Художественная концепция струи частиц, пронзающей звезду, когда она коллапсирует в черную дыру во время типичного гамма-всплеска (GRB). GRB — самые энергичные и яркие электромагнитные явления со времен Большого взрыва. Кредит: НАСА
Гамма-всплески (GRB) — это интенсивные всплески гамма-излучения, обычно за несколько секунд генерирующие больше энергии, чем Солнце произведет за свою десятимиллиардную жизнь. Эти переходные явления представляют собой одну из самых сложных загадок астрофизики, начиная с их случайного открытия в 1967 году спутником ядерного наблюдения.
Доктор Джон Хаккила, исследователь из Университета Алабамы в Хантсвилле (UAH), входящего в систему Университета Алабамы, является ведущим автором статьи в The Astrophysical Journal, которая обещает пролить свет на поведение этих загадочных космических электростанций. сосредоточив внимание на движении струй, в которых возникают эти силы. Статья написана в соавторстве с доктором Тимоти Гиблином, выпускником программы UAH, доктором Робертом Присом и доктором Джеффри Пендлтоном из deciBel Research, Inc.
«Несмотря на то, что механизмы, посредством которых гамма-всплески испускают свет, изучаются уже более пятидесяти лет, до сих пор неизвестны, что является великой загадкой современной астрофизики», — объясняет Хаккила. «Понимание GRB помогает нам понять некоторые из наиболее быстрых и мощных механизмов генерации света, которые использует Природа. GRB настолько яркие, что их можно увидеть на всей территории Вселенной, и — поскольку свет распространяется с конечной скоростью — они позволяют нам чтобы вернуться в самые ранние времена существования звезд».
Одной из причин этой загадки является неспособность теоретических моделей дать последовательное объяснение характеристик гамма-всплесков и их поведения на кривой блеска. В астрономии кривая блеска — это график зависимости интенсивности света небесного объекта от времени. Изучение кривых блеска может дать важную информацию о физических процессах, которые их производят, а также помочь определить теории о них. Не существует двух одинаковых кривых блеска гамма-всплесков, а продолжительность излучения может варьироваться от миллисекунд до десятков минут в виде серии энергичных импульсов.
«Импульсы — это основные единицы излучения гамма-всплесков», — говорит Хаккила. «Они указывают моменты, когда гамма-всплеск становится ярче, а затем затухает. Во время излучения импульса гамма-всплеска он претерпевает изменения яркости, которые иногда могут происходить за очень короткие промежутки времени. Странная вещь в этих изменениях заключается в том, что они обратимы таким же образом, как и слова. такие как «ротатор» или «каяк» (палиндромы) обратимы.
«Очень трудно понять, как это может произойти, поскольку время движется только в одном направлении. Механизм, который генерирует свет в импульсе гамма-всплеска, каким-то образом создает образец яркости, а затем впоследствии генерирует тот же самый образец в обратном порядке. Это довольно странно. и это делает GRB уникальными».
Обычно предполагается, что гамма-всплеск происходит в релятивистских струях — мощных потоках излучения и частиц, — запускаемых из недавно образовавшихся черных дыр.
«В этих моделях ядро умирающей массивной звезды коллапсирует, образуя черную дыру, а материал, падающий в черную дыру, разрывается и перенаправляется наружу вдоль двух противоположных лучей или струй», — отмечает Хаккила. «Материал струи, направленный в нашем направлении, выбрасывается наружу почти со скоростью света. Поскольку гамма-всплеск относительно недолговечен, всегда предполагалось, что струя остается направленной на нас на протяжении всего события. Но характеристики импульса, обращенные во времени, очень трудно объяснить, возникают ли они изнутри неподвижного самолета».
Чтобы помочь демистифицировать эти характеристики, в статье предлагается добавить струе движение.
«Идея о движущейся в поперечном направлении струе обеспечивает простое решение, с помощью которого можно объяснить обращенную во времени структуру импульса гамма-всплеска», — говорит исследователь. «Когда струя пересекает луч зрения, наблюдатель увидит свет, исходящий сначала от одной стороны струи, затем от центра струи и, наконец, от другой стороны струи. Джет станет ярче, а затем станет слабее по мере того, как Центр джета пересекает луч зрения, и по мере того, как он становится слабее, радиально-симметричная структура вокруг ядра джета будет видна в обратном порядке».
Быстрое расширение струй гамма-всплесков в сочетании с движением «сопла» струи относительно наблюдателя помогает осветить структуру струй гамма-всплесков.
«Сопла должны распылять материал так же, как пожарный шланг распыляет воду», — говорит Хаккила. «Струя ведет себя скорее как жидкость, чем как твердый объект, и наблюдатель, который мог бы видеть всю струю, увидел бы ее изогнутой, а не прямой. Движение сопла заставляет свет из разных частей струи достигать нас с разной скоростью. раз, и это можно использовать для лучшего понимания механизма, с помощью которого струя производит свет, а также в качестве лаборатории для изучения эффектов специальной теории относительности».
Информация от: Университетом Алабамы в Хантсвилле.
