«Вспышка справа»

Гамма-всплески — это мощнейшие взрывы во Вселенной, высвобождающие неимоверное количество энергии в самой жесткой части электромагнитного спектра. Их природа до конца не известна, а кривые блеска, которые получают телескопы, сильно отличаются друг от друга, затрудняя классификацию. Более-менее точно установлено лишь разделение на короткие и длинные гамма-всплески.

Короткие вспышки можно объяснить слиянием нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Длинные вспышки — это, предположительно, результат гравитационного коллапса массивной звезд, быстро вращающейся вокруг своей оси. При этом в течение нескольких секунд только в гамма-диапазоне выделяется энергия, которую наше Солнце излучит за 10 миллиардов лет непрерывного термоядерного синтеза.

Такие разрушительные события происходят в среднем раз в миллион лет в одной галактике. Но их яркость настолько велика, что мы регистрируем гамма-всплески почти каждый день — вспышки даже в далекой и в обычных обстоятельствах неразличимой галактике легко детектируются вот уже полвека.

Значит ли это, что мы видим все гамма-всплески во Вселенной? Скорее всего нет. Если модели, отвечающая за выброс такой энергии, верны, то мы видим лишь доли процентов от их общего числа. А что с остальными? 

Вот об этот и пойдет речь в новой статье Джанкарло Джирланды для журнала Astronomy and Astrophysics. Дело в том, что вращающаяся система (будь то пара нейтронных звезд или всего лишь одна массивная звезда) с точки зрения геометрии имеет не сферическую, а осевую (аксиальную) симметрию. И если энергия будет покидать эту систему, она будет большей частью ориентирована вдоль оси вращения.

Истечение вещества вдоль оси называется джетом (эта калька с англоязычного jet уже прижилась в русском). Энергии при таком всплеске так много, что излучение уходит в гамма диапазон, а вещество разгоняется до 99.995 процентов от скорости света. И когда говорят об обнаружении гамма-всплеска, имеют в виду именно джет. Если джет не направлен в сторону Земли (а предполагать, что все Земля окружена врагами, пуляющими по нам гамма-излучением, по меньшей мере параноидально), то обнаружить гамма-всплеск практически невозможно (хотя бы потому, что гамма-излучение только в джете и присутствует).

Но чтобы точнее понять физику процесса — как именно гамма-всплески образуются, можно ли их предсказать заранее, есть ли кандидаты в гамма-всплески поблизости от нас — надо научиться регистрировать гамма-всплески, случайно ориентированные в пространстве. Почему это важно? Ну, хотя бы потому, что попади наша Земля под джет от взрыва в нашей Галактике, — историю человечества можно будет потихоньку закрывать. 

Что предлагается в статье?

По мере разрушения массивной звезды звезды (или пары нейтронных звезд) вращение системы уменьшится, а значит исчезнет необходимое условия образования джета, изначально коллимированный (параллельный) поток начнет «расползаться», образуя ореол или послесвечение.

Телесный угол такого ореола будет все больше и рано или поздно часть излучения будет направлена на Землю. Одновременно с этим мощность излучения будет падать, причем довольно быстро. Программа, разработанная учеными, предсказывает период времени, когда случайно ориентированный в пространстве гамма-всплеск может быть обнаружен телескопами, работающими в разных частях электромагнитного спектра (такие гамма-всплески без регистрации, собственно, гамма-излучения в статье называются по-простому: «сиротскими»). 

Выводы авторов не самые радужные — несмотря на надежное детектирование тысяч гамма-всплесков, ни одного «сиротского» пока не обнаружено. Более того, не факт, что это в ближайшем будущем произойдет: существующие широкоугольные телескопы слишком слабы, чтобы надежно распознать быстро затухающее излучение, в то время как большие и мощные телескопы обычно имеют маленький угол обзора, а это резко снижает вероятность попадания гамма-всплеска в его поле зрения. Напомню, что гамма-всплеска абсолютно хаотично разбросаны по небу и предсказать координаты появления следующего невозможно.

Так, один из самых известных обзоров, Слоановский цифровой небесный обзор, в лучшем случае сможет находить один гамма-всплеск в год. Обзор Pan-STARRS (тот самый, что подарил нам одноименную комету, которую можно было наблюдать в марте 2013-го) в лучшем случае откроет 12 сиротских гамма-всплесков в год. И даже Гайя, космический телескоп, который, постоянно вращаясь, сканирует космос, в лучшем случае сможет добавить всего около двух «сироток» в год. 

Кроме того, чтобы подтвердить, что зафиксированный быстрозатухающий сигнал — действительно новый тип гамма-всплесков, а не сверхновая типа Ib/c, нужны продолжительные наблюдения. Опуская бюрократические трудности получения наблюдательного времени на подходящих телескопах, надо сказать, что задача эта совсем не тривиальная. Она предполагает, например, сбор спектроскопических данных, а спектрографы, как известно, могут работать только достаточно яркими объектами, иначе — полученный спектр будет слишком тусклым.

Надежды команды Джирланды связаны с Большим обзорным телескопом, чей ввод в строй намечен на 2020 год, и рентгеновским телескопом eROSITA, который должен быть установлен на орбитальную обсерваторию СПЕКТР-РГ (запуск предположительно в 2016-м). Вместе они должны регистрировать около семидесяти пяти новых гамма-всплесков, и это, можно надеяться, даст необходимую статистику для проверки существующих моделей образования гамма-всплесков.

Марат Мусин