 |
Астронет: Н.Т. Ашимбаева/ГАИШ Самый далекий, самый желанный http://variable-stars.ru/db/msg/1234563 |
Самый далекий, самый желанный7.05.2009 21:21 | Н.Т. Ашимбаева/ГАИШ, Москва
23 апреля 2009 года спутником НАСА Swift был зафиксирован 10-секундный гамма-всплеск (GRB) в направлении созвездия Льва, который пришел от самого удаленного из известных объектов во Вселенной. Различные наземные телескопы после сообщения Swift провели измерения красного смещения объекта, величина его колеблется от 7.6 до 8.2 (около 13.1 миллиарда световых лет от Земли, т.е. мы наблюдаем объект во Вселенной, которая была в 20 раз моложе, чем сейчас). Даже если внести поправку связанную с расширением Вселенной, все равно это будет экстремальное значение. Предыдущий всплеск-рекордсмен по расстоянию был зафиксирован в сентябре 2008 года, его красное смещение составляет величину 6.7, что на 190 миллионов световых лет ближе, чем вновь открытый всплеск. Таким образом, вновь открытый GRB 090423 - самый удаленный из известных на настоящий момент объектов Вселенной.
Рисунок 1. Это изображение - сумма изображений, полученных оптическим (голубые и зеленые кружки) и рентгеновским (оранжевые и красные кружки) телескопами Swift. Оптического компаньона, соответствующего гамма-всплеску, не обнаружено. Изображение имеет размер в 6.3 угловых минут. (Изображение: NASA/Swift/Stefan Immler).
Оптический (ультрафиолетовый) и рентгеновский телескопы Swift были сразу использованы для локализации объекта. Swift показал спадающее рентгеновское послесвечение, но в видимом свете ничего не было обнаружено. Послесвечение может дать очень большую и важную информацию о взорвавшемся объекте и его непосредственном окружении. Но в силу того, что этот процесс очень короткий, и остывание происходит быстро, необходима четкая координация наблюдений, которые надо проводить в алертном режиме.
Многие наземные телескопы были направлены в соответствующую точку на небе, и в течение последующих трех часов было проведено множество наблюдений. Через 20 минут после вспышки с помощью инфракрасного телескопа UKIRT на Мауна Кеа в этом месте был обнаружен инфракрасный объект.
Одновременно были получены изображения послесвечения в инфракрасном диапазоне на телескопе Gemini North Telescope также расположенного на Мауна Кеа. Источник присутствовал на длинноволновых изображениях, но на длинах волн меньше 1 микрона его не было видно. Такой обрыв в спектре интерпретируется как соответствующий красному смещению для возраста в 13 миллиардов лет.
На телескопе Galileo National Telescope в Ла Пальма на Канарских островах определили, что послесвечение имеет z = 8.2. Используя Очень большой телескоп (Very Large Telescope) в Чили, ученые получили примерно такую же цифру,а именно, 13.035 миллиардов световых лет.
Рисунок 2. Затухание послесвечения GRB 090423 в инфракрасной области, полученное с помощью телескопа Gemini North Telescope на Гавайях. (Изображение: Gemini Observatory/NSF/AURA/D. Fox, A. Cucchiara (Penn State Univ.) and E. Berger (Harvard Univ.)).
Гамма-всплески - это самые мощные из известных взрывов во Вселенной. Они происходят в момент, когда массивные звезды уже исчерпали свои ядерные ресурсы. В результате их ядра начинают быстро сжиматься, коллапсировать в очень компактный объект (нейтронную звезду или черную дыру). А газовые потоки, в результате до конца еще не выясненных процессов, выбрасываются вовне. Этот газ, ранее подогреваемый звездой, остывает и высвечивается, создавая короткоживущее послесвечение, последовательно на все более длинных волнах. Начиная с некоторого расстояния из-за расширения Вселенной происходит сдвиг наблюдаемого оптического излучения в инфракрасную область спектра. Отсутствие послесвечения в оптике дало основание предположить, что обнаруженный объект находится на очень больших расстояниях.
Гамма-всплески наблюдаются примерно раз в день, и является краткими, но интенсивными вспышками гамма-излучения. Они приходят с самых разных направлений на небе, и длительность их составляет от нескольких миллисекунд до нескольких сотен секунд. В результате выделяется огромное количество энергии за очень короткий период времени, поэтому гамма-вспышки считаются самыми мощными явлениями во Вселенной.
Swift был специально создан для обнаружения очень удаленных всплесков. Ученые ожидали этого события 5 лет (за это время фиксировались более близкие всплески). С момента запуска спутника Swift в 2004 году, он, скорее всего, уже регистрировал вспышки с еще большим красным смещением, но многие всплески настолько слабы, что их красные смещения определить просто невозможно (были сообщения о том, что наблюдались галактики на z = 10, но подтверждений не поступало. Самая удаленная галактика, в которой красное смещение определено уверенно, находится на z = 6.96. Открыта она была в 2006 году.)
Наблюдения этого гамма-всплеска интересны еще тем, что он произошел до эпохи реионизации. Что представляет собой космологическая реионизация? Предполагается, что в ранние этапы существования Вселенной, в первые 300 млн.лет, она была заполнена только ионизированными водородом и гелием. Далее, по мере того, как происходило расширение Вселенной, эти газы остывали, переходя в нейтральное состояние. Этот газ был прозрачен для излучения, но никаких источников излучения в этот период не было (так называемая "темная эпоха"). Далее, нейтральный газ постепенного конденсировался в сгустки, из которых стали образовываться первые космический объекты - звезды и галактики. Эти события датируются примерно 500 млн.лет от момента Большого Взрыва. За счет ультрафиолетового излучения первичных звезд началась повторная ионизация (реионизация) окружающего нейтрального газа водорода (это произошло около 1 млрд.лет после рождения Вселенной).
Сколько длилась космологическая реионизация сегодня неизвестно. Поэтому интересно было бы обнаружить всплески с еще большим красным смещением. Их спектры можно было бы использовать для определения того, насколько быстро Вселенная стала прозрачной и какие механизмы были ответственны за это.
Таким образом, наблюдая такие события как гамма-всплеск на z = 8.2, мы получаем уникальную возможность заглянуть совершенно в другие условия существования вещества, увидеть совершенно другую Вселенную.
Для построения более-менее ясной картины ранней Вселенной надо пронаблюдать не один такой удаленный гамма-всплеск. Телескопом Swift зафиксировано до настоящего времени 120 всплесков, и только 3 из них с возрастом менее 1 млрд. лет с момента Большого Взрыва. В ранней Вселенной - до z = 5 - звездообразование происходит с малой скоростью, и поэтому такие явления как GRB будут наблюдаться редко. Хотя теперь у нас есть свидетельство того, что в ранней Вселенной было достаточно взрывающихся звезд и что черные дыры рождались уже по истечении нескольких сотен миллионов лет после Большого Взрыва.
Рисунок 3. Распределение красных смещений и соответственно возраст Вселенной для гамма-всплесков, обнаруженных телескопом Swift. Новый гамма-всплеск GRB 090423 имеет z = 8.2, он существенно перекрывает значения красного смещения у ранее найденных всплесков, а также известные максимальные значения z для квазара и галактики; таким образом, он становится самым удаленным из известных объектов во Вселенной. GRB 090423 образовался тогда, когда Вселенная имела возраст всего в 630 миллионов лет, т.е. свет от него до Земли шел более 13 миллиардов лет. (Изображение: Edo Berger (Harvard/CfA)).
Открытие стало возможным благодаря тому, что сейчас появились инфракрасные детекторы для обнаружения таких слабых и короткоживущих послесвечений гамма-всплесков, а также уникальной процедуре немедленного реагирования на всплеск. Т.е. с момента фиксации всплеска и последующего переключения наземных телескопов на объект проходят считанные минуты. Телескоп Gemini был первым телескопом, попытавшимся увидеть видимое в оптике изображение, но безуспешно. Затем с помощью спектрографа в ближнем ИК были проведены наблюдения в нескольких диапазонах. Эти изображения дали относительно точную оценку расстояния.
Очень хочется верить, что открытие такого уникального объекта подстегнет разработку новых приборов, способных обнаруживать такое послесвечение с большей эффективностью. Таким инструментом, в частности, станет телескоп на спутнике Joint Astrophysics Nascent Universe Satellite (JANUS). Этот спутник создается, в частности, для исследования послесвечения гамма-всплесков в инфракрасной области, т.е. тех, что имеют большие красные смещения. Эти данные позволят получать ценную информацию об образовании звезд на таких огромных расстояниях, и в целом исследовать историю реионизации Вселенной.
(Источники: NASA, Gemini Observatory, European Southern Observatory , GCN)