жесткий короткий гамма-всплеск! (рис. 2)

Рис. 2

     Вращающееся  с огромной скоростью вещество образует тор, а вдоль оси его вращения возникает область низкого давления. Именно поэтому с обоих полюсов вырываются джеты – потоки плазмы, сконцентрированные в узких конусах, их скорость близка к скорости света (рис. 3). Возможно, с ними связано наблюдаемое послесвечение в более мягком гамма-диапазоне и рентгене.

Рис. 3

    Гипотеза, объясняющая появление КГВ слиянием сверхкомпактных звезд, может быть подтверждена только в том случае, если перед КГВ будет наблюдаться гравитационное излучение.

     Весьма обнадеживают наблюдения двух событий.

    При помощи детекторов LIGO были приняты гравитационные волны, исходящие из пункта, находящегося в южном полушарии небесной сферы и получившего обозначение  GW 150914. Предполагается, что источником этих волн были две сливающиеся черные дыры.

       При просмотре записей наблюдений орбитального телескопа «Ферми» оказалось, что он зафиксировал всплеск гамма-излучения, который произошел всего через 0,4 секунды после регистрации гравитационных волн детекторами LIGO.

       Вероятность совпадения двух редких событий широко обсуждалась учеными, в частности, на симпозиуме в штате Алабама. В результате была опубликована статья двадцати девяти авторов, проанализировавших влияние всех возможных ошибок на эти наблюдения. Они пришли к выводу, что вероятность совпадения источников гравитационных волн и короткого гамма-всплеска очень велика, но все же не сто процентов, так как точность определения координат источника в обоих экспериментах недостаточна.

        Наблюдения продолжают накапливаться как в гамма, так и в более,  длинноволновых диапазонах, но это еще больше усложняет их трактовку.

        «Предложено много теоретических моделей гамма-всплесков, однако ни одна из них не учитывает все наблюдаемые особенности этих явлений. Cчиталось, что  cуществует два типа гамма-всплесков — длинные и короткие. В последнее время эта классификация подвергается пересмотру, поскольку были обнаружены так называемые короткие гамма-всплески с продлённым излучением, которые по многим феноменологическим признакам напоминают короткие, но при этом имеют длительность, характерную для длинных гамма-всплесков» (рис 4).

Рис. 4

        Это цитата из автореферата кандидатской диссертации П.Ю. Минаева, сотрудника ГАИШ  МГУ, выполнявшего работу в Институте Космических Исследований Российской Академии Наук (ИКИ РАН) по наблюдениям, полученным на продолжающих работать космических аппаратах INTEGRAL,  SWIFT,  FERMI.

   Ожидаемый в 2017 году запуск российско-германской космической  обсерватории  «Спектр-рентген-гамма» даст возможность получить много нового и интересного материала.