Смоделировано появление коротких гамма-всплесков
Интернациональная группа астрофизиков выполнила точный теоретический расчёт процесса, который считается «движущим механизмом» коротких гамма-всплесков.
Гамма-всплески такого типа традиционно связывают с объединением двух — небольших сверхплотных остатков светил, закончивших своё существование взрывом сверхновой. Результатом слияния должно стать образование быстро вращающейся чёрной дыры с аккреционным тором и релятивистскими — потоками частиц, испускаемых в противоположных направлениях по оси вращения дыры. Эти струи, как предполагается, рождают гамма-излучение, регистрируемое как короткий всплеск.
Огромную роль в формировании джета, как мы уже , играет магнитное поле. «Необходимо было проследить за реорганизацией магнитного поля и преобразованием его хаотической структуры в упорядоченную, — говорит участница исследования Крисса Кувелиоту (Chryssa Kouveliotou) из . — Всё это требует времени. Чтобы разобраться в проблеме, нам пришлось продлить моделирование: временной отрезок, который мы просчитали, имеет рекордную длительность». Речь здесь идёт о 35 миллисекундах; такая продолжительность может показаться несерьёзной, но для рассматриваемых процессов она существенна, и на её просчёт вычислительный кластер в (Германия) потратил около семи недель.
В модели авторов объединяющиеся нейтронные звёзды имели массу в 1,5 солнечной и радиус в 13,6 км. Начальное расстояние между их центрами было равно 45 км. Обе звезды обладали магнитным полем с максимальной индукцией в 1012 Гс.
Компоненты системы быстро сближались и примерно через 8 мс образовывали метастабильную сверхмассивную нейтронную звезду, которая просуществовала всего несколько миллисекунд и превратилась в чёрную дыру массой в 2,91 солнечной и охватывающий её тор массой 0,063 солнечной. Очень быстро скорость аккреции установилась на уровне в 0,2 массы Солнца в секунду; если предположить, что она не будет серьёзно меняться, тор исчезнет за 0,3 с.
| Результаты моделирования на отметках в 7,4, 15,3 и 26,5 мс. Жёлтый цвет соответствует большей плотности, а красный — меньшей. Тороидальное и полоидальное магнитные поля обозначены зелёным и белым. (Иллюстрация из Astrophysical Journal Letters.) |
Учёных, впрочем, больше интересовало то, что происходит с магнитным полем при переходе от сверхмассивной нейтронной звезды к чёрной дыре. Как оказалось, исходное турбулентное поле уступает место двухкомпонентной структуре с тороидальной и полоидальной (направленной вдоль оси вращения чёрной дыры и необходимой для зарождения джета) составляющими. При этом магнитное поле «усиливается»: в торе индукция на временной отметке в 26,5 мс достигает 2•1015 Гс, а полоидальная составляющая добирается до 8•1014 Гс.
По словам астрофизиков, результаты расчётов соответствуют данным наблюдений гамма-всплесков и по энергетическим, и по временным характеристикам.
Видеоверсия моделирования:
| На этом рисунке данные по плотности удалены. Сверху показаны силовые линии магнитного поля сверхмассивной нейтронной звезды, снизу — то же для чёрной дыры. (Иллюстрация из Astrophysical Journal Letters.) |
Полная версия отчёта опубликована в издании ; статьи можно скачать с сайта .
Подготовлено по материалам .
Комментарии (4):
Гамма-вспышка (или гамма-всплеск) - взрывной выброс огромного количества энергии, наблюдаемый в отдаленных галактиках (большая часть энергии приходится на самое жесткое излучение электромагнитного спектра). Ученые говорят, что из всех видов таких вспышек наибольшую опасность представляют короткие гамма-всплески.
Используя данные космических наблюдений, ученые пришли к выводу, что подобные события происходят примерно раз в 100 миллионов лет. Воздействие вспышек на озоновый слой может иметь самые негативные последствия - например, под воздействием такого излучения возникают оксиды азота, которые в течение длительного времени разрушают озоновый слой. Как следствие, большее количество ультрафиолетового излучения должно достигать поверхности Земли.
По мнению ученых, следы вспышек в космосе найти не представляется возможным, поскольку объекты движутся в Галактике сложным образом, и отследить их путь назад на время порядка 100 миллионов лет, не представляется возможным. Вместе с тем, подобное излучение должно было оказывать сильное влияние на организмы на Земле. Кроме этого, геологическим следом подобного события может быть большое количество изотопа железа-60.
На настоящий момент причины гамма-вспышек достоверно неизвестны. По одной из версий, вспышка наблюдается, когда Земля попадает в конус излучения, испускаемого во время взрыва сверхновой. По другим - в результате слияния нейтронных звезд. В октябре 2011 года в Science появилась работа, в которой ученые сообщали об обнаружении фотонов с рекордными энергиями - порядка 100 гигаэлектронвольт.
Новая гамма-миссия NASA Fermi начинает отрабатывать вложенные в нее деньги. Этот телескоп зафиксировал самый мощный из зарегистрированных гамма-всплесков -- катастрофических событий, происходящих на краю Вселенной, природа которых до конца пока непонятна. Сам всплеск увидели еще 16 сентября, в 3.13 мск, но только сейчас, после выхода публикации в научном журнале, о событии рассказали прессе.
Зарегистрированное телескопом под индексом GRB 080916C событие поистине грандиозно. Случившийся 12,2 млрд лет назад (на заре существования нашей Вселенной) взрыв оказался приблизительно в 9000 раз мощнее стандартной сверхновой, а выброшенное в результате гравитационного коллапса вещество разогналось до скорости 0,999999 световой.
Гамма-лучи от катастрофы пришли к Земле первыми. Благодаря аппаратуре Fermi удалось оперативно направить в эту точку неба в созвездии Киля и другие инструменты, которые смогли увидеть катастрофу в других спектральных диапазонах.
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.
