Войти
Художественная иллюстрация, показывающая жизнь массивной звезды поскольку ядерный синтез преобразует более легкие элементы в более тяжелые. Когда термоядерный синтез больше не создает давления, достаточного для противодействия гравитации, звезда быстро схлопывается, образуя черную дыру. Теоретически энергия может высвободиться во время коллапса вдоль оси вращения с образованием гамма-всплеска. В гамма-астрономии, гамма-всплески (GRB ) - это чрезвычайно мощные взрывы, которые наблюдались в далеких галактиках. Это самые яркие и самые энергичные электромагнитные события из известных, происходящих во вселенной . Всплески могут длиться от десяти миллисекунд до нескольких часов. После первоначальной вспышки гамма-лучей долгоживущее «послесвечение» обычно излучается на более длинных волнах (рентгеновское, ультрафиолетовое, оптическое, инфракрасный, микроволновый и радио ).
Считается, что интенсивное излучение большинства наблюдаемых гамма-всплесков происходит во время сверхновой или сверхсветовая сверхновая в виде звезды с большой массой взрывается, образуя нейтронную звезду или черную дыру.
Подкласс гамма-всплесков («короткий» всплески), по-видимому, возникли в результате слияния двойных нейтронных звезд. Причиной предвестниковых всплесков, наблюдаемых в некоторых из этих коротких событий, может быть развитие резонанса между земной корой и ядром таких звезд в результате массивных приливных сил, испытанных за секунды до их столкновения, в результате чего вся кора звезды разлетелась.
Источники большинства гамма-всплесков составляют миллиарды световых лет далеко от Земли, подразумевая, что оба взрыва чрезвычайно энергичный (типичный всплеск выделяет столько энергии за несколько секунд, сколько Солнце за все 10 миллиардов лет жизни) и чрезвычайно редкий (несколько на галактику за миллион лет). Все наблюдаемые гамма-всплески возникли за пределами галактики Млечный Путь, хотя родственный класс явлений, мягкий гамма-ретранслятор вспышек, связан с магнетарами внутри Млечного Пути.. Была выдвинута гипотеза, что гамма-всплеск в Млечном Пути, направленный прямо на Землю, может вызвать событие массового вымирания .
Впервые гамма-всплески были обнаружены в 1967 г. Спутники Vela, которые были разработаны для обнаружения тайных испытаний ядерного оружия ; это было рассекречено и опубликовано в 1973 году. После их открытия были предложены сотни теоретических моделей для объяснения этих всплесков, таких как столкновения между кометами и нейтронными звездами. Мало информации было доступно для проверки этих моделей до 1997 года, когда были обнаружены первые рентгеновские и оптические послесвечения и прямые измерения их красных смещений с помощью оптической спектроскопии, и, следовательно, их расстояния и выходы энергии.. Эти открытия и последующие исследования галактик и сверхновых, связанных со вспышками, позволили уточнить расстояние и светимость гамма-всплесков, окончательно поместив их в далекие галактики.
Позиции на небе всех гамма-всплесков, обнаруженных во время миссии BATSE. Распределение изотропно, без концентрации по направлению к плоскости Млечного Пути, который проходит горизонтально через центр изображения. Гамма-всплески были впервые обнаружены в конце 1960-х в США Vela спутники, которые были созданы для обнаружения импульсов гамма-излучения, испускаемого ядерным оружием, испытанным в космосе. Соединенные Штаты заподозрили, что Советский Союз может попытаться провести секретные ядерные испытания после подписания Договора о запрещении ядерных испытаний в 1963 году. 2 июля 1967 года в 14:19 UTC, спутники Vela 4 и Vela 3 зафиксировали вспышку гамма-излучения, в отличие от любой известной сигнатуры ядерного оружия. Не зная, что произошло, но не считая этот вопрос особенно срочным, группа из Национальной лаборатории Лос-Аламоса во главе с Рэем Клебесаделем отправила данные для расследования. По мере того как были запущены дополнительные спутники Vela с более совершенными инструментами, команда из Лос-Аламоса продолжала находить необъяснимые гамма-всплески в своих данных. Анализируя разное время прихода всплесков, обнаруженных разными спутниками, команда смогла определить приблизительные оценки для положений неба из шестнадцати всплесков и окончательно исключить их земное или солнечное происхождение. Открытие было рассекречено и опубликовано в 1973 году.
Самые ранние теории гамма-всплесков предполагали наличие близких источников в галактике Млечный Путь. С 1991 года обсерватория гамма-лучей Комптона (CGRO) и ее прибор Burst and Transient Source Explorer (BATSE ), чрезвычайно чувствительный детектор гамма-излучения, предоставили данные, которые показали распределение GRB изотропен - не смещен в каком-либо конкретном направлении в космосе. Если бы источники находились внутри нашей галактики, они были бы сильно сконцентрированы в галактической плоскости или около нее. Отсутствие какой-либо такой картины в случае гамма-всплесков явилось убедительным доказательством того, что гамма-всплески должны происходить за пределами Млечного Пути. Однако некоторые модели Млечного Пути по-прежнему согласуются с изотропным распределением.
В октябре 2018 года астрономы сообщили, что GRB 150101B и GW170817, событие гравитационной волны, обнаруженное в 2017 г., возможно, был вызван тем же механизмом - слиянием двух нейтронных звезд. Сходство между двумя событиями с точки зрения излучения гамма-лучей, оптического и рентгеновского излучения, а также природы связанного хоста галактики, "поражают", предполагая, что оба отдельных события могут быть результатом слияния нейтронных звезд, и оба могут быть килоновой звездой, что может быть более распространено во Вселенной, чем по словам исследователей.
В ноябре 2019 года астрономы сообщили о заметном гамма-всплеске взрыве под названием GRB 190114C, первоначально обнаруженном в январе 2019 года. до сих пор производил гамма-излучение с самой высокой энергией - около 1 тераэлектронвольт (ТэВ) - когда-либо наблюдавшихся для такого космического события.
В течение десятилетий после открытия гамма-всплесков астрономы искали аналог на других длинах волн: т. Е. Любой астрономический объект, положение которого совпало с недавно наблюдаемой вспышкой. Астрономы рассматривали множество различных классов объектов, включая белые карлики, пульсары, сверхновые, шаровые скопления, квазары, Сейфертовские галактики и объекты BL Lac. Все такие поиски были безуспешными, и в некоторых случаях можно было ясно показать, что у особенно хорошо локализованных всплесков (тех, положение которых было определено с тогдашней высокой степенью точности) не было ярких объектов любой природы, согласующихся с положением, полученным из обнаруживающие спутники. Это наводило на мысль о происхождении либо очень слабых звезд, либо очень далеких галактик. Даже самые точные координаты содержали множество слабых звезд и галактик, и было широко признано, что для окончательного определения происхождения космических гамма-всплесков потребуются как новые спутники, так и более быстрая связь.
Итальянец –Нидерландский спутник BeppoSAX, запущенный в апреле 1996 года, предоставил первые точные координаты гамма-всплесков, что позволило проводить последующие наблюдения и идентифицировать источники. Несколько моделей происхождения гамма-излучения Вспышки постулировали, что за первоначальной вспышкой гамма-излучения должно следовать медленно затухающее излучение на более длинных волнах, создаваемое столкновениями между вспышкой выброса и межзвездным газом. Это затухающее излучение было бы названо «послесвечение». Ранние поиски этого послесвечения не увенчались успехом, в основном потому, что трудно наблюдать положение всплеска на более длинных волнах сразу после первоначального всплеска. Прорыв произошел в феврале 1997 года, когда спутник BeppoSAX обнаружил гамма-всплеск (GRB 970228 и когда рентгеновская камера была направлена в направлении, откуда произошла вспышка, он обнаружил затухающее рентгеновское излучение. Телескоп Уильяма Гершеля идентифицировал затухающий оптический аналог через 20 часов после вспышки. После того, как гамма-всплеск исчез, с помощью глубинных изображений удалось идентифицировать тусклую далекую родительскую галактику в месте расположения гамма-всплеск, обнаруженный с помощью оптического послесвечения.
Из-за очень слабой светимости этой галактики точное расстояние до нее не измерялось в течение нескольких лет. Вскоре после этого произошел еще один крупный прорыв: следующее событие, зарегистрированное BeppoSAX, GRB 970508. Это событие было локализовано в течение четырех часов после его обнаружения, что позволило исследовательским группам начать наблюдения намного раньше, чем любой предыдущий всплеск. Спектр объекта показал красное смещение z = 0,835, размещение серии на расстоянии примерно в 6 миллиардов световых лет от Земли. Это было первое точное определение расстояния до гамма-всплеска, и вместе с открытием родительской галактики 970228 было доказано, что гамма-всплески встречаются в очень далеких галактиках. Через несколько месяцев споры о шкале расстояний закончились: гамма-всплески были внегалактическими событиями, происходящими в слабых галактиках на огромных расстояниях. В следующем году за GRB 980425 в течение суток последовала яркая сверхновая (SN 1998bw ), совпадающая по местоположению, что указывает на четкую связь между гамма-всплесками и гибелью очень массивных звезд. Этот всплеск дал первый убедительный ключ к пониманию природы систем, производящих гамма-всплески.
космический корабль NASA Swift, запущенный в ноябре 2004 г. BeppoSAX функционировал до 2002 г. и CGRO (вместе с BATSE) был списан с орбиты в 2000 году. Однако революция в изучении гамма-всплесков побудила к разработке ряда дополнительных инструментов, разработанных специально для изучения природы гамма-всплесков, особенно в самые ранние моменты после взрыва.. Первая такая миссия, HETE-2, была запущена в 2000 году и работала до 2006 года, сделав за этот период большинство крупных открытий. Одна из самых успешных космических миссий на сегодняшний день, Swift, была запущена в 2004 году и по состоянию на 2018 год все еще работает. Swift оснащен очень чувствительным детектором гамма-излучения, а также бортовыми рентгеновскими и оптическими телескопами, которые можно быстро и автоматически поворачивать для наблюдения послесвечения после вспышки. Совсем недавно была запущена миссия Fermi с использованием монитора гамма-всплесков, который обнаруживает вспышки со скоростью несколько сотен в год, некоторые из которых достаточно яркие, чтобы их можно было наблюдать при чрезвычайно высоких энергий с помощью телескопа Fermi Large Area Telescope. Между тем, на земле были построены или модифицированы многочисленные оптические телескопы, в которые встроено программное обеспечение для управления роботами, которое немедленно реагирует на сигналы, посылаемые через сеть координат гамма-всплесков. Это позволяет телескопам быстро переориентироваться на гамма-всплеск, часто в течение нескольких секунд после приема сигнала, и пока само гамма-излучение все еще продолжается.
Новые разработки с 2000-х годов включают распознавание коротких гамма-всплесков как отдельный класс (вероятно, от сливающихся нейтронных звезд и не связанный со сверхновыми), открытие расширенной, беспорядочной вспышки на длинах волн рентгеновского излучения, длящейся в течение многих минут после большинства гамма-всплесков, и открытие самого яркого (GRB 080319B ) и бывшие самые далекие (GRB 090423 ) объекты во Вселенной. Самый далекий из известных GRB, GRB 090429B, в настоящее время является самым далеким известным объектом во Вселенной.
Кривые блеска гамма-всплесков кривые блеска гамма-всплесков чрезвычайно разнообразны и сложны. Нет двух одинаковых кривых блеска гамма-всплесков, с большими вариациями, наблюдаемыми почти во всех свойствах: продолжительность наблюдаемого излучения может варьироваться от миллисекунд до десятков минут, может быть один пик или несколько отдельных субимпульсов, а отдельные пики могут быть разными. симметричный или с быстрым осветлением и очень медленным увяданием. Некоторым всплескам предшествует событие «предвестник », слабый всплеск, за которым затем (через секунды или минуты отсутствия излучения вообще) следует гораздо более интенсивный «истинный» эпизод всплеска. Кривые блеска некоторых событий имеют чрезвычайно хаотичные и сложные профили, практически без различимых структур.
Хотя некоторые кривые блеска можно приблизительно воспроизвести с помощью определенных упрощенных моделей, мало что удалось сделать в понимании всего наблюдаемого разнообразия. Было предложено множество классификационных схем, но они часто основаны исключительно на различиях во внешнем виде кривых блеска и не всегда могут отражать истинное физическое различие в прародителях взрывов. Однако графики распределения наблюдаемой длительности для большого количества гамма-всплесков демонстрируют четкую бимодальность, предполагающую существование двух отдельных популяций: «короткой» популяции со средней продолжительностью около 0,3 секунд и «длинное» население со средней продолжительностью около 30 секунд. Оба распределения очень широки со значительной областью перекрытия, в которой идентичность данного события не ясна только по продолжительности. Дополнительные классы помимо этой двухуровневой системы были предложены как на основании наблюдений, так и на теоретической основе.
Космический телескоп Хаббл фиксирует инфракрасное свечение килоновой звезды взрыв. События продолжительностью менее двух секунд классифицируются как короткие гамма-всплески. На их долю приходится около 30% гамма-всплесков, но до 2005 года послесвечение ни в одном коротком событии не было успешно обнаружено, и об их происхождении было мало что известно. С тех пор было обнаружено и локализовано несколько десятков послесвечения коротких гамма-всплесков, некоторые из которых связаны с областями слабого звездообразования или отсутствием звездообразования, такими как большие эллиптические галактики и центральные области больших скопления галактик. Это исключает связь с массивными звездами, подтверждая, что короткие события физически отличаются от длинных событий. Кроме того, не было никакой связи со сверхновыми.
Истинная природа этих объектов изначально была неизвестна, и основная гипотеза заключалась в том, что они возникли в результате слияния двойных нейтронных звезд или нейтронной звезды с черная дыра. Теоретически такие слияния приводили к образованию килоновых частиц, и были обнаружены доказательства наличия килоновых частиц, связанных с GRB 130603B. Средняя продолжительность этих событий 0,2 секунды предполагает (из-за причинной связи ) источник очень маленького физического диаметра в звездных условиях; менее 0,2 световой секунды (около 60 000 км или 37 000 миль - в четыре раза больше диаметра Земли). Наблюдение от нескольких минут до нескольких часов рентгеновских вспышек после короткого гамма-всплеска согласуется с небольшими частицами первичного объекта, такого как нейтронная звезда, первоначально проглатываемых черной дырой менее чем за две секунды, за которыми следуют несколько часов меньшей энергии. события, поскольку оставшиеся фрагменты разрушенного приливом вещества нейтронной звезды (больше не нейтроний ) остаются на орбите, чтобы спирально уходить в черную дыру в течение более длительного периода времени. Небольшая часть коротких гамма-всплесков, вероятно, вызвана гигантскими вспышками от мягких гамма-ретрансляторов в близлежащих галактиках.
Происхождение коротких гамма-всплесков в килоновых облаках было подтверждено, когда короткие GRB 170817A был обнаружен только через 1,7 с после обнаружения гравитационной волны GW170817, которая была сигналом от слияния двух нейтронных звезд.
Большинство наблюдаемых событий (70%) имеют продолжительность более двух секунд и классифицируются как длинные гамма-всплески. Поскольку эти события составляют большую часть населения и имеют тенденцию к самым ярким послесвечениям, они наблюдались гораздо более подробно, чем их короткие аналоги. Почти каждый хорошо изученный длительный гамма-всплеск связан с галактикой с быстрым звездообразованием, а во многих случаях также и со сверхновой с коллапсом ядра, что однозначно связывает длинные гамма-всплески с гибелью массивных звезд.. Наблюдения за длительным послесвечением гамма-всплесков при большом красном смещении также согласуются с тем, что гамма-всплеск возник в областях звездообразования.
Эти события находятся в конце длинное распределение продолжительности GRB, длящееся более 10 000 секунд. Было предложено сформировать отдельный класс, вызванный коллапсом голубой звезды-сверхгиганта, событием приливного разрушения или новорожденным магнитаром. На сегодняшний день идентифицировано лишь небольшое их количество, их основной характеристикой является продолжительность излучения гамма-излучения. К наиболее изученным сверхдлительным событиям относятся GRB 101225A и GRB 111209A. Низкая скорость обнаружения может быть результатом низкой чувствительности датчиков тока к длительным событиям, а не отражением их истинной частоты. С другой стороны, исследование 2013 года показывает, что существующие свидетельства об отдельной сверхдлинной популяции гамма-всплесков с новым типом предшественников неубедительны, и необходимы дальнейшие многоволновые наблюдения, чтобы сделать более твердый вывод.
Художественная иллюстрация яркого гамма-всплеска, происходящего в области звездообразования. Энергия от взрыва излучается в две узкие противоположно направленные струи. Гамма-всплески очень яркие, наблюдаемые с Земли, несмотря на их обычно огромные расстояния. Средний длинный гамма-всплеск имеет болометрический поток, сравнимый с яркой звездой нашей галактики, несмотря на расстояние в миллиарды световых лет (по сравнению с несколькими десятками световых лет для большинства видимых звезд). Большая часть этой энергии выделяется в гамма-лучах, хотя некоторые гамма-всплески также имеют очень светящиеся оптические аналоги. GRB 080319B, например, сопровождался оптическим аналогом с максимальной видимой величиной 5,8, что сравнимо с величиной самых тусклых невооруженным глазом звезд, несмотря на расстояние вспышки в 7,5 миллиардов. световых лет. Эта комбинация яркости и расстояния подразумевает чрезвычайно мощный источник. Предполагая, что гамма-взрыв имеет сферическую форму, выход энергии GRB 080319B будет в два раза меньше энергии массы покоя Солнца (энергия, которая будет
Гамма-всплески считаются сильно сфокусированными взрывами, при этом большая часть энергии взрыва коллимирована в узкую струю. Приблизительную угловую ширину струи (то есть степень распространения луча) можно оценить непосредственно, наблюдая ахроматические «разрывы струи» на кривых блеска послесвечения: время, по истечении которого медленно затухающее послесвечение начинает быстро исчезать по мере того, как струя замедляется и больше не может излучать так же эффективно. Наблюдения показывают, что угол струи колеблется от 2 до 20 градусов.
Поскольку их энергия сильно сфокусирована, ожидается, что гамма-лучи, испускаемые большинством всплесков, пройдут мимо Земли и никогда не будут обнаружены. Когда гамма-всплеск направлен на Землю, фокусировка его энергии вдоль относительно узкого луча заставляет всплеск казаться намного ярче, чем если бы его энергия излучалась сферически. Когда этот эффект принимается во внимание, наблюдаются типичные гамма-всплески с истинным выделением энергии около 10 Дж, или около 1/2000 эквивалента энергии солнечной массы (M☉ ), что все же во много раз больше. эквивалент массы-энергии Земли (около 5,5 × 10 Дж). Это сопоставимо с энергией, выделяемой в яркой сверхновой типа Ib / c , и находится в пределах диапазона теоретических моделей. Наблюдались очень яркие сверхновые звезды, сопровождающие несколько ближайших гамма-всплесков. Дополнительным подтверждением фокусировки излучения гамма-всплесков стали наблюдения сильной асимметрии в спектрах близких сверхновых типа Ic и радионаблюдения, сделанные спустя много времени после вспышек, когда их струи перестали быть релятивистскими.
Короткие (длительность по времени) гамма-всплески, по-видимому, происходят из популяции с меньшим красным смещением (т. Е. Менее удаленной) и менее ярки, чем длинные гамма-всплески. Степень излучения коротких всплесков точно не измерена, но как совокупность они, вероятно, менее коллимированы, чем длинные гамма-всплески, или, возможно, в некоторых случаях не коллимированы вообще.
Изображение космического телескопа Хаббла Звезда Вольфа – Райе WR 124 и окружающая ее туманность. Звезды Вольфа – Райе являются кандидатами на роль прародителей долгоживущих гамма-всплесков. Из-за огромных расстояний до большинства источников гамма-всплесков от Земли идентификация прародителей, систем, вызывающих эти взрывы, является сложной задачей. Связь некоторых длинных гамма-всплесков со сверхновыми и тот факт, что в их родительских галактиках происходит быстрое звездообразование, дает очень веские доказательства того, что длинные гамма-всплески связаны с массивными звездами. Наиболее широко распространенным механизмом возникновения долгоживущих гамма-всплесков является модель коллапсара, в которой ядро чрезвычайно массивной, низкой металличности, быстро вращающейся звезды коллапсирует в черная дыра на завершающих этапах своей эволюции. Вещество около ядра звезды стекает дождем к центру и закручивается в аккреционный диск с высокой плотностью . Попадание этого материала в черную дыру вытесняет пару релятивистских струй вдоль оси вращения, которые проникают сквозь оболочку звезды и в конечном итоге прорываются сквозь поверхность звезды и излучаются в виде гамма-лучей. Некоторые альтернативные модели заменяют черную дыру недавно сформированным магнетаром, хотя большинство других аспектов модели (коллапс ядра массивной звезды и образование релятивистских джетов) остаются такими же.
Ближайшими аналогами в галактике Млечный Путь звезд, производящих длинные гамма-всплески, вероятно, являются звезды Вольфа – Райе, чрезвычайно горячие и массивные звезды, которые потеряли большую часть или все их водород по радиационному давлению. Eta Carinae, Apep_ (звездная_система) и WR 104 были названы возможными прародителями гамма-всплесков в будущем. Неясно, обладает ли какая-либо звезда в Млечном Пути подходящими характеристиками для создания гамма-всплеска.
Модель массивной звезды, вероятно, не объясняет все типы гамма-всплесков. Имеются веские доказательства того, что некоторые кратковременные гамма-всплески происходят в системах без звездообразования и массивных звезд, таких как эллиптические галактики и гало галактик. Излюбленной теорией происхождения большинства коротких гамма-всплесков является слияние двойной системы, состоящей из двух нейтронных звезд. Согласно этой модели, две звезды в двойной системе медленно движутся по спирали навстречу друг другу, потому что гравитационное излучение высвобождает энергию до тех пор, пока приливные силы внезапно не разорвут нейтронные звезды, и они схлопнутся в одну черную дыру.. Нападение вещества в новую черную дыру создает аккреционный диск и высвобождает всплеск энергии, аналогичный модели коллапсара. Также было предложено множество других моделей для объяснения коротких гамма-всплесков, включая слияние нейтронной звезды и черной дыры, индуцированный аккрецией коллапс нейтронной звезды или испарение первичные черные дыры.
Альтернативное объяснение, предложенное Фридвардтом Винтербергом, состоит в том, что в процессе гравитационного коллапса и при достижении горизонта событий черной дыры вся материя распадается на вспышку гамма-излучения.
Этот новый класс событий, подобных GRB, был впервые обнаружен в результате обнаружения GRB 110328A с помощью миссии Swift Gamma-Ray Burst Mission 28 марта 2011 г. Это событие имело продолжительность гамма-излучения около 2 дней, что намного больше, чем даже сверхдлинные гамма-всплески, и было обнаружено в рентгеновских лучах в течение многих месяцев. Это произошло в центре небольшой эллиптической галактики на красном смещении z = 0,3534. Продолжаются дискуссии о том, был ли взрыв результатом коллапса звезды или приливного разрушения, сопровождавшегося релятивистской струей, хотя последнее объяснение стало широко распространенным.
Событие такого рода приливного разрушения - это когда звезда взаимодействует со сверхмассивной черной дырой, разрывая звезду и в некоторых случаях создавая релятивистский джет, который производит яркое излучение гамма-излучения.. Событие GRB 110328A (также обозначаемое как Swift J1644 + 57) первоначально предполагалось, что оно вызвано разрушением звезды главной последовательности черной дырой, масса которой в несколько миллионов раз превышает массу Солнца, хотя впоследствии утверждалось, что разрушение звезды белый карлик черной дырой массой примерно в 10 тысяч раз больше Солнца.
Механизм гамма-всплеска Средства, с помощью которых гамма-всплески, преобразующие энергию в излучение, остаются плохо изученными, и по состоянию на 2010 г. все еще не существовало общепринятой модели того, как происходит этот процесс. Любая успешная модель излучения гамма-всплеска должна объяснять физический процесс генерации гамма-излучения, который соответствует наблюдаемому разнообразию кривых блеска, спектров и других характеристик. Особенно сложно объяснить очень высокую эффективность, которая достигается при некоторых взрывах: некоторые гамма-всплески могут преобразовывать половину (или более) энергии взрыва в гамма-лучи. Ранние наблюдения ярких оптических аналогов GRB 990123 и GRB 080319B, чьи оптические кривые блеска были экстраполяцией спектров гамма-излучения, показали, что обратная комптоновская может быть доминирующим процессом в некоторых событиях. В этой модели ранее существовавшие фотоны низкой энергии рассеиваются релятивистскими электронами внутри взрыва, увеличивая их энергию во много раз и преобразуя их в гамма-лучи.
Природа длинноволновое послесвечение (в диапазоне от рентгеновских лучей до радио ), которое следует за гамма-всплесками, изучено лучше. Любая энергия, высвободившаяся в результате взрыва, не излучаемая самим взрывом, принимает форму материи или энергии, движущейся наружу со скоростью, близкой к скорости света. Когда это вещество сталкивается с окружающим межзвездным газом, оно создает релятивистскую ударную волну, которая затем распространяется вперед в межзвездное пространство. Вторая ударная волна, обратная ударная волна, может распространиться обратно в выброшенное вещество. Чрезвычайно энергичные электроны в ударной волне ускоряются сильными местными магнитными полями и излучают в виде синхротронного излучения в большей части электромагнитного спектра. Эта модель в целом успешно смоделировала поведение многих наблюдаемых послесвечения в поздние времена (обычно от нескольких часов до нескольких дней после взрыва), хотя возникают трудности с объяснением всех особенностей послесвечения вскоре после гамма-всплеска. 412>Частота возникновения и потенциальное воздействие на жизнь
27 октября 2015 года в 22:40 по Гринвичу спутник NASA / ASI / UKSA Swift обнаружил свой 1000-й гамма-всплеск (GRB). Гамма-всплески могут оказывают вредное или разрушительное воздействие на жизнь. Рассматривая Вселенную в целом, самые безопасные среды для жизни, подобные той, что есть на Земле, - это регионы с самой низкой плотностью на окраинах больших галактик. Наши знания о типах галактик и их распределении позволяют предположить, что жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, может существовать только примерно в 10% всех галактик. Кроме того, галактики с красным смещением z выше 0,5 непригодны для жизни в том виде, в каком мы его знаем, из-за их более высокой скорости гамма-всплесков и их звездной компактности.
Все наблюдаемые гамма-всплески произошли далеко за пределами Млечного неба. Путь галактики и оказался безвредным для Земли. Однако, если гамма-всплеск произойдет в пределах Млечного Пути на расстоянии от 5000 до 8000 световых лет и его излучение будет направлено прямо на Землю, последствия могут быть вредными и потенциально разрушительными для экосистем. В настоящее время орбитальные спутники обнаруживают в среднем примерно один гамма-всплеск в день. Ближайшим наблюдаемым GRB по состоянию на март 2014 г. был GRB 980425, расположенный в 40 мегапарсеках (130 000 000 св. Лет) (z = 0,0085) в карликовой галактике типа SBc. GRB 980425 был гораздо менее энергичным, чем средний гамма-всплеск, и был связан со сверхновой типа Ib SN 1998bw.
Оценить точную скорость, с которой возникают гамма-всплески, сложно; для галактики примерно того же размера, что и Млечный Путь, оценки ожидаемой скорости (для длительных гамма-всплесков) могут варьироваться от одного всплеска каждые 10 000 лет до одного всплеска каждые 1 000 000 лет. Лишь небольшой процент из них будет направлен на Землю. Оценки частоты появления короткоживущих гамма-всплесков еще более неопределенны из-за неизвестной степени коллимации, но, вероятно, сопоставимы.
Поскольку считается, что гамма-всплески связаны с лучевым излучением, идущим вдоль двух джетов в противоположных направлениях, только планеты на пути этих джетов будут подвергаться воздействию гамма-излучения высокой энергии.
Хотя близлежащие гамма-всплески, поражающие Землю разрушительным потоком гамма-лучей, являются лишь гипотетическими событиями, высокоэнергетические процессы в галактике влияют на атмосферы Земли.
Атмосфера Земли очень эффективно поглощает высокоэнергетическое электромагнитное излучение, такое как рентгеновские лучи и гамма-лучи, поэтому эти типы излучения не достигают опасного уровня на поверхности во время самого события взрыва. Непосредственным воздействием на жизнь на Земле гамма-всплеска в пределах нескольких килограммов парсек будет лишь кратковременное увеличение ультрафиолетового излучения на уровне земли, продолжающееся от менее одной секунды до десятков секунд. Это ультрафиолетовое излучение может потенциально достичь опасного уровня в зависимости от точной природы и расстояния взрыва, но кажется маловероятным, что оно сможет вызвать глобальную катастрофу для жизни на Земле.
Долгосрочные эффекты от ближайшего взрыв более опасен. Гамма-излучение вызывает химические реакции в атмосфере с участием молекул кислорода и азота , создавая сначала оксид азота, затем диоксид азота газ. Оксиды азота вызывают опасные эффекты на трех уровнях. Во-первых, они истощают озон, причем модели показывают возможное глобальное сокращение на 25–35%, а в некоторых местах - до 75%, и этот эффект будет длиться годами. Этого уменьшения достаточно, чтобы вызвать опасно повышенный УФ-индекс на поверхности. Во-вторых, оксиды азота вызывают фотохимический смог, который затемняет небо и блокирует части спектра солнечного света. Это могло бы повлиять на фотосинтез, но модели показывают сокращение всего спектра солнечного света примерно на 1% за несколько лет. Тем не менее, смог потенциально может вызвать охлаждающий эффект на климат Земли, вызывая «космическую зиму» (аналогичную ударной зиме, но без воздействия), но только если это происходит одновременно с глобальной климатической нестабильностью.. В-третьих, повышенные уровни диоксида азота в атмосфере будут вымываться и вызывать кислотный дождь. Азотная кислота токсична для различных организмов, в том числе для земноводных, но модели предсказывают, что она не достигнет уровней, которые вызовут серьезный глобальный эффект. нитраты на самом деле могут быть полезны для некоторых растений.
В общем, гамма-всплеск в пределах нескольких килопарсек, с его энергией, направленной на Землю, в основном повредит жизни, увеличивая УФ уровней во время самого всплеска и в течение нескольких лет после него. Модели показывают, что деструктивные эффекты этого увеличения могут вызывать в 16 раз превышающие нормальные уровни повреждения ДНК. Трудно дать надежную оценку последствий этого для наземной экосистемы из-за неопределенности в биологических полевых и лабораторных данных.
GRB достаточно близко, чтобы каким-то образом повлиять на жизнь, может происходить один раз в пять миллионов лет или около того - примерно тысячу раз с момента зарождения жизни на Земле.
Основные ордовикско-силурийские вымирание 450 миллионов лет назад могло быть вызвано GRB. позднеордовикские виды трилобитов, которые проводили часть своей жизни в слое планктона у поверхности океана, пострадали гораздо сильнее, чем глубоководные обитатели, которые ухаживали за оставаться в довольно ограниченных областях. Это контрастирует с обычной схемой вымирания, когда виды с более широко распространенными популяциями обычно чувствуют себя лучше. Возможное объяснение состоит в том, что трилобиты, оставшиеся в глубокой воде, будут лучше защищены от повышенного УФ-излучения, связанного с гамма-всплеском. В пользу этой гипотезы также свидетельствует тот факт, что во время позднего ордовика роющие виды двустворчатых вымерли с меньшей вероятностью, чем двустворчатые моллюски, которые жили на поверхности.
Было установлено, что 774–775 выброс углерода-14 был результатом короткого GRB, хотя очень сильная солнечная вспышка - еще одна возможность.
Никаких гамма-всплесков изнутри нашей галактики Млечный Путь не наблюдалось, и вопрос о том, происходил ли он когда-либо, остается нерешенным. В свете развивающегося понимания гамма-всплесков и их предшественников в научной литературе фиксируется растущее число местных, прошлых и будущих кандидатов на гамма-всплески. Долгоживущие гамма-всплески связаны со сверхсветовыми сверхновыми или гиперновыми, и считается, что большинство светящихся голубых переменных (LBV) и быстро вращающиеся звезды Вольфа – Райе заканчивают свои жизненные циклы в ядрах - коллапс сверхновых с ассоциированным долговременным гамма-всплеском. Однако данные о гамма-всплесках получены из бедных металлом галактик прежних эпох эволюции Вселенной, и их невозможно напрямую экстраполировать, чтобы охватить более развитые галактики и звездные среды с более высокой металличностью, такие как Млечный Путь.
A звезда Вольфа-Райе в WR 104, на расстоянии около 8000 световых лет (2500 пк) от нас, считается ближайшим кандидатом в GRB, который может иметь разрушительные последствия для земной жизни. Ожидается, что в какой-то момент в течение следующих 500000 лет он взорвется сверхновой с коллапсом ядра, и возможно, что этот взрыв создаст гамма-всплеск. Если это произойдет, есть небольшая вероятность, что Земля окажется на пути своего гамма-джета.
Астрономический портал 
Физический портал 