Гамма-всплески являются одними из самых мощных событий во вселенной, которые зажигаются, когда звезды умирают в результате массивных взрывов или когда они сливаются в ... массивные взрывы.
Когда происходят эти жестокие космические взрывы, они действуют как космические маяки, испуская лучи одного из самых ярких лучей во вселенной, наряду с потоком нейтрино, этих тонких, похожих на призраков частиц, которые скользят по вселенной почти полностью незамеченными.
Очевидно, вы не хотели бы подвергаться одному из этих смертоносных взрывов энергии ДНК. Но физики считали, что гамма-всплески опасны, только если вы находитесь на узком пути одной из струй, исходящих от взрыва. К сожалению, новое исследование, обновленное в базе данных arXiv 29 ноября (но еще не прошедшее рецензирование), показывает, что эти извержения являются плохой новостью и могут посылать смертоносные лучи под гораздо более широким углом, чем считалось ранее.
Космические гамма-фабрики
За десятилетия астрономы идентифицировали два вида небесных гамма-всплесков (называемых GRBs для краткости): длинные, продолжающиеся более 2 секунд (до нескольких минут), и короткие, продолжающиеся менее 2 секунд. Мы не совсем уверены, что вызывает гамма-всплески в космосе, но считается, что длинные образуются, когда самые большие звезды в нашей вселенной погибают при взрывах сверхновых, оставляя позади нейтронные звезды или черные дыры. Такая катастрофическая смерть как ослепительно высвобождает огромное количество энергии в относительной вспышке, и вуаля! Гамма-всплески.
С другой стороны, считается, что короткие гамма-всплески происходят от совершенно другого механизма: слияния двух нейтронных звезд. Эти события не так сильны, как их двоюродные братья сверхновые, но они наносят достаточно локальный ущерб, чтобы произвести вспышку гамма-излучения.
Внутри реактивного двигателя
Тем не менее, когда нейтронные звезды сталкиваются, это ужасно. Каждая нейтронная звезда весит в несколько раз больше массы Солнца Земли, но эта масса сжимается в сферу, не превышающую типичный город. В момент удара между двумя такими объектами они свирепо вращаются вокруг друг друга со здоровой скоростью света.
Затем нейтронные звезды сливаются, образуя либо более крупную нейтронную звезду, либо, если условия правильные, черную дыру, оставляя за собой след разрушения и мусора от предыдущего катаклизма. Это кольцо материи падает на труп бывшей нейтронной звезды, образуя так называемый аккреционный диск. В случае недавно образовавшейся черной дыры этот диск питает монстра в центре груды обломков со скоростью до нескольких солнц в секунду.
Со всей энергией и материалом, циркулирующим вокруг и перетекающим в центр системы, сложный (и плохо понятый) танец электрических и магнитных сил заводит материал и запускает струи этого вещества вверх и от ядра, вдоль оси вращения центрального объекта и в окружающую систему. Если эти самолеты прорываются, они выглядят как гигантские короткие прожекторы, мчащиеся от столкновения. И когда эти прожекторы указывают на Землю, мы получаем импульс гамма-излучения.
Но эти самолеты относительно узкие, и пока вы не видите GRB в лоб, это не должно быть так опасно, верно? Не так быстро.
Нейтринная фабрика
Оказывается, что струи образуются и удаляются от места слияния нейтронных звезд беспорядочно и сложно. Газовые облака закручиваются и переплетаются друг с другом, а потоки излучения и вещества от центральной черной дыры не образуют аккуратной и упорядоченной линии.
Результатом является полный разрушительный хаос.
В новом исследовании пара астрофизиков изучила детали этих систем после столкновения. Исследователи уделили пристальное внимание поведению массивных газовых облаков, когда они спотыкаются о себя в давке, приводимой в движение сбегающими струями.
Иногда эти газовые облака сталкиваются друг с другом, образуя ударные волны, которые могут ускорять и приводить в действие их собственные наборы радиации и частиц высокой энергии, известных как космические лучи. Эти лучи, состоящие из протонов и других тяжелых ядер, получают достаточно энергии, чтобы разогнаться почти до скорости света, поэтому они могут временно сливаться, создавая экзотические и редкие комбинации частиц, таких как пионы.
Затем пионы быстро распадаются на потоки нейтрино, крошечных частиц, которые заполняют вселенную, но почти никогда не взаимодействуют с другим веществом. И поскольку эти нейтрино образуются за пределами узкой области струи, доносящейся от самого GRB, они могут быть видны даже тогда, когда мы не получаем полный взрыв гамма-лучей.
Сами нейтрино являются признаком того, что свирепые, смертельные ядерные реакции происходят дальше от центра струй. Мы еще точно не знаем, как далеко простирается опасная зона, но лучше, чем потом сожалеть.
Итак, в заключение: просто не подходите близко к сталкивающимся нейтронным звездам.
Пол М. Саттер является астрофизиком вГосударственный университет Огайо, хозяинСпроси космонавта иКосмическое Радиои авторВаше место во Вселенной.
