space

Гамма-всплески могут быть гораздо реже, чем мы думали

Первое в истории 3D-моделирование формирования струи черной дыры показывает, почему загадочные гамма-всплески кажутся мигающими, и предполагает, что эти таинственные явления могут быть гораздо более редкими, чем думали астрономы. Гамма-всплески — это самые яркие и мощные вспышки света, которые существуют во Вселенной.

Впервые обнаруженные в 1967 году, эти ослепляющие вспышки света генерируются, когда массивные звезды коллапсируют в черные дыры, выбрасывая струи вещества, которые выбрасываются в космос почти со скоростью света. В настоящее время спутники фиксируют около одного гамма-всплеска где-то во Вселенной каждый день.

Астрономы, однако, считают, что до 500 в день могут мелькать во Вселенной без нашего ведома. Новое исследование предполагает, что фактическое число может быть в 10 раз меньше.

Исследование, проведенное группой астрономов из Северо-Западного университета, впервые в подробностях смоделировало в 3D рождение струй черных дыр, приводимых в действие коллапсирующими звездами. Моделирование показало, что по мере коллапса массивной звезды в ее сердце начинает формироваться черная дыра, окруженная диском падающего материала.

В некоторых случаях этот материал может быть ускорен в непосредственной близости от черной дыры в струю, которая ускользает от гравитационного притяжения черной дыры. Все это происходит, пока зарождающаяся черная дыра все еще окружена оболочкой умирающей звезды.

«Предыдущие исследования пытались понять, как работают [джеты], но эти исследования были ограничены вычислительной мощностью и должны были включать множество предположений», — говорится в заявлении Оре Готлиба, астрофизика из Северо-Западного университета и ведущего автора нового исследования.

«Мы смогли смоделировать всю эволюцию джета с самого начала — от его рождения черной дырой — без каких-либо предположений о структуре джета. Мы проследили за джетом от черной дыры до места выброса и нашли процессы, которые не учитывались в предыдущих исследованиях». По словам исследователей, чтобы вызвать гамма-всплеск, у струи должно быть достаточно энергии, чтобы пробить оболочку коллапсирующей звезды и вырваться в окружающее пространство.

«Джет генерирует [гамма-всплеск], когда достигает примерно в 30 раз больше размера звезды — или в миллион раз больше размера черной дыры», — сказал Готлиб. «Другими словами, если черная дыра имеет размер пляжного мяча, струя должна распространиться на всю Францию, прежде чем она сможет произвести гамма-всплеск».

Моделирование впервые показало, что когда материал коллапсирующей звезды падает на аккреционный диск вокруг черной дыры, он заставляет этот диск наклоняться и раскачиваться, как юла. Этот наклон влияет на траекторию струи, которая, в отличие от предыдущего предположения, не следует постоянной прямой линии. Это колебание струи объясняет одну из самых больших загадок гамма-всплесков — их мерцающую природу.

«Излучение гамма-всплесков всегда нерегулярно», — сказал Готлиб. «Мы видим всплески излучения, а затем период покоя, который длится несколько секунд или более. Полная продолжительность гамма-всплеска составляет около одной минуты, поэтому эти периоды покоя составляют значительную часть общей продолжительности. модели не могли объяснить, откуда взялись эти спокойные времена.

Это колебание, естественно, дает объяснение этому явлению». Точно так же, как луч маяка, гамма-всплеск виден астрономам только тогда, когда генерирующая его струя направлена ​​на Землю. Колебания струи, однако, также означают, что можно наблюдать намного больше всплесков гамма-излучения, чем ученые предполагали ранее.

«Наблюдаемые и истинные скорости различаются, потому что мы можем видеть только гамма-всплески, которые указывают на нас», — сказал Готлиб. «Это означает, что нам нужно что-то предположить об угле, под которым эти джеты покрывают небо, чтобы сделать вывод об истинной частоте гамма-всплесков. То есть, какую часть гамма-всплесков мы упускаем».

Эта новая модель предполагает, что колебание увеличивает наблюдаемость гамма-всплесков до десяти раз, а это означает, что только 50 вместо 500 могут вспыхивать во Вселенной в любой день. Это может быть хорошей новостью для нас на Земле, поскольку гамма-всплеск, взорвавшийся слишком близко к нашей планете, сдует большую часть земной атмосферы, особенно озоновый слой, который защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения.

Поделиться с друзьями: