 |
Астронет: С. И. Блинников/Коуровка Гамма-всплески и сверхновые http://www.variable-stars.ru/db/msg/1176534/node2.html |
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Коллапсирующие сверхновые >>
1. Введение
Космические гамма-всплески
(Gamma-ray Bursts, сокращенно GRB) - это нерегулярные импульсы
фотонов с энергиями
МэВ и выше, продолжительностью от долей секунды до
нескольких минут.
Самые слабые из них дают экспозицию
эрг/см
фотон/см
,
а многие - гораздо сильнее.
Их регистрируют даже очень маленькие детекторы на космических
аппаратах.
После 28 февраля 1997 года, когда спутник Beppo-SAX
открыл послесвечение (afterglow) гамма-всплесков, стало ясно,
что гамма-всплески рождаются на расстояниях в миллиарды парсек (т.е.
Гигапарсеки, Гпк) от нас.
Послесвечение - это точечный источник излучения
(рентгеновского, видимого света, или радио), которого раньше не
было.
Этот источник иногда быстро, а иногда медленно слабеет.
Иногда источник совпадает с очень далекой галактикой.
Сейчас количество всплесков, для которых найдено послесвечение, составляет
35. Из них 20 проектируются на далекие галактики.
Для 14 случаев непосредственно измерено красное смещение, т.е известно
расстояние 
.
Тогда при расстоянии 
Гпк энергия фотонов гамма-всплесков
получается от
до
эрг
(если она излучена изотропно во все стороны на 
стерадиан).
Энергия покоя дается знаменитой формулой 
.
Если всю массу Солнца
г превратить
в излучение, то выделится как раз
эрг.
Но как это сделать?
Солнце даже не может взорваться как термоядерная
бомба, горение водорода внутри Солнца устойчиво.
Но если бы эта энергия
выделилась мгновенно, то это дало бы около
эрг -
близко к тому, что излучается при не самых сильных гамма-всплесках.
Похожие грандиозные термоядерные взрывы случаются с некоторыми типами звезд,
их называют сверхновыми.
Правда, почти вся эта энергия переходит в кинетическую энергию
выброса вещества, а в излучение уходит в сотни раз меньше, чем в
GRB.
Сверхновые являются одним из центральных объектов изучения современной
астрофизики.
В их изучении
переплетаются такие важные проблемы астрофизики, как эволюция
нормальных звезд, рождение нейтронных звезд и других
сколлапсировавших объектов, образование тяжелых элементов,
космических лучей.
Благодаря использованию новейших методов астрофизики получен
большой объем наблюдательного материала во всех диапазонах электромагнитного излучения - от радио до рентгеновского. Были зарегистрированы и первые неэлектромагнитные сигналы - нейтрино от SN 1987А. Несмотря на это, механизмы взрывов сверхновых до сих пор остаются не до конца понятыми. В последние годы появились указания на связь некоторых космических гамма-всплесков со сверхновыми. Возможно, и природа космических гамма-всплесков связана с природой взрывов сверхновых. Историю исследований сверхновых можно проследить по книге Шкловского [1], и обзорам [2-4]. Про гамма-всплески см. обзоры [7,8]. Однако любые обзоры отстают в описании бурно развивающейся науки о самых мощных взрывах во Вселенной, особенно после последних открытий GRB. Сверхновые - это одни из наиболее сильных взрывов во Вселенной. Кинетическая энергия выброса имеет характерное значение для всех типов
эрг
foe, хотя
известны и отклонения примерно на порядок вверх и вниз от этого
среднего.
Теория должна объяснить происхождение этой энергии, найти механизм
взрыва. В термоядерных сверхновых взрыв начинается из-за развития
тепловой неустойчивости в вырожденном ядре звезды при поджигании
углеродно-кислородной смеси (а в некоторых сценариях - гелия).
Есть более эффективный механизм звездного взрыва - гравитационный коллапс
звезды в нейтронную звезду или черную дыру.
Теоретически энергия может быть
массы звездного ядра.
Для 
это
эрг, для массивной звезды может быть и больше.
Но в случае взрывов сверхновых большая часть энергии уносится потоком
нейтрино. А в GRB мы имеем до
только в гамма-фотонах!
Конечно, может быть в формуле
надо
умножать поток 
не на , а на какой-то малый телесный
угол, тогда энергия будет меньше, но надо понять, что заставляет
энергию выделяться узким пучком, или струей, направленной на нас в этом
малом угле.
И здесь возможна связь с некоторыми явлениями в сверхновых.
Традиционная астрономическая классификация
разбивает сверхновые на два типа: SN I (без
водородных линий в спектре вблизи максимума блеска) и SN II (с
водородными линиями). Позднее эта классификация была дополнена.
Первый тип был подразделен на подклассы SN Ia и SN Ib/c.
В спектрах SN Ib/c вблизи максимума блеска не видно линии кремния, мощной
в SN Ia, а наиболее
очевидно различие SN Ia и SN Ib/c в позднюю эпоху
сут
после взрыва,
где спектр SN Ia образован в основном линиями ионизованного
железа, в SN Ib/c доминирует мощнейшая эмиссия кислорода.
От SN Ib/c обнаружено нетепловое излучение, и они,
по-видимому, коррелируют с областями активного звездообразования.
Скорее
всего, эти сверхновые взрываются в результате коллапса ядер
массивных звезд (так же, как SN II), тогда как SN Ia - это
термоядерные взрывы белых карликов в двойных системах, потерявших
водород к моменту взрыва, не
оставляющие после себя нейтронных звезд или черных дыр. Таким
образом, классическая астрономическая классификация сверхновых не
полностью отражает специфику механизма взрыва, происходящего в
недрах звезды, а более адекватна строению внешних слоев
предсверхновой.
Явление SN II
может возникнуть в конце жизни одиночной массивной звезды,
сохранившей водород в оболочке. Вспышки SN Ib/c могут происходить
при коллапсе ядра одиночной массивной звезды, потерявшей водород.
Если подтип SN Ic реально отделяется от SN Ib, то это значит,
что массивные предсверхновые SN Ic
потеряли не только водород, но и гелий.
Решающую роль в эволюции
предсверхновых типа Ia играет вхождение звезды в двойную систему.
Эффекты
двойственности, по-видимому, отвечают также за свойства и
некоторых пекулярных SN II.
Возможность гамма-всплеска в двойной системе приводит к интересным
эффектам - это одна из возможных моделей для послесвечения
[5].
Кроме того, уже давно высказана идея о том, что гамма-всплески могут
порождаться на космологических расстояниях при слиянии пар нейтронных
звезд [6].
Сначала кратко коснемся пока еще не решенной проблемы объяснения
взрыва при коллапсе ядра и укажем, что общего
может быть здесь с проблемой GRB.
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Коллапсирующие сверхновые >>