Космические гамма всплески реферат
Обновлено: 07.07.2024
В 1960-х годах США отправили в космос несколько специализированных спутников семейства Vela, предназначенных для регистрации элементарных частиц и фотонов очень высоких энергий. Хотя эти спутники не имели никакого отношения к астрономии (они должны были отслеживать для Пентагона советские ядерные испытания на обратной стороне Луны), именно они стали первооткрывателями чрезвычайно интересного астрономического феномена — гамма-вспышек.
В марте 1969 года сотрудники небольшой научной группы в Лос-Аламосе, где обрабатывалась поступающая из космоса информация, обратили внимание, что пара спутников-близнецов серии Vela-4 еще в 1967 году зарегистрировала два непродолжительных импульса гамма-излучения, которые нельзя приписать ни взрыву сверхновой, ни солнечным вспышкам, ни советским ядерным испытаниям. К лету 1973-го усовершенствованные спутники серии Vela-5 отследили уже 16 подобных вспышек. Первооткрыватели загадочного явления Рей Клибсадел и Рой Олсон, а также сотрудничавший с ними Йен Стронг сообщили об этом открытии на страницах Astrophysical Journal Letters. Короткая заметка положила начало новому научному направлению — исследованию космических гамма-всплесков, cosmic gamma-ray bursts (GRB, в русскоязычной литературе их называют также гамма-вспышками и гамма-барстерами, хотя последний термин сейчас употребляют редко).
Сбор информации
Информация о гамма-всплесках накапливалась медленно. Поначалу детектировались только импульсы длительностью 10–30 секунд, состоящие из гамма-квантов с небольшой примесью рентгена. Со временем обнаружилось, что около 30% всех всплесков короче двух секунд, а их средняя длительность составляет лишь 300 миллисекунд. Эти импульсы отличаются большей жесткостью гамма-излучения (иначе говоря, присутствием более энергичных гамма-квантов), однако по части полной светимости уступают более продолжительным всплескам. Такие всплески стали называть короткими, а все прочие (иногда растягивающиеся на десятки минут) — длинными. Не так давно были выделены в самостоятельный класс очень короткие гамма-всплески длительностью меньше 100 миллисекунд.
Подтверждений этой гипотезы пришлось ждать еще несколько лет. Все дело было в том, что восемь детекторов комплекса BATSE локализовали расположение вспышек на небесной сфере очень приблизительно, с точностью от одного до десяти градусов (то есть от 2 до 20 угловых диаметров полной Луны). Координаты почти сотни вспышек удалось определить с меньшей погрешностью, но все же не слишком точно. Поэтому долгое время не получалось привязать гамма-всплески к конкретным источникам видимого света, расстояние до которых можно было бы измерить по красному смещению спектральных линий.
Привязка к небу
Первый шаг к преодолению этой неопределенности был сделан командой ученых во главе с голландским астрономом Яном ван Парадейсом 14 лет назад. Ученые работали с данными, полученными с итало-голландской орбитальной обсерватории BeppoSAX, которая в первую очередь предназначалась для исследований в рентгеновском диапазоне, но была оснащена детектором длинноволновых гамма-квантов с энергиями 60–600 кэВ (иногда эту область относят к верхней границе рентгеновского спектра).
28 февраля 1997 года BeppoSAX зарегистрировал вошедший в историю 80-секундный гамма-всплеск GRB 970228 (первые две цифры означают год, вторые — месяц, третьи — число). Погрешность в определении угловых координат на сей раз не превышала одной угловой минуты, и как раз на этом участке неба был выявлен чрезвычайно тусклый объект, различимый с помощью оптических телескопов. Правда, расстояние до него удалось определить лишь приблизительно, но это было только начало. 8 мая и 14 декабря BeppoSAX навел ученых еще на два длинных гамма-всплеска с оптическими двойниками, которые уж несомненно отстояли от Солнца на космологические дистанции (последний — аж на 12 млрд световых лет!).
Но это были еще цветочки. 12 января 1999 года BATSE зарегистрировал полутораминутный всплеск, источник которого удалось быстро локализовать с помощью нового роботизированного телескопа ROTSE 1, установленного на территории Лос-Аламосской национальной лаборатории. Телескоп обнаружил в указанном направлении световую вспышку продолжительностью чуть больше минуты. Ее можно было бы заметить и невооруженным глазом, будь она всего раз в десять ярче, хотя от источника нас отделяли 9 млрд световых лет. В гамма-диапазоне этот всплеск выбросил около 4 × 10 54 эрг (1 эрг = 10 –7 Дж) — правда, при допущении, что он равномерно светил по всем направлениям. Такая оценка полной энергии излучения называется изотропным эквивалентом, и в данном случае он оказался равным энергии, которая выделилась бы при полной аннигиляции звезды вдвое тяжелее Солнца! Конечно, если излучение было выброшено в узком конусе, хватило бы намного меньшей энергии, и такая интерпретация в конце концов стала общепринятой. Но в любом случае теперь уже исчезли всякие сомнения в том, что гамма-всплески порождены космическими катаклизмами феноменальной мощности.
Продолжение банкета
И длинные, и короткие гамма-всплески обладают длинноволновым продолжением — послесвечением. Вслед за исходным гамма-импульсом следует поток рентгена типичной протяженностью в несколько суток. Он переходит в ультрафиолет, затем в видимый свет, в инфракрасное излучение и в конце концов — в радиоволны, которые удается записывать на протяжении недель и месяцев (правда, у половины наблюдаемых гамма-всплесков нет оптических хвостов — по пути к Земле их поглощает космическая пыль). Это явление предсказали Богдан Пачинский и Джеймс Роадс в 1993 году. У длинных всплесков его обнаружили в ходе отслеживания GRB 970228, а у коротких впервые наблюдали в 2005 году. Считается, что послесвечение возникает благодаря ультрарелятивистским (распространяющимся почти со скоростью света) ударным волнам в межзвездном газе, окружающем источник гамма-всплеска. Вещество, которое переносят ударные волны, постепенно охлаждается и испускает фотоны всё меньших энергий. Детали этого механизма еще предстоит выяснить.
Космические глаза
В последнее время возможности гамма-астрономии расширились благодаря новейшим космическим обсерваториям, оснащенным не только гамма-детекторами, но и телескопами, работающими на более длинных волнах. Поэтому появилась возможность оперативно отслеживать гамма-всплески даже без участия наземной аппаратуры.
Первой такой обсерваторией стал американский астроспутник HETE-2 (High Energy Transient Explorer), работавший с 2000 по 2006 год. Он определял положение гамма-всплесков с точностью до десяти угловых секунд и сделал множество открытий. Так, он обнаружил 25-секундный всплеск GRB 030329, который удалось связать со сверхновой звездой SN 2003 dh, вспыхнувшей в 2 млрд световых лет от Солнца. Это стало первой надежной демонстрацией того, что некоторые гамма-всплески сопутствуют взрывам сверхновых. Самые ранние свидетельства этого были получены в ходе наблюдения 30-секундного всплеска GRB 980425, но степень достоверности в том случае была гораздо меньшей.
В последние годы немалый вклад в исследование гамма-всплесков внес космический гамма-телескоп Fermi, запущенный в космос 11 июня 2008 года. Эта обсерватория оснащена приемником гамма-всплесков с 14 кристаллическими детекторами, отслеживающими кванты с энергиями в диапазонах 8 кэВ — 1 МэВ и 150 кэВ — 30 МэВ. Основной прибор обсерватории, обзорный гамма-телескоп (Large Area Telescope, LAT), позволяет отлавливать гамма-кванты особо высоких энергий — вплоть до 300 ГэВ. 16 сентября 2008 года эта обсерватория зарегистрировала гамма-всплеск с наибольшим на сегодня изотропным энергетическим эквивалентом в 8,8 × 10 54 эрг, что соответствует полной аннигиляции примерно пяти солнечных масс.
Интерпретация данных
Всплески: длинные, короткие.
. И очень короткие
Очень короткие всплески — рекордсмены по жесткости гамма-излучения, однако максимальные энергии их фотонов еще не определены. Об их послесвечении мало что известно, но если оно действительно существует, то должно быть намного слабее послесвечения всплесков других типов.
Следующий случай произошел 8 мая 1997 года. Так же, как и в феврале, аппарат был переориентирован в рекордно короткое время (5,7 часов) и наблюдал послесвечение всплеска узкоугольной камерой в течение нескольких дней. Наземные оптические телескопы наблюдали оптическую компоненту послесвечения. 11 — 12 мая 1997 года были получены спектры оптического послесвечения, в которых были обнаружены линии… Читать ещё >
Эмиссионное время космических гамма-всплесков ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Содержание
1.1 Открытие и изучение гамма-всплесков.
С тех пор прошло уже более 30 лет, но до сих пор нет четких физических аргументов, однозначно указывающих на природу источников гамма-всплесков. Сегодня, анализируя последние наблюдательные данные оптических послесвечений, подавляющее большинство исследователей склоняются к космологический модели этого явления, предполагающей какой-то колоссальный взрыв на космологическом расстоянии от наблюдателя.
В конце семидесятых и в восьмидесятые годы были предприняты се.
FIret Gimmt^ty Burrt.
• лоземных спутниках ВЕЛА (США), ПРОГНОЗ-6,7,8 (СССР), СНЕГ-2, автоматических межпланетных станциях ВЕНЕРА-11,12,13,14 (СССР), ISEE-3 (США) и спутнике Венеры Пионер Венера (США). Проводились работы на приборах ГЕЛИОС, SIGNE, КОНУС, SMM, ЛИЛАС, АПЕКС, ГИНГА, ФЕБУС и др. (см., например, материалы [2]). Нужно отметить важную роль отечественных космических программ в изучении этого явления.
До начала 1990;х годов практически все астрофизики были убеждены, что гамма-всплески возникают в нашей Галактике, а их источниками являются нейтронные звезды из галактического диска (см., например, [3, 4]). Основанием для этого служили экспериментальные данные, полученные в эксперименте КОНУС на спутниках ПРОГНОЗ и на межпланетных станциях ВЕНЕРА [5]. Наиболее ярким результатом этого периода надо признать отождествление гамма-всплеска 5 марта 1979 года (GRB 790 305 в современной номенклатуре) с остатком сверхновой N49 в Большом Магеллановом облаке (см. рис. 1.2, 1.3 и [6, 7]). Вероятность.
К концу 80-х годов был накоплен большой фактический материал [2]. Распределение гамма-всплесков по небесной сфере оказалось изотропным (рис. 1.4). Максимальный поток у Земли достигал 10~4 — Ю-3 эрг • см-2 • с-1. Минимальный поток определялся чувствительностью детектора. Длительность всплесков колебалась от сотых долей секунды до сотен секунд. Всплески часто демонстрировали очень сложную временную структуру.
Рис. 1.3. Наложение области локализации гамма-всплеска GRB 790 305 на остаток сверхновой N49 в Большом Магеллановом Облаке.
Большая надежда на объяснение природы гамма-всплесков была связана с изучением их спектров. В экспериментах КОНУС и ГИНГА было получено значительное число спектров, в которых обнаруживались особенности, которые можно было интерпретировать как линии (см. рис. 1.6 и [12, 13]).
В 30% всплесков эксперимента КОНУС были обнаружены абсорбционные линии в области 50 кэВ [14] и в 7% всплесков — эмиссионные линии в области 400 — 450 кэВ [5, 15]. Подобного рода особенности обнаруживали и в других экспериментах (ФЕБУС [16] и др.). Низкоэнергетические особенности интерпретировались как проявление циклотронного поглощения в магнитном поле А. И. Цыгана [17] явление было объяснено с помощью снятия напряжения участков твердого ядра старой нейтронной звезды, при котором возникают нерадиальные вибрации поверхности звезды, генерируется переменное электромагнитное поле и происходит разогрев плазмы. В работе Г. С. Бисноватого-Когана и др. |18] рассмотрены механизмы генерации всплесков нейтронными, коллапсирующимии сверхновыми звездами.
Поэтому считалось, что запуск американской космической гамма-обсерватории КОМПТОН (CGRO) со значительно более чувствительным, чем все предыдущие, прибором БАТСЕ, регистрировавшим впоследствии гамма-всплески с частотой ~ 0,8 события в сутки, что в 50 раз больше, чем в начале исследований, позволит накопить достаточную статистику, чтобы окончательно ответить на вопросы, касающиеся всплесков (подразумевались, разумеется, галактические модели) ("https://referat.bookap.info", 5).
Тем не менее, за более чем 9 лет работы эксперимент БАТСЕ полностью опроверг существовавшие представления. Этот прибор зарегистрировал более 2700 всплесков, которые изотропно распределены на небе (дипольные и квадрупольные моменты соответственно равны —0,024 ± 0,014 и 0,0005±0,0074), а их распределение по потоку для слабых всплесков сильно отклоняется от экстраполяции однородного закона (см. раздел 1.2.3 на стр. 25) [19]. Доказано, что это нельзя объяснить систематическими эффектами, связанными с порогом срабатывания прибора, так как значимость этого отклонения превышает 14сг [20]. Такие неожиданные результаты привели, с одной стороны, практически к закрытию модели Галактического диска, с другой — позволили рассматривать в качестве источников гамма-всплесков нейтронные звезды, покинувшие диск и образовавшие протяженное гало [21]. В этом случае распределение источников в пространстве ограничено размерами гало, и должен наблюдаться недостаток слабых всплесков, в то время как распределение источников по небу почти изотропно в силу сферической симметрии этой популяции звезд (на самом деле это не совсем верно, так как мы находимся не в центре диска Галактики, а ближе к его периферии, что должно приводить к возникновению слабого дипольного момента распределения в направлении галактического центра — антицентра).
Таким образом, к середине 90-х годов сформировались две основные модели происхождения гамма-всплесков. С одной стороны, их глобальные свойства (такие как изотропия и распределение в пространстве) объяснялись свойствами источников, находящихся в протяженном гало нашей Галактики. Масштаб расстояний до таких источников обуславливался размерами гало, оцениваемыми как 100 — 300 кпк. Энергетика объяснялась возмущениями на поверхности нейтронной звезды с характерной светимостью 1041 — 1042 эрг/с.
С другой стороны, сторонники космологической модели приписывали всплескам красные смещения ~ 0,8 — 2 (см., например, [24, 25, 26, 27]), что соответствует объектам, удаленным от нас на тысячи мегапарсек. Отсюда следует, что это уже не могут быть взрывы на поверхности нейтронной звезды, так как требуется колоссальное энерговыделение более 1053 эрг.
Были предложены различные статистические тесты, чтобы найти эффекты космологического замедления времени и красного смещения энергии во временных и спектральных характеристиках гамма-всплесков (см., например, [28, 29, 30]). Но если в первом случае были получены неоднозначные результаты (одна группа обнаружила растяжение по времени почти в 2 раза для слабых всплесков, а другая не обнаружила эффекта в пределах 0,7 с) и суммарной продолжительностью (Т50 ^ 1,0 с и Т5о > 1,0 с).
2. Введен параметр спектрального пика эмиссии е5о, характеризующий положение пика в энергетическом спектре гамма-всплеска, накопленного по всем интервалам эмиссионного времени т5оПо данным эксперимента БАТСЕ показано, что статистика всплесков по параметру 650 описывается относительно узким логнормальным распределением, ширина которого соответствует разбросу его значений порядка 4.
ГОСТ
Астрофизика – область астрономии, которая занимается исследованием физических свойств небесных тел.
Предмет астрофизики – изучение тех или иных физических процессов которые происходят в наблюдаемой учеными области Вселенной.
Электромагнитное излучение служит основным источником информации об объектах расположенных в космосе. Исключением является Луна, планеты и некоторые другие малые тела нашей Солнечной системы. Объекты, расположенные в нашей системе также возможно исследовать при помощи средств современной космонавтики.
Задачей астрофизики считается выстраивание таких моделей, которые бы смогли объяснить такие явления как излучения космических объектов с наблюдаемыми характеристиками. Такими характеристиками являются интенсивность, спектр, поляризация, временной профиль и так далее.
Известная картина физических процессов и законов помогает ученым - астрофизикам решать поставленные задачи.
Космологическая проблема
В космологии основной проблемой является выбор той или иной модели эволюции Вселенной, в которой мы живем.
Различают такие модели развития Вселенной как открытую, которая имеет неограниченное космологическое расширение, и закрытую модель, особенностью которой является идея о том, что первоначальное расширение Вселенной из сверхплотного состояния впоследствии сменится сжатием.
Ещё одной проблемой космологии считается выяснение того, каким именно было первоначальное расширение Вселенной в первые моменты после того как произошёл Большой Взрыв.
В современной науке скорость расширения Вселенной определяется при помощи постоянной Хаббла. Отметим, что из –за существования космологического расширения любые два объекта которые находятся на расстоянии r и становятся всё дальше друг от друга со скоростью которая вычисляется согласно закону Хаббла. v=Hr
Готовые работы на аналогичную тему
Такая формула является справедливой лишь для нерелятивистских скоростей, где v≪c, а c является скоростью света. Если скорость космологического расширения больше vr, то реализуется модель открытой Вселенной. Если же наоборот, (v = Hr
В настоящее время считается, что верной считается так называемая модель горячей Вселенной, и этот вывод не зависит от выбранной схемы эволюции.
Модель горячей Вселенной - предложенная в 1947 американским и бывшим советским ученым Георгием Гамовым году космологическая модель, согласно которой развитие Вселенной произошло от состояния плазмы. Эта плазма состояла из элементарных частиц. А дальнейшее развитие Вселенной происходило в ходе процесса адиабатического космологического расширения.
Единственным прямым источником, свидетельствующим о структуре Вселенной около 10 -12 миллиардов лет назад является так называемое реликтовое излучение. Его, возможно, наблюдать в виде радиоволн сантиметрового и миллиметрового диапазона.
Космические гамма-всплески
Гамма-всплески являются неожиданными и крайне малыми по времени повышением силы космического гамма – изучения. Гамма-всплеск происходит в момент, когда возникает черная дыра или происходит вспышка сверхновой звезды.
Таким образом, гамма-всплески представляют собою импульсы гамма-излучения. Энергия таких импульсов равняется энергии квантов, которую специалисты определяют от нескольких от нескольких десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт. Наибольшая длительность импульсов – 10 -20 секунд. Наименее выраженными по времени являются импульсы длительностью около 0,2 секунды.
Гамма-всплески упрощенно можно разделить на две следующие большие группы:
- Всплески относительно простой формы, которые имею плавный профиль и, иногда, могут состоять лишь из одного простого импульса.
- Гамма-всплески, имеющие сложную временную структуру.
Во время гамма-всплесков интенсивность излучения характеризуется сильными и быстрыми изменениями.
Было рассчитано, что наименьшее минимальное время, которое составляет переменность излучения всплесков, равняется Δt ≤ 0,2 мс. Такой показатель совпадает и соответствует наибольшему размеру объекта, испускающего излучения согласно следующему показателю Δr ≤ c Δt ≈ 60 км.
Данная оценка показывает, что в качестве источников гамма-всплесков, могут быть лишь объекты, являющимися компактными. Примером служат черные дыры или нейтронные звезды.
Рассмотрение же разнообразия длительностей и профилей всплесков говорит о том, что природа их источников и механизмов генерации достаточна разнообразна.
Черные дыры
Черная дыра – одно из самых известных явлений космоса. Под черной дырой в науке понимается такая область пространства-времени, в которой гравитационное притяжение является настолько большим, что уйти из неё невозможно даже объектам, которые двигаются со скоростью света. К таким объектам принадлежат и кванты самого света.
У черных дыр плотность, согласно теоретическим расчетам, является меньше плотности воздуха, Температура же черной дыры близка к абсолютному нулю. Исходя из таких параметров, делается предположение, что черная дыра образуется в результате накопления большого количества материи в некотором объеме, а не по причине сжатия вещества.
Согласно подсчетам, в нашей галактике Млечный путь может быть около миллиона черных дыр.
В сентябре 2015 года было подтверждено реально существование черных дыр, тогда как ранее исследователи опирались на достаточно солидный теоретический материал, касающийся природы этих объектов.
Черные дыры, являются крайне интересным космическим феноменом, и в ходе их изучения, у исследователей накопилось ряд нерешенных проблем.
Согласно теоретическим расчетам в центре черных дыр может образовываться сингулярность. Но доказать это современной науке пока не удалось. Также исследователям не известна природа и физика гравитационной сингулярности.
Также ученым пока не известно, что в действительности происходит при завершающем этапе жизни черной дыры, что остается после её распада.
Как пишет Плейт в "Смерти с небес", гамма-всплеск — самое яркое событие после Большого взрыва. Ни один такой всплеск не повторяет другой, но все они возникают из-за катастроф галактического масштаба: когда умирают очень большие звезды, переставая "гореть" и обваливаясь под действием собственной тяжести или, предположительно, из-за столкновения двух нейтронных звезд (объектов размером с город, но массой, как у одного-двух Солнц).
В таких случаях энергия вырывается не равномерно во все стороны, а направленными пучками. Событие это настолько грандиозное, что иногда его можно разглядеть невооруженным глазом за миллиарды (!) световых лет. Что же будет, если такой пучок попадет в Землю?
Предположим, что гамма-всплеск произошел очень близко: на расстоянии 100 световых лет. Даже на таком близком расстоянии диаметр пучка гамма-всплеска был бы гигантским, 80 трлн км. Это означает, что вся Земля, вся Солнечная система оказались бы поглощены им, как песчаная блоха, захваченная цунами.
К счастью, гамма-всплески длятся относительно недолго, поэтому пучок будет воздействовать на нас в течение от менее секунды до нескольких минут. Средний всплеск длится примерно десять секунд.
Это недолго по сравнению с вращением Земли, поэтому пучок ударил бы только по одному полушарию. Второе полушарие было бы в относительной безопасности. по крайней мере, в течение некоторого времени. Самые печальные последствия были бы в местах, находящихся непосредственно под гамма-всплеском (где вспышка была бы видна прямо над головой, в зените), и минимальными там, где вспышка была бы видна на горизонте. Но все равно, как мы увидим, ни одно место на Земле не было бы в полной безопасности.
Необузданная энергия, которая была бы сброшена на Землю, ошеломляет. Это больше, чем самые жуткие кошмары холодной войны: это все равно что со стороны гамма-всплеска взорвать ядерную бомбу мощностью в одну мегатонну над каждыми 2,5 км2 планеты. Этого (вероятно) недостаточно, чтобы закипели океаны или чтобы с Земли сорвало атмосферу, но разрушения были бы за гранью понимания.
Имейте в виду, все это от объекта, находящегося на расстоянии 900 трлн км.
Любой, кто бы посмотрел в момент вспышки на небо, мог бы ослепнуть, хотя пик яркости в видимом диапазоне был бы достигнут, вероятно, только через несколько секунд — достаточно для того, чтобы вздрогнуть и отвернуться. Не то чтобы это сильно помогло.
У тех, кто в тот момент был бы застигнут на улице, были бы большие проблемы. Если бы даже они не обгорели от жара — а так и было бы, — они бы мгновенно получили смертельный ожог от огромного потока ультрафиолетового излучения. Озоновый слой был бы уничтожен буквально мгновенно, и УФ-излучение как от гамма-всплеска, так и от Солнца беспрепятственно достигало бы поверхности Земли, делая ее, а также океаны на глубину до нескольких метров бесплодными.
И это только от УФ-излучения и жары. Кажется жестоким даже упоминать гораздо, гораздо худшие последствия воздействия гамма- и рентгеновского излучения.
Вместо этого давайте немного отвлечемся. Гамма-всплески — невероятно редкое явление. Хотя они, скорее всего, происходят несколько раз в день где-нибудь во Вселенной, сама Вселенная очень большая. В настоящее время вероятность того, что один из них произойдет на расстоянии 100 световых лет от нас, равна нулю. Совершенному, абсолютному нулю. Рядом с нами совсем нет звезд, которые могли бы в принципе породить гамма-всплеск. Ближайший кандидат в сверхновые находится дальше, а гамма-всплески — гораздо более редкие явления, чем сверхновые.
Полегчало? Хорошо. Теперь попробуем более реалистичный подход. Что является ближайшим кандидатом в источники гамма-всплеска?
В небе южного полушария есть ничем не примечательная для невооруженного глаза звезда. Называется она Эта Киля, или попросту Эта, тусклая звездочка в толпе более ярких звезд. Однако ее тусклый свет обманчив, за ним скрывается ее неистовство. Вообще-то она находится на расстоянии примерно 7500 световых лет — фактически это самая удаленная звезда, которую можно видеть невооруженным глазом.
Сама звезда (на самом деле Эта может быть двойной системой, двумя звездами, обращающимися вокруг друг друга. Вещество, окружающее звезду, дает так много блеска и помех, что астрономы до сих пор не уверены на сто процентов) — монстр: ее масса может составлять 100 масс Солнца или даже больше, и она излучает в 5 млн раз больше энергии, чем Солнце, — за одну секунду она испускает столько света, сколько Солнце испустит за два месяца. Периодически у Эты случаются спазмы, и она изрыгает огромные количества материи. В 1843 г. у нее случился такой бурный припадок, что она стала второй по яркости звездой в небе, даже на таком огромном расстоянии. Она выбросила гигантские количества материи, превышающие десять масс Солнца, на скорости свыше 1,5 млн км/ч. Сегодня мы видим последствия того взрыва в виде двух огромных облаков расходящейся материи, похожих на выстрел космической пушки. То событие было практически таким же мощным, как и сверхновая.
У Эты есть все признаки назревающего гамма-всплеска. Она наверняка взорвется как сверхновая, но неизвестно, будет это гамма-всплеск по типу гиперновой или нет. Также следует отметить, что, если она взорвется и испустит гамма-всплеск, ориентация этой системы такова, что пучок не попадет по Земле. Мы можем это определить по геометрии газовых облаков, выброшенных во время припадка 1843 г.: доли раздувающегося газа наклонены относительно нас под углом примерно 45°, и любые гамма-всплески были бы направлены вдоль той оси. Поясню конкретнее: в ближайшей или даже среднесрочной перспективе гамма-всплеск от Эты или еще откуда-либо нам не угрожает.
Но все равно интересно поразмышлять "а что, если". Что, если бы Эта была нацелена на нас и превратилась в гиперновую? Что бы тогда произошло?
Скажу опять, ничего хорошего. Несмотря на то что она бы даже не приблизилась по яркости к Солнцу, она была бы такой же яркой, как Луна, или даже в десять раз ярче. Вы не смогли бы смотреть на нее, не сощурившись, но такая яркость продлилась бы всего несколько секунд или минут, поэтому, вероятно, никакого долгосрочного ущерба для жизненных циклов флоры или фауны не было бы.
Поток ультрафиолетового излучения был бы интенсивным, но кратким. Люди, находящиеся на улице, получили бы солнечные ожоги умеренной степени, но, по всей вероятности, статистически значимого роста случаев рака кожи в будущем не наблюдалось бы.
Но с гамма- и рентгеновским излучением ситуация совершенно другая. Атмосфера Земли поглотила бы эти виды излучения, и последствия этого были бы гораздо хуже, чем в случае близкой вспышки сверхновой.
Самым прямым последствием был бы мощный электромагнитный импульс, гораздо мощнее, чем тот, что возник на Гавайях во время ядерных испытаний устройства Starfish Prime. В этом случае ЭМИ (электромагнитный импульс — прим. ТАСС) мгновенно разрушил бы любое неэкранированное электронное устройство в том полушарии Земли, которое было направлено в сторону всплеска. Компьютеры, телефоны, самолеты, автомобили, любой объект с электроникой перестали бы работать. Это также относится к энергосистемам: в линиях электропередачи был бы наведен огромный ток, приводящий к их перегрузке. Люди оказались бы без электричества и без каких бы то ни было средств дальней связи (оборудование всех спутников перегорело бы от гамма-излучения в любом случае). Это было бы не просто неудобством, потому что это означает, что больницы, пожарные части и другие службы экстренной помощи также остались бы без электричества.
Но, как мы увидим через мгновение, службы экстренной помощи могут нам и не понадобиться.
Последствия для атмосферы Земли были бы серьезными. Ученые пристально изучают такую ситуацию. Используя те же модели, что описаны в главе 3, и исходя из допущения, что гамма-всплеск возник на расстоянии Эты, они определили, какими будут последствия. И эти последствия совсем не радуют.
Озоновый слой подвергся бы серьезному удару. Гамма-излучение от всплеска полностью разрушило бы молекулы озона. Озоновый слой во всем мире сократился бы в среднем на 35%, причем в некоторых отдельных регионах он уменьшился бы больше чем на 50%. Это невероятно вредно само по себе — заметьте, наши сегодняшние проблемы с озоном вызваны относительно небольшим снижением, всего на 3% или около того.
Последствия этого очень длительные и могут сохраняться годами — даже через пять лет озоновый слой может оставаться на 10% тоньше. В течение этого времени на поверхности Земли УФ-излучение от Солнца было бы более интенсивным. Микроорганизмы, образующие основу пищевой цепочки, очень чувствительны к нему. Множество их погибло бы, приводя к возможному вымиранию других видов, располагающихся выше на пищевой цепи.
В довершение ко всему образовавшаяся при гамма-всплеске от Эта Киля красновато-коричневая двуокись азота (см. главы 2 и 3) существенно сократила бы количество солнечного света, достигающего Земли.
Точные последствия этого определить сложно, но кажется вероятным, что уменьшение количества солнечного света на всей Земле даже на несколько процентов (двуокись азота распространилась бы по всей атмосфере) привело бы к значительному остыванию Земли и могло бы, предположительно, стать инициирующим фактором для ледникового периода.
Помимо этого, в той химической смеси, которую представляли бы кислотные дожди, содержалось бы достаточно азотной кислоты, и это также теоретически имело бы опустошительные последствия для окружающей среды.
Далее, есть проблема с субатомными частицами (космическими лучами) от всплеска. Какой ущерб был бы от них, конкретно неизвестно. Но, как мы обсуждали в главах 2 и 3, высокоэнергетические частицы могут приводить к самым разнообразным последствиям на Земле. Гамма-всплеск на расстоянии 7500 световых лет запустил бы огромное количество субатомных частиц в нашу атмосферу, и они бы летели на скорости чуть менее скорости света. Всего через несколько часов после возникновения всплеска они уже ворвались бы в нашу атмосферу, пролившись ливнем из мюонов. Мы постоянно наблюдаем прилетающие из космоса мюоны, но в небольших количествах. Однако ближний гамма-всплеск сгенерировал бы массу мюонов. Одна группа астрономов рассчитала, что на поверхность Земли обрушилось бы до 46 млрд мюонов на см2 по всему полушарию, направленному на всплеск (такие выводы, однако, спорны. Это новая область науки, и модели не совсем надежные. Тем не менее, если вы что-то из этого извлечете, то просто помните, что ближний всплеск гамма-излучения — это плохо — прим. автора). Кажется, что это очень много — ну да, так и есть. Эти частицы пролились бы каскадом с неба и были бы поглощены всем, что окажется у них на пути. Учитывая, насколько хорошо ткани тела могут поглощать мюоны, астрономы, выполнившие расчет, обнаружили, что ничем не защищенный человек получил бы дозу облучения, в десятки раз превосходящую смертельную. Прятаться не сильно поможет: мюоны могут проникать в воду на глубину почти 2 км и до 800 м в скальные породы! Поэтому пострадало бы практически все живое на Земле.
Так что разрушение озонового слоя не было бы такой уж большой бедой. К тому времени, как оно превратилось бы в проблему, большинство животных и растений на Земле уже давно были бы мертвы.
Это кошмарный сценарий, описанный в начале этой главы. Однако прежде, чем вы начнете паниковать, вспомните: возможный гамма-всплеск Эты Киля наверняка будет направлен не в нашу сторону. Но, пока мы не закруглились, скажу, что есть и другой возможный прародитель гамма-всплеска, о котором нам нужно помнить. Он называется WR 104 и по совпадению находится примерно на таком же расстоянии от нас, что и Эта. WR 104 — двойная система, одна из звезд которой — раздувшаяся массивная зверюга, приближающаяся к концу своей жизни. Она может взорваться, испустив гамма-всплеск, и может быть направлена более или менее на нас, но оба этих предположения неточные. По всей вероятности, этот монстр нам также не угрожает, но о нем стоит упомянуть.
Читайте также: