История открытия гамма-вспышек 1 Гамма-вспышки это резкое увеличение

История открытия гамма-вспышек (1) Гамма-вспышки это резкое увеличение интенсивности объекта в течение секунд времени в гамма диапазоне. • Были открыты в конце 60 х годов прошлого столетия военными спутниками, предназначенными для обнаружения испытаний атомных бомб на Земле. Но сообщения об открытии были опубликованы много лет спустя. • Ценные результаты были получены космической обсерваторией CGRO ( Compton Gamma-Ray Observatory – Гамма-обсерватория Комптона), которая была запущена в 1991 году. • В 2003 году был запущен спутник ИНТЕГРАЛ (INTEGRALInternational Gamma-Ray Astrophysical Laboratory), проводящий обширные исследования этих объектов. • В научной литературе гамма-вспышки кратко обозначаются как GRB (Gamma- Ray Bursts).

Число фотоно/сек Время (секунды ) • Первая зарегистрированная гамма-вспышка. • Открыта совершенно случайно спутником Вела при попытках обнаружить ядерные взрывы на Земле.

Область, где обнаружена одна из гамма-вспышек. Наблюдения проведены рентгеновским телескопом Эйнштейна. Изображение объекта до вспышки и во время вспышки.

История открытия гамма-вспышек (2) Самую грандиозную вспышку зарегистрировали в 1999 году в созвездии Северной Короны. Позднее оценили расстояние до этого объекта- оно оказалось равным 9 млрд с. л. Если бы вспышка произошла на более близком расстоянии ( в тысячи с. л. ), то вспышка по яркости была бы сравнима с яркостью Солнца. При этом Земля получила бы такую дозу облучения, что все живое на Земли погибло. Первые проблемы, возникшие перед исследователями: - где происходят вспышки: в нашей Галактике или они имеют космологическое происхождение? - и как следствие: какова светимость вспышек ? - чем вызваны эти вспышки?

Распределение GRB на небе Здесь нанесены положения 2714 GRB на небе. Красная линия это плоскость Галактики. Такое равномерное распределение сразу же решает первую проблему: GRB имеют космологическое происхождение, т. е. расположены за пределом нашей Галактики. Действительно, если бы GRB имели галактическое происхождение, то из-за формы Галактики и нецентрального положения Земли в Галактике мы наблюдали бы концентрацию GRB в определенных направлениях.

GRB в других галактиках Космологическое происхождение вспышек было подтверждено их обнаружением в других галактиках. На снимках телескопа Хаббла показаны три вспышки. Верхние снимки сделаны до вспышек, нижние – сразу после вспышек. В основном, вспышки происходят в неправильных галактиках и редко в спиральных.

Два типа гамма-вспышек GRB 971115 Вспышка с коротким временем Время в секундах Вспышка с большим временем

Типы GRB Число GRB Были установлены два типа GRB: - длительные вспышки в мягком гамма диапазоне– более 2 секунд. ; Bimodal distribution - короткие вспышки в жестком гамма диапазоне– менее 2 секунд. Распределение числа GRB по длительности вспышек. Время (секунды)

Энергия вспышек (1) Регистрируя полученный поток излучения от GRB и оценив расстояния ( а они громадные, космологические) можно получить ошеломляющий результат: энергия вспышек достигает величины 1052 -1053 эрг/сек !!! - это в 1019 раз мощнее светимости Солнца, - даже при вспышках Сверхновых выделяется энергия в 100 раз меньше, - такое количество энергии - может излучить вся наша Галактика в течение 250 лет. Другой поразительный результат: эта энергия выделяется в течение нескольких секунд!!!

Послесвечение GRB На этом снимке показано послесвечение (свечение после вспышки) в ренгеновском диапазоне. Через 3 суток источник ослаб в 20 раз. 8 часов после вспышки Через трое суток На этом снимке показано послесвечение в оптическом диапазоне для того же источника. Через 8 суток источник ослаб в 6 раз. Через 21 час после вспышки Через 8 суток

Гипотезы о природе GRB (1) Имеется два мнения о происхождении вспышек. 1. Гиперновые (или коллапсары) – последняя стадия эволюции сверхмассивных звезд с массами более 20 -30 М . У таких звезды вместо того, чтобы превратиться в Сверхновые II типа, ядро быстро коллапсирует, в результате образуется быстровращающаяся черная дыра и аккреционный диск из оставшегося вещества. Вещество, падающее на черную дыру, является эффективным источником выделения энергии. Большая часть энергии выделяется в околополярных областях.

Гипотезы о природе GRB (2) Относительный поток Один из аргументов пользу этой гипотезы это подобие распределения энергии в сверхновых и GRB. Нижний и верхний графики дают такие распределения для Сверхновой SN 1998, в середине дано распределение энергии GRB 030329. SN 1998 GRB 030329 SN 1998 в максимуме блеска Длина волны (А) Другой аргумент: в спектрах некоторых GRB обнаружили линии железа, кремния, серы, аргона и др. , харак терные для спектров Сверхновых. Эта гипотеза объясняет свойства GRB с большим временем вспышек.

Сверхновая и гамма-вспышка На этом на изображении, полученном телескопом Хаббла, показана спиральная галактика с перемычкой ESO 184 -G 82, находящаяся на расстоянии всего 100 миллионов световых лет. В этой галактике произошла вспышка, которая проявила себя как Сверхновая и одновременно как гамма-вспышка. На снимке показан место вспышки Сверхновой. Это место и время вспышки также соответствует регистрации гаммавспышки.

Сверхновая и гамма-вспышка (2) Дни 13 -14 Дни 23 -24 GRB Галактика Звезды фона Дни 76 -77 Дни 159 -161 Дни 27 -28 Здесь показана последовательность изображе ний, полученных на космическом телескопе Хаббла с 4 декабря 2001 г. по 5 мая 2002 г. (с 13 по 161 день после всплеска). Ослабевающий не наблюдавшийся ранее объект находится правее размытой далекой галактики, в которой произошла вспышка. Новый источник, однако, не просто ослабевал. Дальнейшие наблюдения с телескопами показали, что объект снова стал ярчать спустя несколько. . дней после всплеска. Это можно считать убедительным свидетельством того, что в этом месте произошла также вспышка сверхновой. Эти результаты дополняют свидетельства того, что по крайней мере некоторые из загадочных космических гамма-вспышек возникают при мощных взрывах, которыми заканчивается жизнь массивных звезд.

Гипотезы о природе GRB (3) 2. Двойные системы, состоящие из компактных объектов: пара нейтронных звезд или нейтронная звезда и черная дыра. Вращаясь друг вокруг друга, эти объекты постепенно сближаются и сталкиваются. В итоге образуется одиночная черная дыра, окруженная диском. 1 2 3 4 5 Эта гипотеза хорошо объясняет свойства GRB с коротким временем вспышки.

Столкновения нейтронных звезд часты в шаровых скоплениях Фотография слева показывает шаровое скопление, в котором находится двойная нейтронная звезда. Столкновение компонентов приводит к гаммаизлучению. Справа дан компьютерный сценарий столкновения. Исследования показывают, что примерно 30% всех кратковременных гамма-вспышек объясняеются такими столкновениями.

Гипотезы о природе GRB (4) Пара нейтронных звезд 1 сценарий – двойные звезды Черная дыра и аккреционный диск Быстрый Медленн слой ыйслой Черная дыра Ударная Гаммаволна излучение Вторая ударная Послесвечение волна (столкно- (рентген, вение с оптика) внешним газом) Сверхмассивная звезда 2 сценарий-суперзвезда и ее взрыв

GRB как источник опасности • GRB, подобный открытому 14 декабря 1997 года, уничтожает жизнь в окрестности в несколько тысяч световых лет. Например, при расстоянии до него в 3000 с. л. : – лучи произвели бы ионизацию астомов и молекул в земной атмосфере; при соединении электронов с ионизован ными атомами могли бы возникнуть окислы азота, которые разрушили бы озоновый слой. – если гамма-излучение сопровождалось вспышкой космических частиц (а это предсказывает теория), то до высот в 200 км от поверхности Земли была бы летальная доза радиации. Sky and Telescope, February 1998