Остава загадката на гама-избухванията

Скоро след като астрономите се увериха, че разбират напълно причините за кратките избухвания в гама-лъчи (Short Gamma Ray burst, GRBs) реалността на природните закони ги върна обратно към търсенията. Кратките гама-избухвания са характерни с това, че са мощни, освобождават в космическото пространство енергия, равна на тази на милиарди Слънца, и това за по-малко от 2 секунди. Данните от сондите на НАСА Swift и HETE-2 обогатиха много познанията ни за тези явления, но се оказва, че колкото повече знаем за тях, толкова по-малко ги разбираме.

Преди няколко месеца, астрономите, цитирани от различни астрономически издания(вкл.Астрономически портал), обявиха, че вече разбират причината за тези експлозии: на базата на наблюдения от сондите Swift и HETE-2, и след последващи (follow-up) наблюдения и анализи, астрономите, изследващи това явление, се обединиха около мнението, че кратките гама-избухвания са резултат от сливането на двойка неутронни звезди. Те се различават съществено от дългите избухвания в гама-лъчи, който се свързват с експлозиите на масивни звезди.

Скорошни наблюдения обаче показаха, че кратките избухвания са много по-сложни, отколкото много астрономи са си представяли, и са характерни не само за сливанията на неутронни звезди, но и за други бурни процеси, свързани с последния стадий от звездната еволюция. Джошуа Блум от Университета Бъркли казва „Мисля, че сме още далеч от пълно разбиране на явлението. Едва ли ще го имаме толкова лесно“.

Според теорията, двойка неутронни звезди обикалят около общ център на масите, като постепенно губят енергия и слизат на по-ниски орбити, т.е. описват спирали, и в крайна сметка се сливат, като така образувания обект трябва да е черна дупка. Все пак, не цялата звездна материя се поглъща от черната дупка след сблъсъка, така че част от тази материя образува диск около масивния обект. С времето, веществото от така образувания акреционен диск започва да пада на черната дупка, но част от него, под действието на мощното магнитно поле на черната дупка, бива изстреляно, със скорост близка до тази на светлината, под формата на струи по посока на оста на въртене на черната дупка. Кратките избухвания в гама-лъчи се получават при преминаването на турбулентни ударни вълни през тези струи. Тази теория по елегантен начин обяснява много от характеристиките на тези избухвания, като например, тяхното времетраене, количеството енергия, което трябва да носят, както и тяхната отдалеченост от области с активно звездообразуване.

Но кратките избухвания в гама-лъчи не се държат напълно според очакванията на теоретиците. Сондата Swift е наблюдавала две избухвания, едното на 9 юли 2005, другото на 24. И двете избухвания са били последвани от избухвания в рентгенови лъчи, минути след първото избухване. Тези взривове влизат в противоречие с модела на сливащите се пулсари, понеже според този модел, още след първото избухване „двигателят“, който ги задвижва, трябва вече да е изчерпал енергията си и да не е в състояние да произведе нови взривове.

Още едно избухване е озадачило астрономите: това от 21 декември 2005, освободило в околното пространство енергията, характерна за дълго избухване в гама-лъчи, противно на предишните наблюдавани избухвания, чиято енергия рядко е надвишавала 10% от енергията на дългите избухвания. Последващи наблюдения на този източник са установили, че „двигателят“ на избухването, в продължение на няколко часа, е снабдявал акреционния диск с енергия. „Това не се вписва нито в модела „сливащи се пулсари“, нито в някой друг модел“ казва Алиша Содерберг от Калифорнийския технологичен институт (Caltech), провела последващи наблюдения в радио, видимия и рентгеновия диапазони на избухването от 21.12.2005.

Откритието предизвиква изобретателността на теоретиците, каращо ги да намерят ново обяснение за това явление. Някои изследователи изоставят модела със сливащите се неутронни звезди, други се мъчат да отстранят недостатъците му. „Теоретиците наостриха моливите си и разбраха, че има и други начини да се произведе кратко избухване“ казва ръководителят на екипа, управляващ Swift Нил Герълс (Център за управление на космически полети на НАСА Годрард).

В статия, изпратена в The Astrophysical Journal Андрю МакФадиън (Institute for Advanced Study) и двама негови колеги, предполагат, че тези избухвания могат да се случват и в двойна система, състояща се от неутронна и обикновена звезда. Между двете звезди нормално протичат процеси на акреция, при които вещество от звездата пада на пулсара. При този процес, масата на неутронната звезда непрекъснато се увеличава, което може да доведе до гравитационен колапс, при който неутронната звезда да се превърне в черна дупка, и който става причина на кратко избухване в гама-лъчи. От всички страни на черната дупка излизат струи, със скорост близка до тази на светлината, и някои от тях попадат на звездата-спътник, в следствие на което се наблюдава избухване в рентгенови лъчи.

В списание Science, в броя от 24 февруари, Зигао Дай и негови от Университета в Найджинг, Китай, са представили модел, „спасяващ“ хипотезата за сблъскващите се пулсари: според тях, кратките избухвания в гама-лъчи могат да се предизвикват от сливането на две сравнително малки неутронни звезди, като новообразувалият се обект е неутронна звезда с маса около 3 слънчеви маси. Неутронната звезда, резултат от сливането, се завърта около оста си стотици пъти в секунда, и също като при Слънцето, се наблюдава, че зоните около екватора се въртят по-бързо от тези около полюсите, което води до затваряне магнитните линии вътре в неутронната звезда. Това води до задържане на голямо количество енергия във вътрешността на звездата, която в определен момент избухва и освобождава натрупаната енергия. Това избухване ускорява до много големи скорости звездна материя, която предизвиква ударна вълна вътре в звездата, което предизвиква нови избухвания в рентгенови лъчи. Този процес може да се повтаря множество пъти, което може да обясни защоSwift е наблюдавал 5 поредни избухвания в рентгенови лъчи след краткото гама-избухване на 24 юли.

Както Блум, така и МакФадиън търсят аналогията между гама-избухванията и свръхновите. Част от свръхновите са избухващи масивни звезди, друга част са бели джуджета част от двойни системи. Странно стечение на обстоятелствата е това, че тези два напълно различни механизма произвеждащи почти еднакви количества енергия. „Мисля, че също като при свръхновите, гама-избухванията могат да се предизвикват по различни начини“ казва МакФадиън.

Астрономите знаят с определена степен на сигурност, че около 10% от кратките гама-избухвания нямат нищо общо с приближаващи се един към друг пулсари. Тези 10% от гама-избухванията идват от близки галактики, където неутронни звезди с много силно магнитно поле (магнетари), който през определено време избухват, освобождавайки голямо количество енергия, излъчена под формата на гама лъчи, в околното пространство, като цялото избухване просто от една до две секунди. По този начин, на 27 декември 2004 е избухнал магнетар в рамките на нашата галактика, Млечния път. Шест космически апарата вероятно са наблюдавали и извънгалактичен взрив на магнетар, идващ от групата галактики около М81, но неговият произход може и да е коренно различен от този на повечето познати гама-избухвания.

Друг възможен вариант е, това да са избухвания на супранови - неутронни звезди, претърпели гравитационен колапс, надвишаващи максималната за неутронна звезда маса, чието превръщане в черна дупка е възпрепятствано от центробежните сили. С времето, звездата губи от своя момент на импулса, и въртенето ù се забавя, в следствие на което тя се свива под напора на гравитацията, като в крайна сметка при този процес се получава гама-избухване.

По-нататъшни наблюдения със Swift, HETE-2 и други уреди могат да разкрият нови видове кратки гама-избухвания, и да помогнат на астрономите да намерят ключа за загадката. Ако кратко гама-избухване се наблюдава в близка галактика, обсерватории за гравитационни вълни, като LIGO, би трябвало да отчете изкривяване в тъканта на време-пространството, предизвикано от мощната експлозия. Такива наблюдения могат да са от особена полза за разбирането на явлението.

Астрономите се опитват да опишат подробно и дългите гама-избухвания. Има изобилие от доказателства, че те са свързани с гравитационния колапс на бързовъртящи се, масивни звезди, със сравнително ниска концентрация на тежки елементи. В крайна сметка, този колапс произвежда свръхнова. Има надежди, че наблюденията на сравнително близко дълго гама-избухване на 18 февруари ще помогне на изследователите да намерят връзката между тези избухвания и свръхновите.

6 март 2006 skyandtelescope.com

Добавете вашия коментар

( страница 1

добави запис: