<< Titul'nyi list | Oglavlenie | 2. Teleskopy-roboty >>

1. Gamma-vspleski

Tainy prirody i istorii inogda tesno perepletayutsya. Posle podpisaniya dogovora o zaprete yadernyh ispytanii v treh sredah v 1964 g. Pentagon zapustil neskol'ko voennyh sputnikov s cel'yu kontrolya za yadernymi ispytaniyami potencial'nyh protivnikov i soyuznikov. Ideya slezheniya prosta: podryv yadernogo ustroistva na poverhnosti ili v atmosfere soprovozhdaetsya korotkim vspleskom gamma-izlucheniya. Esli na okolozemnoi orbite raspolozhit' neskol'ko gamma-detektorov, to po vremennoi zaderzhke impul'sov mozhno opredelit', kakaya iz stran narushaet dogovor o yadernom vozderzhanii. Vskore vyyasnilos', chto krome Francii i Kitaya konvenciya narushaetsya nekoi tret'ei derzhavoi, raspolozhennoi v sozvezdii Bol'shoi Medvedicy. Gamma-vspleski prihodili iz kosmosa! Lish' cherez neskol'ko let eti dannye byli rassekrecheny i predostavleny k obdumyvaniyu astronomam, i vot uzhe pochti tridcat' let byvshaya voennaya taina ostaetsya samoi bol'shoi nauchnoi zagadkoi sovremennoi astrofiziki. Vse popytki naiti istochniki gamma-vspleskov zakanchivalis' polnym provalom. Sozdavalos' vpechatlenie, chto oni prihodyat iz pustoty

Porazhala vysokaya chastota sobytii - vspleski registrirovalis' pochti kazhdyi den', chto vpervye bylo ustanovlenno v prekrasnom sovetskom eksperimente "Konus", osushestvlennom pod rukovodstvom E. P. Mazeca na kosmicheskih apparatah "Venera-11, 12" i "Prognoz" v 70-e gg.

No eshe bolee udivitel'nym okazalos' to, chto vspleski s ravnoi veroyatnost'yu prihodyat s lyubogo napravleniya (raspredeleny izotropno), no v prostranstve raspolozheny neodnorodno! Poslednee obstoyatel'stvo ustanavlivaetsya putem statisticheskogo analiza zavisimosti chastoty sobytii ot intensivnosti vspleska vblizi Zemli. Eto znamenitaya zavisimost' "LogN - LogS". Ona ves'ma polezna, kogda nichego ne izvestno o rasstoyaniyah do ob'ektov. V ploskom evklidovom prostranstve, odnorodno zapolnennom ob'ektami, zavisimost' imeet naklon -3/2. Deistvitel'no, potok energii, padayushii na priemnik, obratno proporcionalen kvadratu rasstoyaniya do istochnika:

a chislo istochnikov yarche F proporcial'no ob'emu sfery radiusa R:  .

Otkuda sleduet, chto

V HVIII v. Uil'yam Gershel', analiziruya etu zavisimost' dlya zvezd, ustanovil, chto nasha Galaktika ploskaya, tochnee, imeet diskoobraznuyu formu. Mlechnyi Put', vidimyi prostym glazom v yasnuyu bezlunnuyu noch', ne chto inoe, kak nasha Galaktika, tochnee, vse ee neblizkie zvezdy, slivshiesya v odnu svetyashuyusya polosu. A kak vyglyadit "galaktika" gamma-vspleskov? Est' li u nee svoya polosa, sostoyashaya iz slabyh vspleskov? Chtoby otvetit' na etot vopros, nuzhno imet' koordinaty i yarkost' kak mozhno bol'shego chisla vspleskov.

Eksperiment, postavlennyi na amerikanskoi orbital'noi gamma-observatorii imeni Artura Komptona (Compton Gamma Ray Observatory - CGRO), pozvolil obnaruzhit' bolee 2000 novyh vspleskov, i okazalos', chto naklona -3/2 prakticheski nigde net (sm. ris. 2), a po nebu istochniki raspredeleny izotropno. Strannaya poluchaetsya "galaktika". Raspredelenie po potokam pokazyvaet, chto ona diskoobraznaya, a na nebe nikakih sledov Mlechnogo Puti net!

Nichego podobnogo v nashei Galaktike byt' ne mozhet. No v nashei Vselennoi est' odin prakticheski ideal'no izotropnyi ob'ekt - eto sama Vselennaya! Imeno eto zastavilo mnogih uchenyh otkazat'sya ot galakticheskoi modeli gamma-vspleskov. Pravda, ne vseh, i astronomicheskoe soobshestvo razdelilos' na dve primerno ravnye chasti v sootvetstvii s krainimi tochkami zreniya: libo istochniki gamma-vspleskov udaleny na kosmologicheskie rasstoyaniya i ih izotropiya svyazana s izotropiei nashei Vselennoi, libo oni neposredstvenno okruzhayut nashu Galaktiku, obrazuya svoeobraznuyu sfericheskuyu koronu.

Esli vstat' na kosmologicheskuyu tochku zreniya, t. e. udalit'
gamma-vspleski na rasstoyaniya poryadka 15 mlrd svetovyh let, to dlya ob'yasneniya nablyudaemoi yarkosti vspleskov nuzhno soglasit'sya, chto ih istochniki - eto samye moshnye ob'ekty Vselennoi. Deistvitel'no, dazhe samye slabye iz nih sozdayut u Zemli potok energii ergsms i, sledovatel'no, ih svetimost' ili moshnost' ravna (sravnite s formuloi (1)) ergsms.

Napomnim, chto do sih por samymi moshnymi istochnikami vo Vselennoi schitalis' kvazary, svetimost' kotoryh v 10 000 raz men'she! A ved' est' gamma-vspleski i v sto raz yarche, a eto uzhe ergs. Pri samom effektivnom mehanizme pererabotki massy v izluchenie, izvestnom seichas v astrofizike, trebuetsya, chtoby v techenie odnoi sekundy "vstupali v reakciyu" massy, primerno ravnye massam zvezd. Ne slishkom li vysoka cena u kosmologicheskoi modeli?

Storonniki zhe kosmologicheskoi tochki zreniya, vo-pervyh, kritikovali model' korony, yavno protivorechashuyu nablyudeniyam, - ved' ryadom s nashei est' neskol'ko blizkih galaktik, v tom chisle vidimyh nevooruzhennym glazom, a vokrug nih nikakih koron net. A vo-vtoryh, kosmologicheskaya gipoteza samym estestvennym obrazom ob'yasnyaet kazhushuyusya neodnorodnost' v raspredelenii gamma-vspleskov v prostranstve. Ved' formula (2) v nashei Vselennoi ne verna! Vse delo v obshei teorii otnositel'nosti. V krivom prostranstve ob'em sfery ne raven i pryamaya LogN-LogS stanovitsya krivoi s men'shim naklonom dazhe pri odnorodnom raspredelenii istochnikov!

Kakoi process mozhet obespechit' stol' vysokuyu svetimost'? Trebuemaya energiya vydelyaetsya pri vspyshkah sverhnovyh, no pri etom ona pochti celikom unositsya neitrino (opticheskaya vspyshka yavlyaetsya pri etom lish' blednoi ten'yu i rastyanuta vo vremeni na mesyacy iz-za ogromnogo kolichestva veshestva, okutyvayushego centr vysvechivaniya). Vot esli by vokrug ne bylo veshestva, to izluchenie, ne pererabatyvayas' v myagkie kvanty, za neskol'ko sekund uhodilo by v vide gamma-vspleska.

No imenno takaya situaciya i realizuetsya pri sliyanii dvuh NZ! Ideya o tom, chto sliyanie NZ yavlyaetsya prichinoi vspleskov, vyskazannaya eshe v 1982 g. sovetskim astrofizikom S. I. Blinnikovym s soavtorami, dolgoe vremya rassmatrivalas' kak naibolee veroyatnaya.

Seichas vse bolee populyarnoi stanovitsya inaya model'. Esli by udalos' kakim-to obrazom pri vzryve sverhnovoi "proburavit'" tunnel' do samogo kollapsiruyushego yadra, to my smogli by "uvidet'" zhestkoe gamma-izluchenie. Okazyvaetsya sverhnovye sami mogut sebya "buravit'". Tol'ko takie sverhnovye nazvali gipernovymi. Delo v tom, chto esli pri kollapse yadro zvezdy bystro vrashaetsya, voznikaet os' simmetrii, vdol' kotoroi "vystrelivaet" struya relyativistskih chastic, takoi "dzhet" svetitsya v gamma-diapazone.

Raschety kollapsa bystrovrashayusheisya zamagnichennoi zvzezdy - ochen' slozhny i poka mozhno govorit' lish' o nekoi gruboi modeli v kotoroi opredelyayushuyu rol' igrayut vrashenie zvezdy i ee magnitnoe pole.

Poyavilas' seriya rabot, v kotoryh nablyudaemaya krivaya LogN-LogS ob'yasnyalas' effektami OTO v kosmologii. Odnako nedostatkom vseh etih rabot bylo odno prostoe obstoyatel'stvo, ved' NZ - eto rezul'tat zvezdnoi evolyucii, a ved' bylo vremya (primerno 15 mlrd let nazad), kogda ne to chto zvezd, ne bylo dazhe galaktik i, sledovatel'no, slivayushiesya NZ raspredeleny v nablyudaemom ob'eme Vselennoi neodnorodno! Temp sliyaniya opredelyaetsya zakonami evolyucii (evolyucionnym scenariem) i istoriei obrazovaniya zvezd v nashei Vselennoi (funkciei zvezdoobrazovaniya).

Evolyuciya dvoinoi nachinaetsya s obrazovaniya dvuh golubyh zvezd, vnutri kotoryh idet termoyadernaya rekciya goreniya vodoroda v gelii. Zatem pervaya, pevonachal'no bolee massivnaya, zvezda perezhigaet svoi vodorod i uvelichivaet svoi radius, postepenno priblizhayas' k kriticheskoi polosti Rosha - poverhnosti, razgranichivayushei oblasti gravitacionnogo vliyaniya komponent dvoinoi. Cherez 12.7 mln. let ona zapolnyaet svoyu polost' Rosha i nachinaet peretekat' na sosedku. V rezul'tate proishodit peremena rolei, - pervonachal'no bolee massivnaya zvezda stanovitsya menee massivnoi. Obmen massoi okanchivaetsya v tot moment, kogda central'noe yadro pervoi zvezdy szhimaetsya i otdelyaetsya ot obolochki. Pri etom v ee yadre proishodit vozgoranie geliya. Obrazuetsya tak nazyvaemaya zvezda tipa Vol'fa-Raie (WR), kotoraya cherez 130 tys. let perezhigaet ves' gelii i vzryvaetsya kak sverhnovaya zvezda, ostavlyaya sverhkompaktnyi ostatok - neitronnuyu zvezdu. Tak kak vzryvaetsya menee masivnaya zvezda, sistema ne razvalivaetsya i evolyuciya prodolzhaetsya. Neitronnaya zvezda prohodit neskol'ko stadii - ot sostoyaniya ezhektiruyushei potoki relyativistskih chastic bystro vrashayusheisya zvezdy do medlenno vrashayusheisya akkreciruyushei zvezdy. No bolee vazhno, chto ee sosedka nakonec perezhigaet svoi vodorod i povtoryaet put' pervoi zvezdy, rozhdaya v konce vtoruyu neitronnuyu zvezdu: obrazuetsya sistema dvuh neitronnyh zvezd, odna iz kotoryh, bolee molodaya, proyavlyaet sebya kak radiopul'sar. Takie sistemy real'no seichas nablyudayutsya v Galaktike. Parametry dvoinoi sistemy, sostoyashei iz dvuh neitronnyh zvezd, polnost'yu kontroliruyutsya gravitacionno-volnovym izlucheniem. Primerno cherez 12 mlrd let gravitacionnye volny unosyat ves' orbital'nyi moment dvoinoi, i zvezdy stalkivayutsya, vydelyaya gigantskuyu energiyu, sostovlyayushuyu neskol'ko desyatkov procentov energii pokoya zvezd.

Znanie evolyucii tesnyh dvoinyh pozvolyaet otvetit' na vopros o tom, sootvetstvuet li nablyudaemaya funkciya LogN-LogS gamma-vspleskov gipoteze slivayushihsya NZ? Takaya zadacha byla reshena nami. Prezhde vsego my rascchitali evolyuciyu tempa sliyaniya v nekotoroi galaktike, vse zvezdy kotoroi obrazovalis' odnovremenno v nekotoryi moment vremeni. Fakticheski eta unikal'naya krivaya, poluchennaya s pomosh'yu special'noi komp'yuternoi programmy "Mashiny Scenariev" opisyvaet tak nazyvaemye ellipticheskie galaktiki, v kotoryh net sushestvennogo zvezdoobrazovaniya v nastoyashuyu epohu. Eto udaetsya sdelat' s horoshei tochnost'yu, tak kak iz nablyudenii izvestna dolya veshestva, sosredotochennaya v ellipticheskih i spiral'nyh galaktikah, a u poslednih zvezdoobrazovanie bolee-menee stacionarno. Poluchennye krivye privodyat k sleduyushim zaklyucheniyam: vo-pervyh, nablyudaemye dannye i gipoteza slivayushihsya NZ nahodyatsya v horoshem soglasii pri opredelennyh kosmologicheskih parametrah (ves'ma blizkih k standartnym parametram nashei Vselennoi, naidennyh nezavisimo po reliktovomu izlucheniyu i krupnomasshtabnoi strukture Vselennoi), vo-vtoryh, raschety pokazyvayut, chto krivaya LogN-LogS dolzhna pri perehode k bolee slabym potokam (poka eshe nedostupnym) neizbezhno izognut'sya vverh (sm. ris. 2). Poslednee yavlyaetsya otlichnym testovym predskazaniem, tak kak vo vseh drugih modelyah nichego podobnogo ne ozhidaetsya. Samo zhe poyavlenie peregiba svyazano s tem bessporno ustanovlennym faktom, chto primerno 15 mlrd let nazad v nashei Vselennoi shlo burnoe obrazovanie zvezd i galaktik. Seichas vse bolee populyarnoi stanovitsya inaya model'. No vernemsya k nablyudeniyam.

Vse eksperimenty v gamma-astronomii do 1997 g. obladali odnim reshayushim nedostakom: oni ne pozvolyali bystro i tochno opredelyat' napravlenie na vsplesk. Delo v tom, chto otdel'nyi gamma-detektor daet napravlenie v luchshem sluchae s tochnost'yu do odnogo uglovogo gradusa, tak chto na nebe poluchaetsya kvadrat oshibok s ploshad'yu odin kvadratnyi gradus. Nasha Vselennaya tak velika, chto v takoi kvadrat popadayut tysyachi dalekih galaktik i sovershenno nevozmozhno opredelit', s kakoi iz nih svyazan (i svyazan li voobshe) gamma-vsplesk.

Ideya zhe eksperimenta BeppoSAX (Beppo - druzheskoe prozvishe izvestnogo ital'yanskogo fizika, a SAX - abbreviatura ital'yanskogo Satelito di Astronomica X, chto oznachaet "astronomicheskii rentgenovskii sputnik") kraine prosta i okazalas' udivitel'no plodotvornoi. Ital'yanskie i gollandskie uchenye sozdali specializirovannyi sputnik, na bortu kotorogo odnovremenno nahodyatsya i gamma i rentgenovskii teleskopy. Kak tol'ko gamma-teleskop fiksiruet vsplesk, v ego kvadrat oshibok napravlyaetsya rentgenovskii teleskop, tochnost' kotorogo v 60 raz vyshe. Esli za gamma-vspleskom sleduet vspyshka rentgenovskogo izlucheniya, to my poluchaem koordinaty vspleska uzhe s tochnost'yu do odnoi uglovoi minuty, a v takom kvadrate uzhe mozhet "porabotat'" moshnyi opticheskii teleskop.

Sputnik byl zapushen vesnoi 1996 g., odnako dovodka ego prodolzhalas' bolee polugoda. Hotya gamma-vspleski prihodyat raz v den' so vsego neba, iz-za vysokoi napravlennosti sputnik BeppoSAX lovit ih gorazdo rezhe - primerno raz v dva mesyaca. Pervye dva vspleska dali otricatel'nyi rezul'tat: rentgenovskie teleskopy ne obnaruzhili nikakogo signala, a vot tretii, vspyhnuvshii 28 fevralya 1997 g. (GRB 970228), dal udivitel'nyi rezul'tat. Posle korotkogo gamma-vspleska, vspyhnuvshego v sozvezdiii Oriona, poyavilos' rentgenovskoe poslesvechenie, dlivsheesya okolo sutok! V rukah astronomov byli koordinaty tainstvennogo istochnika s tochnost'yu odna uglovaya minuta, i samye moshnye teleskopy vskore byli napravleny v eto mesto. V kvadrate oshibok okzalos' neskol'ko dalekih galaktik, krasnaya karlikovaya zvezda, prinadlezhashaya nashei Galaktike i odin strannyi opticheskii zvezdoobraznyi ob'ekt, okruzhennyi tumannym pyatnyshkom.

Imenno on privlek vnimanie astronomov, ved' ego blesk menyalsya! I ne prosto menyalsya, a s kazhdym dnem monotonno padal, budto on i est' opticheskoe poslesvechenie gamma-vspleska. Konechno, eto mogla byt', naprimer, sluchaino sovpavshaya vspyshka sverhnovoi zvezdy na krayu Vselennoi. No, vo-pervyh, krivaya padeniya bleska uzh ochen' ne pohodila na standartnuyu sverhnovuyu, a vo-vtoryh, veroyatnost' takogo sovpadeniya kraine mala! Ved' seichas astronomy vedut special'nuyu sluzhbu otkrytiya dalekih sverhnovyh (naprimer, uzhe v etom godu otkryto okolo polusotni dalekih sverhnovyh), v pereschete na vse nebo poluchaetsya 1 mln sverhnovyh s nuzhnym bleskom. No teleskop-to byl naveden ne na vse nebo, a na odnu kvadratnuyu uglovuyu minutu. Legko podschitat', chto v kvadratnoi minute vspyshki dalekih sverhnovyh proishodyat raz v 500 let!

Svyaz' s gamma-vspleskom nesomnenna, no udivitel'na. Prakticheski nikto ne ozhidal, chto korotkoe, dlyasheesya sekundy yavlenie v gamma-diapazone mozhet soprovozhdat'sya opticheskim poslesvecheniem, prodolzhayushimsya, kak my teper' znaem, mesyacy!

Chto zhe eto za tainstvennoe poslesvechenie, da eshe okruzhennoe tumannym pyatnom? Obychno v takih situaciyah pomogaet spektral'nyi analiz prinimaemogo izlucheniya. V nashei rasshiryayusheisya Vselennoi spektral'nye linii atomov, izluchennye v dalekih ob'ektah, smesheny v krasnuyu storonu spektra iz-za effekta Doplera, prichem tem sil'nee, chem oni dal'she. Imenno tak byli izmereny rasstoyaniya do samyh dalekih ob'ektov - kvazarov. No spektry opticheskoi vspyshki ne soderzhali nikakih atomnyh linii! A tumannoe pyatnyshko okazalos' slishkom slabym, tak chto opredelit' po spektru, galaktika eto ili net, ne udalos'. Ne smotrya na grandioznyi proryv v probleme gamma-vspleskov, glavnyi vopros ob ih udalennosti ostavalsya otkrytym. Nuzhno bylo zhdat'.

V aprele byl poiman eshe odin vsplesk, no on ne dal ni opticheskogo, ni rentgenovskogo poslesvecheniya

I vot nakonec 8 maya 1997 g. uchenye kak nikogda blizko podoshli k razgadke byvshei voennoi tainy. Etot, nesomnenno istoricheskii gamma-vsplesk soprovozhdalsya rentgenovskim, radio i opticheskim poslesvecheniyami, v spektre kotorogo byli naideny linii, smeshennye v krasnuyu storonu tak, chto sootvetstvuyushee rasstoyanie okazalos' sravnimym s radiusom vidimoi chasti Vselennoi. Gamma-vspleski raspolozheny na kosmologicheskih rasstoyaniyah i, sledovatel'no, yavlyayutsya samymi moshnymi yavleniyami v nashei Vselennoi!

Nizhe ya privozhu tu istoricheskuyu telegrammu, poslannuyu v Mezhdunarodnyi Astronomicheskii soyuz:

23 yanvarya 1999 g. v 9^h47^m18^s.30 UT (mirovogo vremeni), cherez 22 s posle nachala vspleska, ROTSE I obnaruzhil ob'ekt 12-i zvezdnoi velichiny! V maksimume on byl yarche 9-i zvezdnoi velichiny! Prostite za takoe kolichestvo vosklicatel'nyh znakov, no ved' istochnik etogo izlucheniya nahoditsya na drugom krayu Vselennoi! Eto oznachaet, chto absolyutnaya zvezdnaya velichina ego yarche -30^m. Esli by takoi vzryv sluchilsya v nashei Galaktike na rasstoyanii tysyachi svetovyh let, noch' prevratilas' by v den'!

S etogo momenta stalo yasno, chto dlya nablyudeniya sobstvennogo izlucheniya gamma-vspleskov neobhodimo sozdavat' nebol'shie no polnost'yu avtomatizirovannye teleskopy-roboty.

---

<< Titul'nyi list | Oglavlenie | 2. Teleskopy-roboty >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: gamma-vspleski - avtomaticheskie teleskopy - opticheskoe poslesvechenie Publikacii so slovami: gamma-vspleski - avtomaticheskie teleskopy - opticheskoe poslesvechenie
Sm. takzhe: Rentgenovskie kol'ca vokrug gamma-vspleska Gamma-vsplesk GRB 221009A GW170817: registraciya izlucheniya raznyh vidov ot yavleniya sliyaniya O proishozhdenii zolota Osnovnye teleskopy Zemli izuchayut GRB 130427A Poimannye na fone poslesvecheniya Simfoniya vspleska GRB 110328A Vse publikacii na tu zhe temu >>