Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии Страница 59

Распределение по небесной сфере всех гамма-вспышек

В 1997 году рентгеновский спутник «BeppoSAX» впервые зарегистрировал отголосок гамма-вспышки в рентгеновском диапазоне. Благодаря этому удалось определить точное расстояние до того места, где она произошла. Это была одна из дальних галактик.

К этому времени астрономы регистрировали вспышки ежедневно: порой по три раза на дню в различных уголках Вселенной случались эти таинственные катастрофы. Их яркость была в миллиарды миллиардов раз выше, чем яркость Солнца. Особенно грозной оказалась январская вспышка 1999 года; ее источник был в 1019 раз мощнее Солнца!

Что порождает такие вспышки? Что дает им энергию? Их природа, несомненно, различна. Одни из них длятся от 0,01 до 2 секунд, другие – от 2 до 1000 секунд. При коротких вспышках выделяется от 1041 до 1043 джоулей энергии, а при длинных – от 1044 до 1046 джоулей!

Чаще всего астрономы связывают эти «странные маяки», зажигаемые на краю мироздания, с нейтронными звездами. Возможно, эти жуткие молнии вспыхивают, когда нейтронная звезда исчезает в чреве огромной черной дыры. Проваливаясь в бездну, она на долю секунды бросает последний луч, удивительным заревом освещая Вселенную. А может быть, эти короткие вспышки возникают, когда две нейтронные звезды, неосторожно сблизившись, сливаются друг с другом? Какое-то время астрономы думали, что источниками наиболее коротких вспышек могут быть магнитары. Однако, судя по дальнейшим наблюдениям, эта гипотеза, вероятно, является ошибочной.

Что же касается длинных вспышек, то их связывают с новым классом взрывающихся звезд, о котором астрономы много говорят в последнее время, – с «гиперновыми» звездами, живущими всего несколько миллионов лет. Их взрывы – самые грандиозные события в космосе со времен Большого взрыва. Они происходят, когда громадные звезды, чья масса в 20–30 раз и более превышает массу нашего Солнца, израсходуют свое топливо и превратятся в быстро вращающуюся черную дыру, окруженную диском из остатков вещества. Тогда вдоль оси вращения звезды в космос устремляется мощный поток гамма-излучения. В этот момент выделяется гораздо больше энергии, чем при взрывах сверхновых.

Есть и другие, более спорные гипотезы. По некоторым предположениям, гамма-вспышки связаны с темным веществом, из которого состоит значительная часть Вселенной. Как пишет на страницах журнала «В мире науки» российский астроном С.И. Блинников, «если бы оказалось, что пространственное распределение гамма-всплесков в галактиках согласуется с распределением не какого-то типа звезд, а именно темного вещества, это позволило бы пролить свет как на происхождение самих гамма-всплесков, так и на природу невидимого вещества».

Некоторые ученые даже полагают, что эти молнии рождаются, когда вещество сталкивается с антивеществом. Возможно, где-то существуют «зеркальные миры», сложенные из антивещества. Во всяком случае, популярная у физиков «теория струн» допускает это. При встрече потоков вещества и антивещества – а где им встречаться, как не на краю мироздания? – происходит мгновенная аннигиляция. Она сопровождается мощными выбросами гамма-лучей.

Вот несколько замечательных вспышек, наблюдавшихся в последние годы.

4 сентября 2005 года космическая обсерватория НАСА «Свифт» зафиксировала вспышку GRB 050904, длившуюся 200 секунд. Она произошла на расстоянии 12,7 миллиардов световых лет от Земли. Иными словами: событие, ее породившее, случилось в ту пору, когда Вселенная была еще очень молода.

Рекорд на сегодняшний день установлен 23 апреля 2009 года. Вспышка GRB 090423, длившаяся 10 секунд, случилась всего через 630 миллионов лет после Большого взрыва. Как полагают астрономы, ее причиной был взрыв гиперновой звезды.

В том же 2008 году – 19 марта – обсерватория «Свифт» стала свидетельницей самой грандиозной известной на то время вспышки – GRB 080319B. Источник ее находился на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет от Земли. По мощности она в 2,5 миллиона раз превзошла наиболее яркую сверхновую звезду.

Но и этот рекорд был вскоре побит. 21 июня 2010 года та же обсерватория зафиксировала вспышку GRB 100621А, которая оказалась в 5 раз мощнее.

Если одна из таких вспышек произойдет на расстоянии нескольких тысяч световых лет от Земли, то последствия окажутся губительны для всего живого. Возможно, подобные вспышки в конце концов уничтожают любую космическую цивилизацию, – если, конечно, за пределами Земли есть жизнь.

В 2005 году детальный расчет последствий гамма-вспышки для земной биосферы опубликовали Брайан Томас и Эдриан Мелотт из Канзасского университета. Если бы она произошла, например, на расстоянии 6000 световых лет от Земли, то озоновый слой, защищающий нашу планету, стал бы меньше на треть, а над экватором уменьшился бы на 55 %. Сейчас он поглощает более 90 % ультрафиолетового излучения, испускаемого Солнцем. Если же он станет меньше наполовину, то излучение будет беспрепятственно проникать к поверхности Земли. Это ведет к нарастанию генетических дефектов. Особенно губительны эти лучи будут для планктона, что подорвет основу пищевых цепей в морях и океанах.

По предположению Томаса и Мелотта, катастрофическое вымирание животных в конце ордовикского периода, около 445 миллионов лет назад (тогда погибло около половины всех видов организмов, населявших нашу планету), могло быть вызвано гамма-вспышкой. Возможный сценарий событий таков. После вспышки, уничтожившей большую часть озонового слоя, к Земле устремился поток ультрафиолетового излучения. Эти лучи проникали в толщу морской воды, что имело гибельные последствия для животных, оказавшихся менее чем в метре от поверхности моря (в ту пору жизнь еще не выбралась на сушу). Косвенным доводом в пользу этой версии служит то, что в конце ордовика внезапно вымерли многие трилобиты, обитавшие близ поверхности воды.

Как показывает статистика, за последний миллиард лет хотя бы один раз в радиусе 6000 световых лет от Земли наблюдалась мощная гамма-вспышка.

… Итак, природа этих загадочных явлений окончательно не выяснена. Их изучение только начинается.

Можно ли заметить гравитационные волны?

Еще в 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн. Однако обнаружить их до сих пор не удалось. Первый достоверный случай их наблюдения стал бы блестящим подтверждением общей теории относительности. Кроме того, эти волны содержат информацию о процессах, протекающих в космосе, которую нельзя получить иначе. «Эти завитки искривленного пространства-времени доносят до нас тайные весточки мироздания, – подобно тому, как акустические волны доносят до публики информацию об оркестре, – поясняет американский физик Кип Торн, – они, быть может, помогут нам даже расслышать шум Большого взрыва». Для астрофизиков это – новое окно в космос.

Теория гласит, что гравитационные волны возникают, когда громадные массы вещества с чрезвычайно большой скоростью сталкиваются или движутся относительно друг друга. Яркие тому примеры – это коллапс звезды в конце своего жизненного пути или слияние двойных звезд. Часть выделяющейся при этом энергии уносят с собой гравитационные волны. Они возникают также при столкновении галактик или падении крупных объектов в недра черной дыры. Их порождает и столкновение черных дыр. Расчеты показывают, что после такой сшибки черные дыры теряют до 40 % своей массы, излученной в виде гравитационных волн.

Распространяются эти волны со скоростью света. Они пронизывают пространство, словно сейсмические волны – Землю. Они пробегают с одного конца Галактики на другой, и вся толща вещества, сквозь которую они пробиваются, не способна их ослабить. «Под действием гравитационных волн вещество, лежащее на их пути, – поясняет Торн, – поочередно растягивается и сжимается в направлении, перпендикулярном оси, вдоль которой распространяются эти волны». Однако эти отклонения минимальны. Мы не замечаем их. Так, если бы мы имели дело с мостом, выстроенным от Земли до Солнца, то под действием гравитационной волны он удлинился бы на величину… атомного ядра. Попробуйте уловить подобные – неощутимые – колебания!

Гравитационные волны возникают, когда громадные массы с чрезвычайно большой скоростью сталкиваются или движутся относительно друг друга

Астрономы делят гравитационные волны на несколько классов. Во-первых, кратковременные волны. В считаные доли секунды их источники излучают больше энергии, чем Солнце за все время своего существования. Возникают эти волны при взрывах звезд и столкновениях нейтронных звезд и черных дыр.

Периодические гравитационные волны можно заметить лишь из космоса, поскольку вести наземные наблюдения мешает сейсмическая активность нашей планеты. Источником их являются двойные звезды, а также нейтронные звезды. Для слежения за ними нужен спутниковый интерферометр с базовой длиной в миллионы километров.