Сверхсветовое движение объяснило кривые блеска гамма-всплесков

Астрофизики предложили модификацию модели свечения гамма-всплесков, которая описывает дополнительные особенности зависимости их яркости от времени. Эта идея подразумевает, что вещество в джете движется выше локальной скорости света в веществе, но не превышает скорость света в вакууме. В результате появляется черенковское излучение, которое и ответственно за временной профиль яркости всплеска, пишут ученые в The Astrophysical Journal.

Гамма-всплески относятся к самым ярким и наиболее энергичным процессам во Вселенной. Эти короткие вспышки излучения были впервые открыты в жестком диапазоне излучения, хотя впоследствии у некоторых были обнаружены и оптические компоненты. Считается, что гамма-всплески возникают при слиянии нейтронных звезд или коллапсе массивных звезд в конце их эволюции с образованием черной дыры. Особенностью таких взрывов должна быть сильная коллимированность выброса, то есть формирование узкого пучка, который направлен в сторону наблюдателя.

Излучение гамма-всплеска можно разделить на две части: короткую высокоэнергетическую часть и менее жесткое послесвечение. Современные модели связывают первый этап с излучением узких струй вещества, прорывающихся сквозь оболочку из внешних и сброшенных слоев звезды. Этот джет сгребает вещество и разгоняет его, при этом расходуя собственную энергию. Продолжительное послесвечение удается описать синхротронным излучением областей внешней среды, которые взаимодействовали с джетом и светят уже после значительного замедления релятивистского потока.

В последние годы активно развиваются численные модели, которые значительно продвинули понимание гамма-всплесков, но на многие ключевые вопросы ответов по-прежнему нет. В частности, нет окончательной ясности ни в механизме излучения в течение первого короткого этапа, ни в причинах вариаций кривых блеска, ни в принципах формирования спектров гамма-всплесков. Также не ясна причина характерной закономерности в кривых блеска наиболее ярких всплесков: в них наблюдается несколько специфических вариаций, которые похожи друг на друга с учетом отражения во времени.

В работе американских астрофизиков под руководством Джона Хаккила (Jon Hakkila) из Университета в Чарлстоне описана новая теоретическая идея, которая объясняет некоторые особенности свечения гамма-всплесков. Для этого необходимо, чтобы в течение всплеска скорость вещества менялась, а ее величина пересекала значение, соответствующее скорости света в данной среде.

Это условие вполне может выполняться, если учесть, что наблюдаемые лоренц-факторы в гамма-всплесках могут достигать сотни или превышать этот показатель. При этом специальная теория относительности Эйнштейна не нарушается, так как превышается только локальная скорость света, но не скорость света в вакууме, которая является предельной.

Для такого локально сверхсветового движения характерно хорошо известное и в земных условиях черенковское излучение, которое порождается средой, в которой происходит перемещение. Если тело замедляется или ускоряется, при этом совершая переход между сверхсветовым и досветовым режимами движения, то может наблюдаться эффект релятивистского удвоения изображения. В таком случае один из образов будет двигаться вперед сонаправленно с реальным телом, а второй — в противоположную сторону.

Релятивистское удвоение изображения авторы поясняют на простом примере прыгающего по воде камня. В этой ситуации камень перемещается быстрее волн на поверхности воды, поэтому, если он двигался строго по направлению к наблюдателю, то тот сперва зафиксирует волны от последнего касания воды, а затем — последовательно — все другие, вплоть до самой ранней. Если представить ситуацию, в которой камень замедляет движение настолько, что начинает двигаться медленнее волн, то ситуация меняется. В таком случае наблюдатель сперва регистрирует все учащающиеся волны от ранних к поздним, а потом от поздних к ранним.

Применение идеи релятивистского удвоения изображения позволило исследователям на качественном уровне объяснить зеркальную во времени структуру кривой блеска гамма-всплесков, их относительного растяжения, степень асимметрии и связи с усредненным временным профилем.

Авторы считают, что источником такого излучения может быть волнообразное возмущение, двигающееся с переменной скоростью внутри расширяющегося релятивистского джета. При этом подходящие особенности кривой блеска можно получить и при ускорении, и при торможении. Ученые отмечают, что причина формирования такого возмущения пока не ясна, но для этого необходимо численное моделирование процесса. Также для подтверждения гипотезы необходимо доказать, что получающееся черенковское излучение будет когерентно, потому что в ином случае получить достаточную для объяснения яркости гамма-всплесков интенсивность будет невозможно.

Ранее астрофизикам впервые

зарегистрировать поляризацию радиоизлучения, сопутствующего гамма-всплеску. Также недавно был 

гамма-всплеск с энергией равной полной аннигиляции Солнца. В другой работе астрономы 

связь между сверхдлинным гамма-всплеском и взрывами сверхновых.

Тимур Кешелава