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"
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.
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
| А также : | Наука Общество |