Космический ребус гамма-всплесков: расшифровка посланий света

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

В необъятной Вселенной, где рождаются и умирают звезды, скрываются явления, бросающие вызов нашему пониманию физики. Гамма-всплески (ГВ) — одни из таких загадок, вспыхивающие ярче миллиардов солнц, но гаснущие за считанные секунды. Эти космические маяки, открытые случайно в 1967 году, до сих пор остаются одним из самых сложных ребусов астрофизики.

Иллюстрация яркого гамма-всплеска, происходящего в звездообразующем регионе. Энергия от взрыва попадает в две узкие, противоположно направленные струи.
Автор: By NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones — http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/10sep08.html [1]Transferred from en. wikipedia to Commons by TheDJ using CommonsHelper., Public Domain Источник: commons.wikimedia.org

Представьте: за несколько мгновений ГВ высвобождает больше энергии, чем наше Солнце за всю свою жизнь. Это как сжать всю мощь звезды в короткую вспышку, яркий прожектор, пронзающий космическую тьму. Но что же порождает эти колоссальные выбросы энергии?

Ученые предполагают, что ГВ рождаются в самых драматичных событиях Вселенной — коллапсе массивных звезд и образовании черных дыр. В момент гибели звезды материя закручивается в смертельный танец, устремляясь к центру. Там, в сердце гравитационного хаоса, рождается черная дыра, а часть материи, не успевшая попасть в ее ненасытную пасть, выбрасывается наружу в виде узких пучков — релятивистских струй. Эти струи, разогнанные до почти световой скорости, и являются источником гамма-излучения, регистрируемого нами как ГВ.

Простая модель релятивистской струи, пересекающей линию визирования наблюдателя. Струя расширяется наружу с лоренцевым коэффициентом Γ (красная пунктирная линия), излучая свет от ядра струи и окружающей структуры по мере того, как струя проносится (пунктирная дуга) через линию визирования наблюдателя (пунктирная линия) с наблюдаемой угловой шириной 1/Γ. Излучение от структурированных частей струи кажется слабым относительно ядра из-за релятивистских эффектов пучка. Пример того, как может выглядеть обращенная во времени кривая блеска, демонстрируется на примере кривой блеска от импульса короны BATSE (из Hakkila 2021).
Автор: Jon Hakkila et al 2024 ApJ 966 13 DOI 10.3847/1538-4357/ad2f26 (CC-BY 4.0) Источник: iopscience.iop.org

Но почему эти всплески такие разные? Длительность ГВ варьируется от миллисекунд до десятков минут, а их кривые блеска — графики изменения яркости — уникальны, словно отпечатки пальцев. В этом разнообразии кроется ключ к разгадке природы ГВ.

Доктор Джон Хаккила и его коллеги из Университета Алабамы в Хантсвилле предлагают новый взгляд на эту проблему. Они считают, что ключ к разгадке кроется в движении релятивистских струй. Представьте себе струю как мощный поток воды из шланга. Он не статичен, он изгибается, колеблется. Так и струя ГВ, двигаясь в пространстве, меняет направление относительно наблюдателя. Именно это движение, по мнению ученых, и создает уникальные паттерны в кривых блеска.

Морфология световой кривой импульса как функция внеосевого обзора. Наблюдатель может видеть несколько иное поперечное сечение структуры струи в зависимости от того, где струя пересекает линию визирования (левая колонка), поскольку релятивистский луч вызывает увеличение различных особенностей в симметричных импульсах (центральная колонка) или асимметричных импульсах (правая колонка) на каждом пути ((a), (b), (c)). В зависимости от асимметрии импульса, (a) когда край, но не ядро струи пересекает линию зрения, наблюдатель может видеть u-импульс ((a), в центре) или асимметричный u-импульс ((a), справа); (b) когда струя рассматривается немного вне оси, наблюдатель может увидеть корону/u-импульс ((b), в центре) или роликовый импульс ((b), справа); или (c) когда ядро струи пересекает линию зрения так, что яркость ядра превосходит яркость края, наблюдатель может увидеть импульс короны ((c), в центре) или FRED ((c), справа). Приведенные примеры кривых блеска относятся к симметричным импульсам, наблюдаемым BATSE и описанным Хаккилой (2021). На этих кривых блеска данные (черные линии) наложены на модель, обращенную во времени (красные линии), которая была сложена и растянута вокруг времени отражения (центральная пунктирная вертикальная линия) между границами длительности импульса (другие вертикальные пунктирные линии).
Автор: Jon Hakkila et al 2024 ApJ 966 13 DOI 10.3847/1538-4357/ad2f26 (CC-BY 4.0) Источник: iopscience.iop.org

Представьте, что вы смотрите на вращающийся маяк. Яркий луч то приближается, то удаляется, создавая пульсирующий эффект. Так и струя ГВ, двигаясь относительно нас, то направляет в нашу сторону поток гамма-излучения, то отводит его, создавая характерные импульсы в кривой блеска. Более того, движение струи создает удивительный эффект — обращение времени. Представьте, что вы смотрите фильм, а затем видите его же, но в обратной перемотке. Именно так выглядит кривая блеска ГВ — сначала импульс нарастает, затем угасает, а потом повторяет этот путь в обратном порядке.

Это явление, подобное палиндрому, заставляет ученых переосмыслить свои представления о природе ГВ. Движение струй открывает новые возможности для изучения этих космических загадок. Анализируя изменения в кривых блеска, мы можем заглянуть внутрь релятивистских струй, понять их структуру и механизмы, порождающие гамма-излучение.

Гамма-всплески — это не просто яркие вспышки на небе. Это окна в экстремальные условия Вселенной, где рождаются черные дыры и материя движется с околосветовыми скоростями. Изучая эти загадочные сигналы, мы расширяем границы нашего понимания космоса, разгадывая тайны его самых драматичных событий.

Изображение в превью:
Автор: By NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones - http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/features/news/10sep08.html [1]Transferred from en.wikipedia to Commons by TheDJ using CommonsHelper., Public Domain
Источник: commons.wikimedia.org

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Хватит ли подземных рек водорода для экологичного энергетического будущего? Ученые рассчитывают минимум на 200 лет

Водород — это не просто легкий газ, но и многообещающий источник энергии, способный совершить революцию в нашем энергетическом ландшафте. Представьте себе: топливо, которое не загрязняет...

Почему монархи «зациклились» на одних и тех же именах?

Имена монархов с порядковыми номерами, такие как Людовик XIV или Генрих VIII, кажутся обычным явлением в истории. Но задумывались ли вы, почему у королей и королев часто повторялись одни и...

Обзор планшета HUAWEI MatePad Pro 12 PaperMatte (2024): клавиатура с тачпадом и 144Гц OLED-экран дарят опыт работы, как на ноутбуке

Планшет HUAWEI MatePad Pro 12 (2024) представляет собой удобное устройство для взаимодействия с экраном. У него есть не просто чехол-клавиатура с механизмом удержания на задней стенке, но также...

Опять спецслужбы или зачем принтеры печатают желтые точки?

Следить за вами можно не только с помощью вебкамер или истории браузера. Шапочку из фольги можно надевать и на принтер тоже. Присмотритесь — может быть ваш принтер один из тех, которые...

Телескоп «Уэбб» обнаружил протопланетные диски, противоречащие моделям формирования планет

Вселенная полна сюрпризов, и телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) не перестает их открывать. Недавние наблюдения за Малым Магеллановым Облаком (ММО) — карликовой галактикой-соседкой Млечного...

Могут ли нейтронные звезды быть легче белых карликов? LIGO и Virgo стремятся обнаружить нейтронные звезды с аномально малой массой

В бескрайних просторах космоса, среди ярких галактик и туманных скоплений, скрываются объекты, чья природа ставит в тупик даже самых продвинутых исследователей. Речь идет о нейтронных...