Гамма-всплески, как показано на этой иллюстрации, происходят в результате мощных астрономических событий. Авторы и права: НАСА, ЕКА и М. Корнмессер.
Когда далекие звезды взрываются, они испускают вспышки энергии, называемые гамма-всплесками, которые достаточно ярки, чтобы телескопы на Земле могли их обнаружить. Изучение этих импульсов, которые также могут возникать в результате слияния некоторых экзотических астрономических объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды, может помочь таким астрономам, как я, понять историю Вселенной.
Космические телескопы обнаруживают в среднем один гамма-всплеск в день, добавляя к тысячам всплесков, обнаруженных на протяжении многих лет, и сообщество добровольцев делает возможным исследование этих всплесков.
20 ноября 2004 года НАСА запустило обсерваторию Нила Герельса Свифт, также известную как Свифт. Swift — это многоволновой космический телескоп, который ученые используют, чтобы узнать больше об этих загадочных гамма-вспышках Вселенной.
Гамма-всплески обычно длятся очень короткое время, от нескольких секунд до нескольких минут, и большая часть их излучения имеет форму гамма-лучей, которые являются частью светового спектра, невидимого для наших глаз. Гамма-лучи содержат много энергии и могут повредить ткани и ДНК человека.
К счастью, атмосфера Земли блокирует большую часть гамма-лучей из космоса, но это также означает, что единственный способ наблюдать гамма-всплески — это использовать космический телескоп, такой как Swift. За 19 лет наблюдений Swift наблюдал более 1600 гамма-всплесков. Информация, которую он собирает от этих всплесков, помогает астрономам на Земле измерять расстояния до этих объектов.
Оглядываясь назад во времени
Данные Свифта и других обсерваторий научили астрономов тому, что гамма-всплески являются одними из самых мощных взрывов во Вселенной. Они настолько яркие, что космические телескопы, такие как Свифт, могут обнаружить их со всей Вселенной.
Фактически, гамма-всплески являются одними из самых дальних астрофизических объектов, наблюдаемых телескопами.
Поскольку свет распространяется с конечной скоростью, астрономы фактически оглядываются назад во времени, заглядывая дальше во Вселенную.
Самый дальний из когда-либо наблюдавшихся гамма-всплесков произошел так далеко, что его свету потребовалось 13 миллиардов лет, чтобы достичь Земли. Поэтому, когда телескопы сфотографировали этот гамма-всплеск, они увидели это событие таким, каким оно выглядело 13 миллиардов лет назад.
Гамма-всплески позволяют астрономам узнать об истории Вселенной, в том числе о том, как со временем меняются уровень рождаемости и масса звезд.
Типы гамма-всплесков
Астрономы теперь знают, что существует два типа гамма-всплесков — длинные и короткие. Они классифицируются по продолжительности импульса. Длинные гамма-всплески имеют импульсы длительностью более двух секунд, и по крайней мере некоторые из этих событий связаны со сверхновыми — взрывающимися звездами.
Когда у массивной звезды или звезды, которая по меньшей мере в восемь раз массивнее нашего Солнца, закончится топливо, она взорвется как сверхновая и коллапсирует либо в нейтронную звезду, либо в черную дыру.
И нейтронные звезды, и черные дыры чрезвычайно компактны. Если вы сожмете все Солнце до диаметра около 12 миль или до размера Манхэттена, оно будет таким же плотным, как нейтронная звезда.
Некоторые особенно массивные звезды также могут выпускать струи света при взрыве. Эти струи представляют собой концентрированные лучи света, питаемые структурированными магнитными полями и заряженными частицами. Когда эти струи будут направлены на Землю, телескопы, подобные Свифту, обнаружат гамма-всплеск.
С другой стороны, короткие гамма-всплески имеют импульсы короче двух секунд. Астрономы подозревают, что большинство этих коротких всплесков происходит при слиянии двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры.
Когда нейтронная звезда приближается слишком близко к другой нейтронной звезде или черной дыре, два объекта будут вращаться вокруг друг друга, подползая все ближе и ближе, теряя часть своей энергии из-за гравитационных волн.
Эти объекты в конечном итоге сливаются и испускают короткие струи. Когда короткие джеты направлены на Землю, космические телескопы могут обнаружить их как короткие гамма-всплески.
Классификация гамма-всплесков
Классифицировать всплески как короткие или длинные не всегда так просто. За последние несколько лет астрономы вместо ожидаемых слияний обнаружили несколько своеобразных коротких гамма-всплесков, связанных со сверхновыми. И они обнаружили несколько длинных гамма-всплесков, связанных со слияниями, а не сверхновыми.
Эти запутанные случаи показывают, что астрономы не до конца понимают, как возникают гамма-всплески. Они предполагают, что астрономам необходимо лучше понять форму импульсов гамма-излучения, чтобы лучше связать импульсы с их источником.
Но трудно систематически классифицировать форму импульса, которая отличается от его длительности. Формы импульсов могут быть чрезвычайно разнообразными и сложными. До сих пор даже алгоритмы машинного обучения не смогли правильно распознать все подробные структуры импульсов, которые интересуют астрономов.
Общественная наука
Мои коллеги и я заручились помощью добровольцев НАСА, чтобы идентифицировать структуры импульсов. Добровольцы учатся распознавать структуры пульса, затем смотрят изображения на своих компьютерах и классифицируют их.
Наши предварительные результаты показывают, что эти добровольцы, которых также называют гражданскими учеными, могут быстро изучить и распознать сложные структуры гамма-импульсов. Анализ этих данных поможет астрономам лучше понять, как создаются эти загадочные всплески.
Наша команда надеется узнать, будут ли дополнительные гамма-всплески в образце бросать вызов предыдущей короткой и длинной классификации. Мы будем использовать эти данные, чтобы более точно исследовать историю Вселенной посредством наблюдений гамма-всплесков.
Этот гражданский научный проект под названием Burst Chaser разросся с момента получения предварительных результатов, и мы активно набираем новых добровольцев, которые присоединятся к нашему стремлению изучить загадочное происхождение этих всплесков.
Информация от: Разговором
Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.
