Куда пропали гамма-всплески, которые свидетельствуют о гибели самых первых звезд Вселенной?

Среди пыли: взгляд художника на самые первые звезды, появившиеся после Большого Взрыва


Происхождение гамма-всплесков: «модель коллапсара» (последовательность событий развивается слева направо, сверху вниз)



Рентгеновское послесвечение, оставшееся от гамма-всплеска с красным смещением 6,7

Продолжаем наш рассказ о новых исследованиях гамма-всплесков , информацией о которых ученые всего мира поделились на прошедшем недавно в США симпозиуме . Напомним, что мы уже разбирали загадку о том, почему эти колоссальные взрывы происходят чаще в одних галактиках, и почти никогда – в других (« Полная гамма. Часть 1 »), а также проблему того, что может вызывать появление коротких гамма-всплесков (« Полная гамма. Часть 2 »). Перейдем к еще одному непонятному моменту, связанному с гамма-всплесками.

Но для начала напомним, что гамма-всплески считаются самыми мощными событиями в современной Вселенной – самыми колоссальными выбросами энергии со времен еще самого Большого Взрыва. Одна такая вспышка может, будто фонариком, «подсветить» целую галактику, включающую многие миллиарды звезд. Они прекрасно видны и наземными, и орбитальными телескопами: исходящее от них излучение узким лучом легко преодолевает миллионы световых лет. Тем более удивителен тот факт, что некоторая их группа, которая, по всем ожиданиям, должна наблюдаться в космосе, до сих пор не замечена ни разу.

Считается, что вызывает гамма-всплески гибель массивных звезд, превращающихся в черную дыру. А значит, такой процесс должен был происходить и с самым первым поколением звезд, образовавшихся в молодой Вселенной вскоре после Большого Взрыва. Вспышки от них можно было бы наблюдать на максимальном от нас удалении – в миллиарды световых лет – однако не все так просто. Астрономы горячо дискутируют, пытаясь понять, отчего этих всплесков не наблюдается.

«Это вообще одна из основных загадок в области гамма-всплесков, - говорит астрофизик Нейл Герельс (Neil Gehrels), - И мы подробно обсудили проблему на симпозиуме». В собрании участвовали сотни ученых из 25-ти стран, и к общему мнению они так и не пришли.

Стоит повторить, что природа гамма-всплесков получила достойное объяснение в построениях профессора Стенфорда Вузли (Stanford Woosley), которому удалось показать, что их порождают сравнительно молодые и бедные тяжелыми элементами звезды, которые в момент своей гибели отбрасывают внешние оболочки, при этом «ядро» их быстро коллапсирует, сжимаясь в черную дыру. Если при этом звезда достаточно быстро вращается, ее магнитное поле создает «туннели», по которым с колоссальной скоростью от ее полюсов устремляются потоки материи. Именно чрезвычайная концентрированность джета делает всплески поразительно яркими. Эта модель была названа «моделью коллапсара» - и заметим, что работает она только в случае с «обычными», долговременными гамма-всплесками, но не объясняет природу других, коротких. Впрочем, это другая история, о которой мы уже рассказывали .

Итак, для всплеска достаточно крупной быстро вращающейся звезды, не содержащей избыток тяжелых элементов (т.е. элементов помимо водорода и гелия). Таких звезд, судя по всему, в первом поколении, появившемся после Большого Взрыва, было немало. Так куда же пропали вспышки, свидетельствующие об их гибели?

По одной из версий, они никуда не пропадали: просто расширение Вселенной, без остановки продолжавшееся с момента таких древнейших гамма-всплесков и до сегодняшнего дня, «растянуло» пятна вспышек и сделало их намного более трудными для обнаружения. Они есть – просто мы их не замечаем.

Однако в этом случае есть и другая сложность: послесвечение. Быстро угасая, гамма-всплеск раскаляет окружающее его облако межзвездной пыли и газа, заставляя его излучать в рентгеновском диапазоне. Это послесвечение от первых гамма-всплесков тоже отчего-то не наблюдается.

По мнению ученых, придерживающихся описанной выше гипотезы, дело тут в том же расширении Вселенной – верней, в порождаемом им красном смещении . Коротко говоря, каждый химический элемент поглощает или испускает электромагнитные волны строго определенной длины. Однако чем дальше от нас находится во Вселенной излучающий объект, тем сильнее удлинены характерные для него волны – иначе говоря, смещены в красную область спектра. В некотором роде, красное смещение может служить индикатором древности излучающего объекта.

До недавнего времени для гамма-всплесков максимум красного смещения составлял 6,3 млрд световых лет. В этом году были зафиксированы гамма-всплески с красным смещением от 6,7 до 12,8 млрд световых лет. Послесвечение самых отдаленных из них должно быть сильно смещено в инфракрасную часть спектра, так что, возможно, астрономам просто стоит понаблюдать за ним с помощью инфракрасных телескопов. Именно этим и намерены они заняться – по крайней мере, к такому выводу пришли после напряженного обсуждения.

Надеемся, обнаружить «потерянные» гамма-всплески удастся, ведь иначе… Иначе объяснения нет. Зато, по мнению Нейла Герельса, «это сделает изучение Вселенной еще более увлекательным».

По сообщению NASA