что такое гамма всплеск
Когда Землю настигнет гамма-всплеск и почему всё живое погибнет
Как пишет Плейт в «Смерти с небес», гамма-всплеск — самое яркое событие после Большого взрыва. Ни один такой всплеск не повторяет другой, но все они возникают из-за катастроф галактического масштаба: когда умирают очень большие звезды, переставая «гореть» и обваливаясь под действием собственной тяжести или, предположительно, из-за столкновения двух нейтронных звезд (объектов размером с город, но массой, как у одного-двух Солнц).
В таких случаях энергия вырывается не равномерно во все стороны, а направленными пучками. Событие это настолько грандиозное, что иногда его можно разглядеть невооруженным глазом за миллиарды (!) световых лет. Что же будет, если такой пучок попадет в Землю?
Предположим, что гамма-всплеск произошел очень близко: на расстоянии 100 световых лет. Даже на таком близком расстоянии диаметр пучка гамма-всплеска был бы гигантским, 80 трлн км. Это означает, что вся Земля, вся Солнечная система оказались бы поглощены им, как песчаная блоха, захваченная цунами.
К счастью, гамма-всплески длятся относительно недолго, поэтому пучок будет воздействовать на нас в течение от менее секунды до нескольких минут. Средний всплеск длится примерно десять секунд.
Это недолго по сравнению с вращением Земли, поэтому пучок ударил бы только по одному полушарию. Второе полушарие было бы в относительной безопасности. по крайней мере, в течение некоторого времени. Самые печальные последствия были бы в местах, находящихся непосредственно под гамма-всплеском (где вспышка была бы видна прямо над головой, в зените), и минимальными там, где вспышка была бы видна на горизонте. Но все равно, как мы увидим, ни одно место на Земле не было бы в полной безопасности.
Имейте в виду, все это от объекта, находящегося на расстоянии 900 трлн км.
Любой, кто бы посмотрел в момент вспышки на небо, мог бы ослепнуть, хотя пик яркости в видимом диапазоне был бы достигнут, вероятно, только через несколько секунд — достаточно для того, чтобы вздрогнуть и отвернуться. Не то чтобы это сильно помогло.
И это только от УФ-излучения и жары. Кажется жестоким даже упоминать гораздо, гораздо худшие последствия воздействия гамма- и рентгеновского излучения.
Вместо этого давайте немного отвлечемся. Гамма-всплески — невероятно редкое явление. Хотя они, скорее всего, происходят несколько раз в день где-нибудь во Вселенной, сама Вселенная очень большая. В настоящее время вероятность того, что один из них произойдет на расстоянии 100 световых лет от нас, равна нулю. Совершенному, абсолютному нулю. Рядом с нами совсем нет звезд, которые могли бы в принципе породить гамма-всплеск. Ближайший кандидат в сверхновые находится дальше, а гамма-всплески — гораздо более редкие явления, чем сверхновые.
Полегчало? Хорошо. Теперь попробуем более реалистичный подход. Что является ближайшим кандидатом в источники гамма-всплеска?
В небе южного полушария есть ничем не примечательная для невооруженного глаза звезда. Называется она Эта Киля, или попросту Эта, тусклая звездочка в толпе более ярких звезд. Однако ее тусклый свет обманчив, за ним скрывается ее неистовство. Вообще-то она находится на расстоянии примерно 7500 световых лет — фактически это самая удаленная звезда, которую можно видеть невооруженным глазом.
Сама звезда (на самом деле Эта может быть двойной системой, двумя звездами, обращающимися вокруг друг друга. Вещество, окружающее звезду, дает так много блеска и помех, что астрономы до сих пор не уверены на сто процентов) — монстр: ее масса может составлять 100 масс Солнца или даже больше, и она излучает в 5 млн раз больше энергии, чем Солнце, — за одну секунду она испускает столько света, сколько Солнце испустит за два месяца. Периодически у Эты случаются спазмы, и она изрыгает огромные количества материи. В 1843 г. у нее случился такой бурный припадок, что она стала второй по яркости звездой в небе, даже на таком огромном расстоянии. Она выбросила гигантские количества материи, превышающие десять масс Солнца, на скорости свыше 1,5 млн км/ч. Сегодня мы видим последствия того взрыва в виде двух огромных облаков расходящейся материи, похожих на выстрел космической пушки. То событие было практически таким же мощным, как и сверхновая.
У Эты есть все признаки назревающего гамма-всплеска. Она наверняка взорвется как сверхновая, но неизвестно, будет это гамма-всплеск по типу гиперновой или нет. Также следует отметить, что, если она взорвется и испустит гамма-всплеск, ориентация этой системы такова, что пучок не попадет по Земле. Мы можем это определить по геометрии газовых облаков, выброшенных во время припадка 1843 г.: доли раздувающегося газа наклонены относительно нас под углом примерно 45°, и любые гамма-всплески были бы направлены вдоль той оси. Поясню конкретнее: в ближайшей или даже среднесрочной перспективе гамма-всплеск от Эты или еще откуда-либо нам не угрожает.
Но все равно интересно поразмышлять «а что, если». Что, если бы Эта была нацелена на нас и превратилась в гиперновую? Что бы тогда произошло?
Скажу опять, ничего хорошего. Несмотря на то что она бы даже не приблизилась по яркости к Солнцу, она была бы такой же яркой, как Луна, или даже в десять раз ярче. Вы не смогли бы смотреть на нее, не сощурившись, но такая яркость продлилась бы всего несколько секунд или минут, поэтому, вероятно, никакого долгосрочного ущерба для жизненных циклов флоры или фауны не было бы.
Поток ультрафиолетового излучения был бы интенсивным, но кратким. Люди, находящиеся на улице, получили бы солнечные ожоги умеренной степени, но, по всей вероятности, статистически значимого роста случаев рака кожи в будущем не наблюдалось бы.
Но с гамма- и рентгеновским излучением ситуация совершенно другая. Атмосфера Земли поглотила бы эти виды излучения, и последствия этого были бы гораздо хуже, чем в случае близкой вспышки сверхновой.
Самым прямым последствием был бы мощный электромагнитный импульс, гораздо мощнее, чем тот, что возник на Гавайях во время ядерных испытаний устройства Starfish Prime. В этом случае ЭМИ (электромагнитный импульс — прим. ТАСС) мгновенно разрушил бы любое неэкранированное электронное устройство в том полушарии Земли, которое было направлено в сторону всплеска. Компьютеры, телефоны, самолеты, автомобили, любой объект с электроникой перестали бы работать. Это также относится к энергосистемам: в линиях электропередачи был бы наведен огромный ток, приводящий к их перегрузке. Люди оказались бы без электричества и без каких бы то ни было средств дальней связи (оборудование всех спутников перегорело бы от гамма-излучения в любом случае). Это было бы не просто неудобством, потому что это означает, что больницы, пожарные части и другие службы экстренной помощи также остались бы без электричества.
Но, как мы увидим через мгновение, службы экстренной помощи могут нам и не понадобиться.
Последствия для атмосферы Земли были бы серьезными. Ученые пристально изучают такую ситуацию. Используя те же модели, что описаны в главе 3, и исходя из допущения, что гамма-всплеск возник на расстоянии Эты, они определили, какими будут последствия. И эти последствия совсем не радуют.
Озоновый слой подвергся бы серьезному удару. Гамма-излучение от всплеска полностью разрушило бы молекулы озона. Озоновый слой во всем мире сократился бы в среднем на 35%, причем в некоторых отдельных регионах он уменьшился бы больше чем на 50%. Это невероятно вредно само по себе — заметьте, наши сегодняшние проблемы с озоном вызваны относительно небольшим снижением, всего на 3% или около того.
Последствия этого очень длительные и могут сохраняться годами — даже через пять лет озоновый слой может оставаться на 10% тоньше. В течение этого времени на поверхности Земли УФ-излучение от Солнца было бы более интенсивным. Микроорганизмы, образующие основу пищевой цепочки, очень чувствительны к нему. Множество их погибло бы, приводя к возможному вымиранию других видов, располагающихся выше на пищевой цепи.
В довершение ко всему образовавшаяся при гамма-всплеске от Эта Киля красновато-коричневая двуокись азота (см. главы 2 и 3) существенно сократила бы количество солнечного света, достигающего Земли.
Точные последствия этого определить сложно, но кажется вероятным, что уменьшение количества солнечного света на всей Земле даже на несколько процентов (двуокись азота распространилась бы по всей атмосфере) привело бы к значительному остыванию Земли и могло бы, предположительно, стать инициирующим фактором для ледникового периода.
Помимо этого, в той химической смеси, которую представляли бы кислотные дожди, содержалось бы достаточно азотной кислоты, и это также теоретически имело бы опустошительные последствия для окружающей среды.
Далее, есть проблема с субатомными частицами (космическими лучами) от всплеска. Какой ущерб был бы от них, конкретно неизвестно. Но, как мы обсуждали в главах 2 и 3, высокоэнергетические частицы могут приводить к самым разнообразным последствиям на Земле. Гамма-всплеск на расстоянии 7500 световых лет запустил бы огромное количество субатомных частиц в нашу атмосферу, и они бы летели на скорости чуть менее скорости света. Всего через несколько часов после возникновения всплеска они уже ворвались бы в нашу атмосферу, пролившись ливнем из мюонов. Мы постоянно наблюдаем прилетающие из космоса мюоны, но в небольших количествах. Однако ближний гамма-всплеск сгенерировал бы массу мюонов. Одна группа астрономов рассчитала, что на поверхность Земли обрушилось бы до 46 млрд мюонов на см2 по всему полушарию, направленному на всплеск (такие выводы, однако, спорны. Это новая область науки, и модели не совсем надежные. Тем не менее, если вы что-то из этого извлечете, то просто помните, что ближний всплеск гамма-излучения — это плохо — прим. автора). Кажется, что это очень много — ну да, так и есть. Эти частицы пролились бы каскадом с неба и были бы поглощены всем, что окажется у них на пути. Учитывая, насколько хорошо ткани тела могут поглощать мюоны, астрономы, выполнившие расчет, обнаружили, что ничем не защищенный человек получил бы дозу облучения, в десятки раз превосходящую смертельную. Прятаться не сильно поможет: мюоны могут проникать в воду на глубину почти 2 км и до 800 м в скальные породы! Поэтому пострадало бы практически все живое на Земле.
Так что разрушение озонового слоя не было бы такой уж большой бедой. К тому времени, как оно превратилось бы в проблему, большинство животных и растений на Земле уже давно были бы мертвы.
Это кошмарный сценарий, описанный в начале этой главы. Однако прежде, чем вы начнете паниковать, вспомните: возможный гамма-всплеск Эты Киля наверняка будет направлен не в нашу сторону. Но, пока мы не закруглились, скажу, что есть и другой возможный прародитель гамма-всплеска, о котором нам нужно помнить. Он называется WR 104 и по совпадению находится примерно на таком же расстоянии от нас, что и Эта. WR 104 — двойная система, одна из звезд которой — раздувшаяся массивная зверюга, приближающаяся к концу своей жизни. Она может взорваться, испустив гамма-всплеск, и может быть направлена более или менее на нас, но оба этих предположения неточные. По всей вероятности, этот монстр нам также не угрожает, но о нем стоит упомянуть.
Великая Космическая Стирательная Резинка: о гамма-всплесках и о том, угрожают ли они Человечеству
В 1967 году американский спутник Vela, запущенный для контроля над советскими ядерными испытаниями, зафиксировал крайне мощную вспышку гамма-излучения, изначально принятую за результат ядерного взрыва на космической орбите. Каково же было удивление учёных, когда анализ собранной информации показал: источник вспышки располагался далеко от земной орбиты и Солнечной системы вообще!
К сожалению, данные о вспышке были совершенно ничтожными: она длилась всего секунду, и многие даже думали, что речь идёт и вовсе о некоей приборной ошибке.
Однако в последующие годы этот и другие спутники, в том числе советские, стали массово фиксировать другие аналогичные события, частота регистрации которых достигла примерно 1 в день.
Самое интересное было то, что события, названные гамма-всплесками были распределены по небосводу практически равномерно. И это было очень-очень странно.
Действительно, если, как предполагалось изначально, гамма-всплески происходят в результате неких процессов внутри нашей галактики, то можно было бы ожидать, что основная их масса будет наблюдаться в тех областях звёздного неба, в которых мы наблюдаем диск нашей галактики – Млечный Путь. Равномерность же их распределения указывала на то, что порождающие эти всплески явления имеют внегалактическую, а точнее – межгалактическую природу.
Но если гамма-всплески видно аж из других галактик, то в ходе этих событий должно выделяться колоссальное количество энергии! Действительно, гамма-всплеск GRB 970228, наблюдавшийся в 1997 году, удалось связать с галактикой в созвездии Ориона, удалённой от нас на 8 миллиардов (!) световых лет.
А в 19 марта 2008 году всплеск GRB 080319B был виден с Земли невооружённым глазом, хотя его источник находился на расстоянии 7 миллиардов световых лет. GRB 080319B стал самым удалённым в истории астрономии объектом, который можно было наблюдать без специальных приборов – хотя и всего около минуты.
Определив расстояние до потенциального источника гамма-всплесков, астрономы смогли оценить энергию, выделяющуюся Она оказалась неправдоподобно чудовищной: порядка 10 в 47 степени джоулей.
Что же за чудовищная катастрофа может породить подобную вспышку? До сих пор со всей уверенностью мы этого сказать не можем. Однако по сути есть один-единственный процесс, способный привести к таким результатам.
И он достаточно экзотичен.
В статье о жизни и смерти звёзд мы уже говорили, что конечный этап эволюции звезды зависит от её массы: более лёгкие звёзды оставят после себя огарок белого карлика, более тяжёлые превратятся в нейтронную звезду, а самые массивные станут чёрной дырой.
Представим себе две расположенные друг рядом с другом звезды-огарка массой около 2 масс Солнца (важно понимать, что речь идёт о массе огарка: общая масса звезды «при жизни» была выше, 15-20 солнечных). Эта масса превышает т.н. предел Чандрасекара – нижний предел массы, при которой звезда «после смерти» становится нейтронной. Но при этом она ниже т.н. предела Оппенгеймера-Волкова (примерно 3 массы Солнца), который отделяет нейтронную звезду от превращения в чёрную дыру.
Однако наши звёзды, повторимся, находятся рядом друг с другом и, вместо того, чтобы спокойно летать по космосу, медленно остывая, начинают притягиваться друг к другу с тем, чтобы в итоге слиться в единый объект. И вот тут-то и начнётся самое интересное.
Дело в том, что результат слияния двух этих нейтронных звёзд превысит предел Оппенгеймера-Волкова и начнёт превращаться в чёрную дыру! Механику этого процесса мы пока в деталях не понимаем, но знаем, что в результате выделяется значительное количество энергии. Причём (в отличие, скажем, от взрыва сверхновой) эта энергия выделяется не во все стороны одновременно, а извергается с полюса коллапсирующей звезды узким пучком-лучом, который астрофизики называют джетом. Если Земля оказывается на пути этого пучка, мы фиксируем гамма-всплеск.
Когда учёные поняли, что энергия гамма-всплеска не распределяется во все стороны одновременно, оценку энергии этого процесса пришлось переоценить, уменьшив примерно в 1000 раз. Однако эта энергия всё равно колоссальна, и тот факт, что выделяется она за считанные секунды, делает гамма-всплески одними из самых интенсивных процессов энерговыделения во Вселенной.
Но если эти процессы столь мощны, что мы можем увидеть их невооружённым глазом с расстояния в миллионы и даже миллиарды световых лет, что будет, если гамма-всплеск случится где-нибудь в окрестностях Солнца? Будет плохо.
Если гамма-всплеск случится на расстоянии в 10 световых лет от Земли, и при этом Земля будет располагаться на оси порождённого им джета, то это будет аналогично взрыву атомной бомбы на каждом гектаре повёрнутого в сторону вспышки полушария Земли. Это, вероятнее всего, будет концом не только для Человечества, но и для всей или практически всей жизни на Земле.
Даже если гамма-всплеск произойдёт на расстоянии в несколько тысяч световых лет, его последствия будут катастрофическими: вполне возможно, что именно подобное событие стало причиной Ордовикско-силурийского вымирания 450 миллионов лет тому назад, уничтожившего 60 % всех живых существ тогдашней Земли.
Хорошая новость состоит в том, что, насколько мы знаем, вблизи Земли нет звёздных систем, способных в ближайшее время породить гамма-всплеск. Ближайший кандидат – система WR 104, расположенная на расстоянии в 8000 световых лет. Это достаточно близко для того, чтобы соответствующий гамма-всплеск хорошенько «прожарил» Землю, хотя и недостаточно для того, чтобы положить конец истории человечества. Впрочем, по оценкам учёных, если в WR 104 и случится гамма-всплеск, то ось выброса пройдёт в стороне от Земли, и бояться вроде бы нечего. Впрочем, подобные расчёты ведутся на пределе точности, так что – кто там его знает на самом деле?
Что такое гамма всплески во Вселенной
Гамма-всплеск – выброс энергии в больших масштабах. Это самые яркие события во Вселенной, отличающиеся редкостью и большой мощностью.
Что это такое
Гамма-всплески во Вселенной – повышение силы космического излучения взрывного характера. Явления встречаются за пределами нашей Галактики. Продолжительность от секунды до часа. После выброса энергии остается длительное свечение.
Угроза планете
Ученых не просто так заинтересовал гамма-всплеск. Опасность явления для нашей планеты обсуждается на серьезном уровне. Если направленное на Землю высвобождение энергии произойдет на расстоянии нескольких миллионов световых лет от Млечного Пути, то жизнь на всех континентах окажется под угрозой. По мнению специалистов именно это явление стало причиной вымирания живых существ около 200 млн. лет назад.
Гамма-всплеск – редкое и далекое явление. Мощный внезапный взрывной выброс энергии может угрожать жизни на Земле.
Художественная иллюстрация гамма-всплеска (NASA/Zhang & Woosley)
Изображение с сайта ru.wikipedia.org
4glaza.ru
Октябрь 2020
Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.
Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:
Обзоры оптической техники и аксессуаров:
Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:
Все об основах астрономии и «космических» объектах:
Гамма-всплески
Гамма всплеск в галактике 4C 71,07
Гамма-всплеск – это катаклизм необозримого масштаба, произошедший в отдаленной галактике в миллиардах световых лет от Земли.
Общие сведения о природе явления
Гамма-всплеск (ГВ) – это внезапное и кратковременное повышение силы космического гамма-излучения. Этот колоссальный импульс энергии рождается в далеких галактиках в момент возникновения черной дыры или вспышке сверхновой. Он вызывает к жизни невероятные вселенские процессы, в десятки раз превосходящие мощность и масштабы выброса сверхновой. Нашей планете повезло, что такие явления, за редким исключением, происходят далеко за пределами Галактики. Существуют и короткие гамма-всплески (ГВ). Механизм их происхождения до конца не понят, но известно, что механизм его отличается от длинного гамма-всплеска. Эти катаклизмы появляются в различных частях Вселенной, на космологических, исчисляющихся миллиардами световых лет, расстояниях от нас.
История открытия: как обнаружили гамма-всплески?
Гамма-всплеск GRB 130427A
Чтобы вычислить расположение ГВ, в 1976 году создали Межпланетную сеть (IPN), позволяющую при взаимодействии детекторов, работающих в унисон, использовать метод триангуляции. Эта организация функционирует и в наши дни. Эксперименты КОНУС, проводимые на космических станциях «Венера», позволили выявить отдельный класс гамма-всплесков, имеющих кратковременный характер, и случайность их появления.
Сбор информации о местоположении явления
Позиции на небе всех гамма-всплесков, обнаруженных в ходе миссии BATSE
После определения космической природы энергетических потоков ученые приступили к поиску источников этого феномена. Сила излучения наводила на мысль о его происхождении в пределах нашей Галактики. Но изучение с помощью BATSE – прибора, созданного для обнаружения гамма-всплесков, установленного на космической обсерватории Комптон, – показало изотропность источников и тенденцию к распределению по всей небесной сфере, а не только в плоскости Млечного пути. Ежедневно фиксировались всплески, но без обнаружения их концентрации в одном месте. Тогда укрепилось мнение о дистанции в миллиарды световых лет между Землей и произошедшими взрывами, создавшими потоки энергии.
Материалы по теме
Сверхновые типа Ia
Открывателем послесвечения в ГВ стала рентгеновская обсерватория BeppoSAX, которую разместили на итальянско-голландском спутнике. Она зафиксировала затихающее излучение в рентгеновском спектре. Это дало возможность телескопам отыскать источник с точностью до секунды. Снимок слабой галактики на этом месте подтвердил теорию о космологической дальности ГВ. С момента запуска в 2004 году спутник вместе с орбитальной обсерваторией Swift стал центром исследований в этой области. На нем установили современную аппаратуру – монитор и телескопы, позволяющие сбор данных в рентгеновском и оптическом спектре. Они предоставили возможность всестороннее изучать гамма-всплески и фиксировать самые значительные события. В 2008 году запустили гамма-телескоп Fermi, который способен отслеживать гамма-кванты в широких диапазонах.
Механизм и классы гамма-всплесков
Наука разделяет этот вид космических энергетических потоков на два типа: короткие и длинные гамма-всплески. Между собой они отличаются временной и спектральной структурой. Механизм появления коротких ГВ связывают с взаимодействием нейтронных звезд и черных дыр. Длинные всплески приписывают эволюции звезды в сверхновую, но не обычную, а перестроившуюся в черную дыру.
Основные характеристики ГВ
У ГВ изучается несколько характеристик: интенсивность излучения, спектр, частота появления, временная структура, направление излучения, суммарное значение потока энергии. Временная структура имеет сложный график. Продолжительность явления меняется в промежутке от сотых частей секунды до сотен секунд. ГВ характеризуются значительной спектральной переменностью в пределах 100-1000 кэВ.
Послесвечение
Гамма-всплеск и вспышка сверхновой. Последовательность изображений, полученных на космическом телескопе Хаббла с 4 декабря 2001 г. по 5 мая 2002 г.
Ученые теоретически объяснили процессы образования эффекта послесвечения. Произошедшее событие (взрыв или слияние звезд) провоцирует возникновение разлетающейся с ультрарелятивистской скоростью оболочки. В отдельных случаях энергетический поток послесвечения сравним с самим всплеском. Его регистрируют, используя оптические и рентгеновские телескопы. Кривые их блеска сложны для изучения, так как они соединяют излучение головной и обратной волн.
Самые значимые ГВ
Материалы по теме
Магнетар
С момента фиксации первого гамма-всплеска в 1967 году ведется их список в хронологическом порядке. В него вошли явления, характеристики которых отличаются от стандартных параметров. Обозначение дат ведется: год, месяц, день.
Интересные факты: последствия ГВ для Земли
Гамма-всплеск, произошедший на расстоянии в несколько миллионов св. лет в пределах нашей Галактики, и направление выброса которого будет направленно на Землю, приведет к частичному или полному исчезновению существующих жизненных форм и видов. С такими катаклизмами ученые связывают массовые вымирания, произошедшие 250 млн. лет назад, – тогда погибло 95% обитавших видов. А еще раньше на 200 млн. лет погибло 60% морских обитателей.
Прогнозировать время энергетического удара гамма-всплеска невозможно. Но частота появления в Галактике таких явлений измеряется миллионами лет. Так что сегодня нет поводов для беспокойства о нашем будущем.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!