Пенсионный советник

Коллапс на Рождество остался тайной

Природа гамма-всплеска на Рождество год назад осталась непонятной

Антон Бирюков 07.12.2011, 10:33
Выпадения небольшого тела, разорванного приливными силами на нейтронную звезду A. Simonnet, NASA, E/PO, Sonoma State University
Выпадения небольшого тела, разорванного приливными силами на нейтронную звезду

Необычную вспышку гамма-излучения, зафиксированную обсерваторией Swift год назад на Рождество, две группы ученых объяснили по-разному: одни — падением кометы на одну из нейтронных звёзд нашей галактики, а другие — слиянием нейтронной звезды с ядром обычной звезды-соседки в далекой от нас галактике.

В сочельник (по григорианскому календарю) 25 декабря 2010 года в 18 часов 37 минут всемирного времени, приборы американской космической обсерватории Swift зафиксировали очередную вспышку гамма-излучения.

Всплеск, получивший по традиции обозначение GRB 101225A, произошел в направлении созвездия Андромеды и сильно выделялся по своим характеристикам среди подобных событий (коих на сегодняшний день зафиксировано уже несколько тысяч).

Во-первых, всплеск GRB 101225A длился очень долго. Обыкновенно, если вспышка гамма-излучения наблюдается в течение нескольких секунд, то она уже классифицируется как длинная. Рождественский же всплеск длился более получаса. Он попал в поле зрения инструмента BAT (Burst Alert Telescope), установленного на спутнике Swift, уже будучи достаточно ярким, и был всё ещё наблюдаем, когда его покинул.

Кроме того, поток гамма излучения от GRB 101225A отличался слабой переменностью, что тоже не вполне обычно для «классического» гамма-всплеска. Зато рентгеновское послесвечение, наблюдавшееся в первые часы после вспышки, оказалось, наоборот, более переменным, чем обычно.

В довершение спектр послесвечения всплеска (которое наблюдалось в менее энергетичных диапазонах, от ультрафиолетового до инфракрасного, и было получено в течение нескольких первых дней) оказался, что называется, без особенностей. То есть в нём нельзя было явно выделить какие-либо спектральные линии, что позволило бы, в частности, оценить расстояние до всплеска.

Неудивительно, что такое пекулярное (необычное) событие потребовало отдельного объяснения.

Cтоит сказать, что во Вселенной очень многие события могут сопровождаться относительно короткими и яркими вспышками гамма-излучения.

Таковы слияния компактных объектов типа нейтронных звёзд и чёрных дыр или выпадение на них вещества, захваченного сильным гравитационным полем. Более длинные всплески связывают с коллапсом массивной звезды (который иногда называют взрывом гиперновой, по аналогии со взрывом сверхновой). Наконец, гамма-всплески сопутствуют и взрыву ядерной бомбы (на что, собственно, и были нацелены первые спутники, открывшие это явление). Хотя, на галактических расстояниях такие всплески не были бы заметны.

После сорока лет исследований

наиболее общепринятой интерпретацией является модель коллапса массивной звезды, в результате которого формируется яркий, узконаправленный луч гамма-излучения. За короткое время в нём высвечивается колоссальная энергия, сравнимая порой с энергией покоя Солнца.

Поэтому наблюдатель, оказавшийся на пути этого луча, сможет зарегистрировать яркую вспышку с очень большого расстояния — и действительно, большинство гамма-всплесков имеют внегалактическое происхождение.

Свойства всплеска GRB 101225A не описываются этой стандартной моделью. Поэтому астрофизикам пришлось обратиться к другим уже высказывавшимся ранее идеям, но не получившим такого распространения из-за малого числа объектов, к которым их можно применить. Две работы, посвящённые GRB 101225A, на прошлой неделе опубликовал журнал Nature.

В первой из них итальянские исследователи под руководством Серджио Кампана (обсерватория Мерате, регион Ломбардия) предлагают считать, что

данный всплеск есть результат падения небольшого тела типа кометы на одну из нейтронных звёзд (НЗ) нашей галактики.

То есть мы имеем дело с галактическим событием, произошедшим на расстоянии около трех килопарсек. Нейтронная звезда, обладая очень сильным гравитационным полем, сначала разорвала приливными силами пролетавшее мимо тело (комету?), вещество которого впоследствии просто «выпало» на поверхность НЗ. Падение и породило гамма-вспышку. А обращение вещества «кометы» вокруг НЗ позволило описать переменность рентгеновского послесвечения. Правда эта довольно красивая интерпретация ставит вопрос о том, как именно в окрестности нейтронной звезды оказалось маломассивное тело.

С другой стороны, международная группа под руководством Кристины Тон (Испания) предложила другое объяснение. Они утверждают, что им удалось измерить расстояние до места рождения всплеска. Несмотря на то что в оптическом спектре послесвечения никаких линий отождествить не удалось, они сравнили его с характерным спектром послесвечения для «обычного» всплеска (в качестве которого брался спектр одного из прошлых событий). В результате, по мнению авторов, спектр GRB 101225A оказался похож (в статистическом смысле) на стандартный спектр, если последний пересчитать для расстояния, соответствующего красному смещению z = 0,33. Что соответствует более чем трём миллиардам световых лет, то есть далеко за пределами нашей галактики.

Такое измерение расстояния нельзя назвать очень убедительным, но если вспышка действительно случилась так далеко, то и физическая модель для неё необходима другая, обеспечивающая для неё достаточную мощность, чтобы её можно было заметить с такого расстояния.

Такой моделью оказывается слияние нейтронной звезды с ядром обычной звезды-соседки, с которой она состоит в одной двойной системе.

В этом механизме обычная звезда в ходе эволюции расширяется и поглощает свою нейтронную соседку, что формирует так называемую систему с общей оболочкой.

Как видно, предложенные модели существенно отличаются друг от друга. Однозначно выбрать лучшую из них учёные не смогли, так как суммарной информации о явлении, длившемся «лишь» полчаса для этого недостаточно. Поэтому они обе стали достоянием
научного сообщества. Проведённые обеими группами исследования окажутся полезными при анализе других подобных событий, тем более что новые гамма-всплески регистрируются почти каждый день.