100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Ученые зафиксировали рекордные вспышки гамма-излучения

Спутники NASA зафиксировали две рекордно мощных гамма-вспышки

ТАСС, 20 ноября. Американские орбитальные обсерватории Swift и Fermi и несколько наземных телескопов зафиксировали два мощнейших гамма-всплеска, впервые однозначно подтвердивших одну из общепринятых теорий об их рождении. Возможное значение этих открытий для астрофизики и науки в целом ученые описали в статьях для научного журнала Nature.

"Мы показали, что эти катаклизмы могут порождать фотоны, чьи энергии в сотни миллиардов раз выше, чем у частиц обычного света. Более того, оказалось, что почти половина энергетического бюджета этих всплесков приходится на гамма-излучение самых высоких энергий. Это очень впечатляет", — прокомментировала Констанция Саталеска, астрофизик из Немецкого синхротронного центра DESY и один из авторов работы.

История первого искусственного объекта на Луне

Как предполагают ученые, гамма-всплески возникают в последние мгновения жизни крупных звезд. Когда такие светила умирают, сила притяжения черной дыры или нейтронной звезды, которые могут возникнуть в результате этого, оказывается настолько высока, что их останки не разбрасываются по окружающему пространству, а объединяются в своеобразный бублик.

Часть этого диска, который вращается вокруг бывшей звезды, поглощает черная дыра, а остатки разгоняются почти до скорости света и выбрасываются во внешнее пространство в виде узких пучков материи. Во время этого процесса погибающее светило затмевает галактики и испускает столько же энергии, сколько Солнце и другие небольшие звезды вырабатывают за все время существования.

Что именно разгоняет и закручивает эту материю в пучки, пока остается предметом споров. Исследователи пытаются найти ответ на этот вопрос, наблюдая за самыми мощными и близкими к нам гамма-вспышками, вычисляя точные расстояния до источников этих космических катаклизмов.

Как отмечает Саталеска, долгое время этим наблюдениям мешало то, что атмосфера Земли поглощает фактически все следы гамма-излучения еще до того, как оно успеет достигнуть телескопов. По этой причине наблюдения за подобными катаклизмами велись при помощи орбитальных обсерваторий, таких как американские телескопы Swift и Fermi, а также российского прибора "Конус", который установлен на борту американского спутника Wind.

Эхо космических катаклизмов

Космические телескопы могут улавливать следы гамма-вспышек, но не могут изучать весь их спектр из-за того, что они обладают относительно небольшими размерами. По этой причине эксперты не знали, какая доля энергобюджета этих катаклизмов приходится на гамма-кванты самых высоких энергий.

Саталеска и ее коллеги решили эту задачу, объединив ресурсы космических обсерваторий и двух крупнейших атмосферных черенковских телескопов, MAGIC и HESS. Они представляют собой особые установки, предназначенные для наблюдений за космическими лучами сверхвысоких энергий. Эти телескопы отслеживают их прохождение через атмосферу, наблюдая за вспышками черенковского излучения, пучков гамма-фотонов высоких энергий, возникающих при торможении частиц, движущихся быстрее скорости света в воздухе или других средах.

Читайте так же:
Как люди раньше обходились без холодильников? Описание, фото и видео

В прошлом, несмотря на все усилия специалистов, черенковские обсерватории не смогли зафиксировать ни одного гамма-всплеска, однако эта ситуация изменилась в июле прошлого и в середине января 2019 года. MAGIC и HESS удалось поймать сразу две рекордно мощных вспышки, пробившихся через атмосферу Земли — GRB 190114C и GRB 180720B.

Собранные ими данные указали на то, что гамма-вспышки оказались еще мощнее, чем на то указывали предыдущие замеры. Кроме того, они подтвердили, что в рождении самой высокоэнергетической части всплеска был замешан особый процесс, который физики называют обратным комптоновским рассеянием.

Этот эффект был открыт в 1920-х годах известным американским исследователем Артуром Комптоном. Он выяснил, что частицы света могут особым образом отскакивать от электронов, с которыми они сталкиваются, понижая свою энергию или повышая ее на определенные величины, предсказываемые его теорией. В данном случае эти электроны одновременно выступают и источником фотонов, и разгонной площадкой для них.

Теоретики достаточно давно предполагали, что излучение гамма-всплесков рождается подобным образом, однако следы этого — два горба в графике яркости — до настоящего времени не удавалось обнаружить. Телескопы MAGIC и HESS, а также другие обсерватории смогли исправить этот недочет и доказать, что подобная структура действительно была характерна для гамма-вспышек, что ускорит раскрытие других тайн этих катаклизмов, заключают ученые.

Зафиксирована крупнейшая за всю историю наблюдений гамма-вспышка

dailytechinfo.orgdailytechinfo.org

Гамма-вспышки (Gamma-ray bursts, GRB) являются одними из самых высокоэнергетических явлений во Вселенной и недавно ученым-астрономам удалось зарегистрировать гамма-вспышку, мощность которой приблизительно в тысячу раз больше, чем мощность обычных «среднестатистических» подобных вспышек. Обычно гамма-вспышки порождаются в моменты взрывов сверхновых, когда звезды, пришедшие к концу их жизненного цикла, обращаются в черные дыры или нейтронные звезды, выбрасывая в окружающее пространство океаны энергии в виде излучения и плазму, летящую на скорости, близкой к скорости света.

Энергия гамма-вспышек измеряется в электрон-вольтах. Обычные гамма-вспышки имеют энергию в несколько десятков гигаэлектронвольт, но энергия самой мощной вспышки составляет порядка одного тераэлектронвольта.

«Гамма-вспышки с энергией в тераэлектронвольты существовали ранее только в теории» — рассказывает Масахиро Тешима (Masahiro Teshima), ведущий исследователь, — «Мы охотились за самыми сильными вспышками на протяжении 15 лет и, наконец, нам улыбнулась удача. Я и члены моей команды горды возможностью объявить о регистрации первой гамма вспышки с энергией в 1 ТэВ, фотоны которой являются самыми высокоэнергетическими фотонами, рожденными в глубинах космоса».

Рассматриваемая гамма-вспышка получила название GRB190114C и сначала она была зарегистрирована в январе текущего года двумя космическими телескопами — Swift Observatory и Fermi Gamma-ray Space Telescope. Отметим, что собственно вспышка GRB190114C состояла из нескольких последовательных вспышек, самая первая из которых была достаточно слаба, ее энергия находилась в районе нескольких мегаэлектронвольт (МэВ).

Читайте так же:
Как отгружают уголь в морских портах

Тем не менее, регистрация первой вспышки стала сигналом, по которому в данную область пространства тут же были нацелены «глаза» сразу 20 астрономических инструментов, которым удалось увидеть всю красоту космического фейерверка. Последующая вспышка произошла приблизительно через минуту после первой и продлилась около 20 минут. Ее яркость превысила яркость Крабовидной туманности, которая считалась до этого самым ярким из всех известных источников гамма- и рентгеновского излучения в нашей галактике. На пике интенсивности вспышки ее энергия достигла 1 ТэВ, затем снизилась до 0.3 ТэВ, что также весьма немало, и такой уровень продержался неизменным достаточно длительное время.

Одним из астрономических инструментов, которые наблюдали за областью вспышки GRB190114C, был космический телескоп Hubble. Он не способен «видеть» гамма-лучи, но при его помощи можно определить расстояние до места событий и выяснить природу катаклизма, породившего столь высокоэнергетическое явление. И благодаря телескопу Hubble ученым стало известно, что вспышка GRB190114C была порождена в недрах галактики, которая находится в процессе столкновения с другой галактикой.

«Наблюдения телескопа Hubble показали, что вспышка зародилась в очень «плотной» среде, практически в центре очень яркой галактики, находящейся на удалении 5 миллиардов световых лет от нас» — рассказывает Эндрю Леван (Andrew Levan), один из ведущих исследователей, — «Природа этой вспышки весьма необычна, мы предполагаем, что при столкновении галактик произошла своего рода цепная реакция, в результате которой взорвался достаточно большой объем плотно заполненного материей пространства, что произвело исключительно яркий свет и гамма-излучение».

Пойман мощный импульс, летевший к Земле 7,5 миллиарда лет

 Фото: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (KBRwyle)

Сразу две международные команды астрономов параллельно опубликовали собственные исследования о мощной вспышке энергии, зафиксированной 26 августа 2020 года космическим гамма-телескопом Fermi. Это событие, получившее наименование GRB 200826A, длилось всего 0,65 секунды и стало самым коротким в своем роде.

Фото: NASA, ESA, Lorenz Roth (KTH)

Обе статьи одновременно появились в журнале Nature Astronomy, а коротко об их содержании рассказывает Phys.org. Первая команда во главе с Бин-бин Чжаном из Нанкинского университета в Китае исследовала гамма-лучи. Второй коллектив, возглавляемый Томасом Аумада из Центра космических полетов имени Годдарда NASA, в своей работе описывает затухающее многоволновое "послесвечение" GRB.

Поясним, что GRB — это самые мощные события во Вселенной, которые возможно обнаружить даже на расстоянии в миллиарды световых лет. Их классифицируют как длинные или короткие, обычно такое событие занимает чуть больше или чуть меньше двух секунд. Длинные всплески ученые связывают с гибелью массивных звезд, а короткие могут быть связаны и с другим сценарием.

Читайте так же:
Профессии, которых больше нет

В данном случае событие GRB 200826A представляло собой мощный импульс высокоэнергетического излучения, который летел к Земле от своего источника около половины возраста Вселенной, то есть порядка 7-7,5 миллиарда лет. Он длился всего лишь 0,65 секунды и оказался рекордсменом по времени — это самый короткий гамма-всплеск, вызванный гибелью массивной звезды, которую когда-либо наблюдали астрономы.

"Мы и ранее знали, что некоторые гамма-всплески массивных звезд могут регистрироваться как короткие события, но до сих пор думали, что это связано с ограничениями в возможностях работы наших инструментов, — говорит Бин-бин Чжан. — Но этот всплеск оказался особенным, потому что он определенно классифицируется как кратковременный гамма-всплеск, а другие свойства указывают на его происхождение от коллапсирующей звезды. Теперь мы знаем, что умирающие звезды также могут испускать короткие всплески".

Фото: Chris Bickel/Science

"Это событие фактически закончилось так быстро, как будто его почти и не было, — говорит Томас Аумада. — Тем не менее, этот всплеск излучения содержит в 14 миллионов раз больше энергии, чем вся галактика Млечный Путь содержала ее за такой же период времени. Это делает его одним из самых мощных кратковременных гамма-всплесков, когда-либо наблюдавшихся".

Авторы работы объясняют, что когда у звезды, более массивной, чем наше Солнце, заканчивается ее "топливо", то ядро внезапно коллапсирует и образует черную дыру. По мере того, как материя вращается в сторону черной дыры, часть ее вырывается в виде двух мощных струй.

Они устремляются наружу в противоположных направлениях со скоростью, почти равной скорости света. Астрономы обнаруживают гамма-всплеск только тогда, когда одна из этих струй направлена в сторону Земли.

Каждая струя проходит сквозь звезду, производя импульс гамма-лучей, который изначально может длиться до нескольких минут. После взрыва звезда быстро расширяется как сверхновая. Наблюдения Fermi показали, что мощные вспышки способны маскироваться под короткие гамма-всплески.

Кстати, данный сигнал также был пойман аппаратом NASA Wind, который вращается на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, и аппаратом Европейского космического агентства Mars Odyssey, который вращается вокруг Марса с 2001 года. Импульс зафиксировал и спутник агентства INTEGRAL.

Ученые зафиксировали самую яркую вспышку света во Вселенной. Что известно о загадочном явлении и как оно возникло

В январе 2019 года астрономам удалось зафиксировать в космосе самый яркий поток света в истории. Он был образован сверхмощной вспышкой гамма-излучения в удаленной от Земли на миллионы лет галактике.

Читайте так же:
Как делают экипировку для крикета

Поток света содержал в 100 миллионов раз больше энергии, чем свет, который является видимым человеческому глазу, говорится в исследовании, опубликованном в Nature.

Гамма-вспышки происходят без предупреждения и длятся всего несколько секунд, из-за чего у ученых было мало времени, чтобы заметить аномальное явление. Что известно о загадочном феномене и как он образовался – читайте в материале ТСН.ua.

Вспышки гамма-излучения

Вспышки гамма-излучения – самые мощные взрывы, которые происходят во Вселенной. В космосе они случаются почти каждый день. Астрономы считают, что происходят они в результате столкновения нейтронных звезд или сверхновых – событий, в ходе которых звезды тратят все свое топливо, становятся жертвами своей собственной гравитации и превращаются в черные дыры.

Космічна Одіссея
Российские военные подтвердили, что сбили советский спутник во время космических испытаний
В авиакатастрофе разбился космический турист Blue Origin
SpaceX успешно запустила на МКС ракету с 600-м астронавтом на борту

«Вспышки гамма-излучения – самые мощные взрывы во вселенной и обычно излучают больше энергии за несколько секунд, чем наше Солнце за всю свою жизнь. Их сияние можно увидеть сквозь почти всю видимую вселенную», — отметил специалист по гамма-излучению Дэвид Берг в пресс-релизе.

Послесвечение, которое образуется в результате вспышек, которые длятся считанные секунды или минуты, является заметным еще в течение нескольких часов или даже дней после вспышки. Предыдущие исследования предполагали, что подобные вспышки могут генерировать чрезвычайно мощные гамма-лучи, однако доказательств этого было не много.

«Большинство из того, что мы узнали о вспышках гамма-излучения в течение последних нескольких десятилетий, было получено в результате наблюдения за их послесвечением на низких энергиях», — отметила исследовательница NASA Элизабет Хейс.

Также читайте
"Вояджер-2" вышел за пределы Солнечной системы и попал в межзвездное пространство. Что он там увидел

Однако недавно ученым удалось зафиксировать свет с фотонами, энергия которых превышала 100 миллиардов электрон-вольт. Это в 100 миллиардов раз энергичнее, чем оптический свет к которому чувствителен глаз человека, и в 100 миллионов раз мощнее, чем рентгеновские фотоны, которые применяются в течение процедуры рентгена.

Аномально яркий свет

Самый яркий свет, образованный в результате гамма-вспышек, был зафиксирован с помощью телескопа Swift и гамма-обсерватории Ферми от NASA. Первую вспышку, известную как GRB 180720B, ученые зафиксировали в июне 2018 года на расстоянии около 7 миллиардов световых лет от Земли.

Читайте так же:
Как делают электрические провода

Тогда поток высокоэнергетического света поступил через 10 часов после первичного взрыва, а сам свет продолжался еще в течение 2 часов в фазе послесвечения.

Вторая вспышка, GRB 190114C, которая является самой мощной на этот момент, была зафиксирована 14 января 2019 года. Она произошла в галактике, расположенной на расстоянии 4 миллионов световых лет от Земли.

14 января два спутники NASA зафиксировали взрывы в галактике, расположенной на расстоянии 4 миллионов световых лет.

© tsn.ua

За 22 секунды космические телескопы – Swift и Гамма-обсерватория Ферм – прислали координаты взрыва астрономам по всей Земле.

А в течение следующих 27 секунд астрономы на Канарских островах повернули систему наземных телескопов MAGIC в направлении соответствующей точки на небе. Впоследствии к наблюдениям присоединились и 20 других наземных обсерваторий.

Также читайте
"Гигантский скачок для человечества": как миссия Apollo изменила наше представление о Солнечной системе и космосе

В обоих случаях ученые зафиксировали чрезвычайно энергетические гамма-лучи. Вследствие вспышки GRB 180720B в 2018 году массив телескопов High Energy Stereoscopic System в Намибии обнаружил гамма-излучение энергией от 100 до 440 миллиардов электронных вольт. А после GRB 190114C два телескопа MAGIC обнаружили гамма-лучи с энергией от 200 млрд до 1 трлн электрон вольт.

«Сейчас это фотоны с наибольшей энергией, когда-либо замеченной в результате гамма-вспышек», — отметила Элиза Бернардини, специалист по гамма-лучам, в пресс-релизе.

На основе исследования этих вспышек, ученые озвучили мысль, что до этого им, вероятно, не удавалось зафиксировать и половину энергии, которую способны образовать вспышки гамма-излучения.

Электроны и фотоны

Предыдущие исследования предполагали, что большинство гамма-лучей в этих вспышках заряжены электронами, которые направляются практически на скорости света сквозь мощные магнитные поля. Однако авторы новой работы отмечают, что гамма-лучи становятся высокоэнергетическими благодаря другому явлению.

На основе исследования света, ученые озвучили мысль, что наиболее исполненный энергией свет, образованный в результате гамма-вспышек, вероятно возникает от столкновения фотонов с электронами, заряженными энергией от вспышек.

Простыми словами, фотоны и электроны «жмут друг другу руки и обмениваются энергией». Так, как отметил в интервью Space.com астрофизик Розмик Мирзоян из Института физики Макса Планка в Мюнхене, в результате такого взаимодействия фотоны наполняются мощной энергией, а электроны теряют ее.

Ученые надеются на то, что в будущем им удастся зафиксировать больше высокоэнергетических гамма-лучей, образованных в результате вспышек. Подобная информация позволит лучше понять «физику вспышек гамма-излучения и их взаимодействие с окружающей средой».

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию