Труд: Луч гаммы в темном царстве

Главная Жизнь 04:29 19 Октября 2011 3405

Луч гаммы в темном царстве

Если с летящим в нашу сторону астероидом еще можно что-то сделать, то гамма-всплеску, который может покрыть планету в любую секунду, нам противопоставить пока явно нечего

Валерий Чумаков

Напечатать

У природы есть масса способов избавиться от человечества. На рубеже 60-70-х годов прошлого века люди еще редко задумывались о космических катаклизмах. Тогда их значительно больше интересовали проблемы земные. В ходу была знаменитая байка о том, что накопленного ядерного потенциала хватит на то, чтобы шесть раз разрушить Землю.

Шпионские страсти

Именно тогда США запустили серию из нескольких автоматических космических аппаратов «Вела». Это были спутники-шпионы, отслеживавшие всплески гамма-излучения, которыми сопровождались ядерные взрывы. Первые же данные со спутников превзошли все ожидания: гамма-всплески фиксировались один за другим с периодичностью примерно раз в месяц. За несколько лет накопились данные о 70 случаях. Однако на смену радости быстро пришло недоумение. Это же насколько экономически мощным должен был быть Советский Союз — а больше этим заниматься было некому, — для того чтобы выдерживать столь напряженный график дорогостоящих испытаний и при этом окружать их такой завесой секретности, что о проведенных взрывах ничего не ведали самые хитроумные и информированные агенты. Дело осложнялось тем, что установленные на «Велах» приборы не могли даже приблизительно определить источник всплеска. Они только фиксировали то, что он где-то произошел, а случилось ли это на Земле, на Луне или в какой-либо другой точке космического пространства — сие было абсолютно неизвестно.

Только в начале 70-х, сравнивая данные, полученные с разных спутников, удалось точно установить, что практически все эти всплески имели космическое происхождение. В 1973 году американский ученый Рэй Клебесадел опубликовал первую работу, в которой поведал миру о гамма-всплесках. Хотя ведать было пока особо не о чем, разве что о том, что таковые существуют, а откуда они берутся и что обозначают, Бог ведает.

После того как астрономы научились примерно определять области, в которых происходили вспышки — а длились они от нескольких секунд, до нескольких минут, — астрономы попытались разглядеть их источники. Не тут-то было: развернутые в нужную сторону телескопы не находили ровным счетом ничего. Максимум, на что натыкались искатели, — это какая-нибудь удаленная от нас на миллиарды световых лет галактика. Но если гамма-всплески рождались в их недрах, то это означало, что их мощность просто чудовищно велика. За одну секунду такой источник выбрасывал бы энергии больше, чем выбрасывает целая галактика за годы бесперебойной работы. Если бы подобный всплеск произошел на расстоянии 10 световых лет от нашей планеты, он был бы для нас эквивалентен взрыву 40 млрд. атомных бомб, сброшенных на Хиросиму.

Полная видимость

Но и в то, что совершаются они поблизости, верилось слабо. Одним из доказательств того, что всплески происходят в основном за пределами нашей галактики, было отсутствие слабых всплесков. Если, например, глядя в подзорную трубу, вы видите тысячу звезд, то логично будет предположить, что с помощью в два раза более мощной трубы вы можете таких звезд разглядеть в два раза больше. А в телескоп, мощность которого будет равна ста вашим трубам, количество видимых светил будет выше на два порядка. И это понятно, ведь более сильный прибор видит те объекты, которые были недоступны его слабому собрату. А вот в случае с гамма-всплесками такой фокус уже не проходит. Увеличение чувствительности гамма-детекторов не дает существенного увеличения количества обнаруживаемых всплесков. А это значит, что мы сидим в самом центре сферы, внутри которой эти гамма-всплески распределены абсолютно однородно и за пределами которой их просто нет. Самый близкий из зарегистрированных на данный момент всплесков произошел в одной из соседних галактик на расстоянии порядка 400 млн. световых лет. Самый далекий — на расстоянии 13 млрд. тех же лет, что сопоставимо с границами Вселенной. Большинство же всплесков происходят на так называемых космологических расстояниях — свыше 10 млрд. световых лет.

За 30 лет ученые так и не смогли точно понять, что является источником гамма-всплесков. В середине 80-х годов прошлого века астрономы даже шутили, что число теорий о происхождении всплесков превышает число известных гамма-всплесков. Известный астрофизик, сотрудник Мичиганского технологического университета доктор Роберт Немиров в одной из своих работ опубликовал список из 100 теорий возникновения этого явления. В нем в качестве источников рассматривались и взрывы черных дыр, и столкновения галактик, и взрывы маленьких сингулярностей (мини-прототипы Большого взрыва, из которого произошла наша вселенная), и даже обычные кометы. Однако сейчас астрофизики всерьез рассматривают только две гипотезы. С их точки зрения, такие всплески могут произойти либо при взрыве гигантской сверхновой (астрономы называют их «гиперновыми»), либо при столкновении двух нейтронных звезд. В обоих случаях на выходе получается черная дыра, которую разглядеть практически невозможно. Отличаются взрывы тем, что в случае гиперновой он должен быть гораздо «грязнее», чем при столкновении «нейтронок». Вместе с гамма-лучами взорвавшаяся звезда выбрасывает в космос свою оболочку, которая уносится от нее со скоростью от 10 тысяч до 30 тысяч км/с. Нейтронные же звезды такого «мусора» не производят. Их столкновение отличается почти идеальной экологической чистотой.

Интересно, что при слиянии двух черных дыр или при поглощении черной дырой нейтронной звезды такого же колоссального эффекта не получается. Дыра просто не отпускает от себя всю эту энергетическую массу, втягивая ее в себя безразмерной и всепоглощающей гравитацией.

Шоу кандидатов

В нашей галактике уже найдены три пары подходящих нейтронных звезд, которые рано или поздно сольются в смертельном поцелуе. Смертельном для всех объектов, расположенных от них на расстоянии нескольких тысяч световых лет. К счастью, ближайшая из этих пар сольется, по расчетам, лишь через 220 млн. лет. Однако нейтронные звезды весьма сложно обнаружить. Они очень малы, всего 10–20 километров в диаметре, и поэтому почти не заметны в видимом диапазоне. Так что такие незамеченные опасные пары вполне могут в любой момент неожиданно рвануть у нас под самым боком.

Гораздо легче найти звезду, которая может стать гиперновой. Такую не заметить трудно. Самым реальным кандидатом на эту роль является звезда «эта» из южного созвездия Киля. Она в 100 раз тяжелее нашего Солнца. Диаметр ее ядра равен трем световым месяцам, а внешней оболочки — двум световым годам. В XIX веке она вдруг резко просияла и стала на нашем небосклоне второй по яркости после Сириуса. Так она светила около 20 лет, после чего угасла и пропала для невооруженного хотя бы биноклем наблюдателя. Но за последние десятилетия она опять разгорелась и ее опять стало видно невооруженным глазом. В самом конце прошлого тысячелетия астрономы, направив на «эту» космический рентгеновский телескоп «Чандра», обнаружили, что центр звезды сотрясают гигантские взрывы и от нее разлетаются ударные волны. Это, скорее всего, обозначает, что звезда уже бьется в предсмертных конвульсиях.

Что будет

Про то, что случилось бы, если бы взрыв произошел на расстоянии 10 световых лет, мы уже говорили. Если бы он произошел на расстоянии порядка 1 тысячи световых лет, последствия были бы для нас несколько более мягкими. Тогда полученное Землей излучение было бы равноценно одной Хиросиме на квадрат со стороной 10 километров. Девять атомных бомб для территории Москвы. И так по всей повернутой лицом к всплеску половине планеты.

Если взрыв произойдет на расстоянии до 10 тысяч световых лет, последствия будут не столь ужасными. Возможно, кто-то при таком раскладе даже останется в живых. Сценарий будет выглядеть следующим образом. Пробив магнитное поле Земли, поток гамма-лучей обрушится на Землю. Высокоэнергетичное гамма-излучение разобьет содержащийся в воздухе азот (его в нашей атмосфере 77%) на отдельные атомы. Атомарный азот вступит в реакцию с кислородом, в результате чего получится окись азота. Она, в свою очередь, начнет разрушать озон, образуя диоксид азота. После уничтожения озоновой защиты планеты на нас обрушится поток космической радиации, который будет «зачищать» ее поверхность в течение нескольких лет. Диоксид азота, из которого будет в основном состоять новая атмосфера, — токсичный бурый газ. Приток солнечного света к поверхности планеты уменьшится примерно вдвое. Наступит новый ледниковый период. Даже если человечество переживет эти катаклизмы, не задохнется и сумеет уберечься от радиации, оно погрузится в лучшем случае в средневековое состояние, а в худшем — в каменный век. Ибо численность его сократится в тысячи раз, а все без исключения машины и механизмы, хоть как-то связанные с электроникой, выйдут из строя.

А теперь внимание: от Земли до «эты» Киля 7,5 тысячи световых лет.

Всплески зажигают

Самый мощные из известных на сегодня гамма-всплесков выбрасывали за секунду 10 в 54-й степени эрг энергии только в гамма-лучах. А между тем источники этих всплесков «светят» еще и в рент-геновском, и в радио-, и в оптическом диапазонах, испускают огромные количества нейтрино и тому подобное. Для того чтобы вы поняли, что такое 10 в 54-й степени эрг, скажем, что такую энергию, причем не только в гамма-, а во всех диапазонах вместе, нормальная галактика испускает примерно за тысячу лет нормальной работы, а такая звезда, как наше Солнце, не вырабатывает такого количества за всю жизнь. Более того, его не выделят за многие миллиарды лет жизни сто таких звезд, как наше светило.

Сами неместные

В то, что гамма-всплески настолько мощны, верилось с трудом, поэтому ученые долгое время предполагали, что происходят они где-то не так далеко, в пределах нашей галактики. А поскольку она относительно плоская и представляет из себя дискообразную спираль с шарообразным центром, то и источники гамма-всплесков должны были располагаться в основном в плоскости галактики. Однако наблюдения показали, что источники гамма-всплесков располагались на небосклоне совершенно изотропно, то есть совершенно равномерно. В любом направлении частота их появления была примерно одинаковой и весьма высокой: после того как астрофизики NASA подняли на орбиту автоматическую гамма-обсерваторию имени Комптона, на которой был установлен специальный прибор «БАТСЕ», предназначенный для фиксации и определения местонахождения гамма-всплесков, такие катаклизмы стали фиксироваться каждые сутки, в день по всплеску. И никаких признаков какой-то их особой концентрации в отдельных местах.

Киллер галактического масштаба

Астрофизик из Канзасского университета в Лоуренсе Эдриан Мелотт считает, что причиной Ордовикской трагедии, когда 443 млн. лет назад на Земле вымерло 70% животных, был мощный гамма-всплеск, произошедший где-то в нашем районе галактики. Он же стал причиной резкого похолодания, произошедшего в конце довольно теплой Ордовикской эры, перешедшей в длительный ледниковый период. Догадку ученого косвенно подтверждает тот факт, что вымерли именно те животные, которые жили на суше или неглубоко под водой, глубинные же пережили этот катаклизм практически без потерь. Доктора Джон Скейло и Крейг Уилер из Техасского университета в Остине говорят, что гамма-всплески примерно каждые 5 млн. лет оказывают на земную биосферу весьма существенное влияние, значительно зачищая ее флору и фауну.

Записки «Свифта»

В 2000 году обсерватория имени Комптона, после того как у нее отказал один из двух последних управляющих гироскопов, была уничтожена. Сейчас главным охотником за гамма-всплесками является запущенная в 2004 году космическая обсерватория «Свифт». «Свифтом» она называется вовсе не в честь автора книг про Гулливера — название обсерватории происходит от английского наречия swift — «быстро». Машинка эта действительно быстрая: зафиксировав своими датчиками гамма-всплеск, она способна за считаные секунды развернуться, направив все свои телескопы в сторону предполагаемого объекта для того, чтобы успеть зафиксировать взрыв не только в гамма-, но и в обычных, видимом и рентгеновском диапазонах. Кроме того, «Свифт» моментально передает координаты всплеска на Землю, и не на какой-то отдельный телескоп, а в интернет, в открытый доступ, чтобы любой земной астроном смог навести свою трубу на нужный участок. За неполные два года своей работы она позволила людям собрать о гамма-всплесках столько информации, сколько они не собирали за предшествовавшие ее запуску четверть века охоты.

Пронеслось

27 декабря 2004 года, на следующий день после того, как индонезийское цунами убило более сотни тысяч человек, в нашей галактике была зафиксирована относительно слабая гамма-вспышка. «Полыхнул» объект SGR 1806–20 — магнитная нейтронная звезда, называемая астрономами магнетаром. Это был один из самых слабых видов гамма-всплесков, называемый астрономами «софт гамма репитером». Энергия вспышки составила примерно 10 в 48-й степени эрг. Примерно столько Солнце вырабатывает за 150 тысяч лет работы. И несмотря на то, что объект находился от нас на прямо противоположном краю галактики, на расстоянии примерно 50 тысяч световых лет, яркость его на десятую долю секунды превысила яркость Луны. Энергия долетевшего до Земли излучения была такой, что у метеозависимых людей весь день потом раскалывалась голова, а все повернутые в его сторону космические обсерватории на некоторое время просто «ослепли». Зафиксировать вспышку удалось находившемуся «в земной тени» тому же американскому аппарату «Винд», снабженному российским детектором «Конус», о котором мы уже говорили. Причем детектор засек уже отражение гамма-потока от Луны.

Факт, что гамма-катаклизм в пределах нашей галактики был зафиксирован уже через три десятилетия после того, как люди впервые вообще узнали о явлении гамма-всплесков, сделал весьма неубедительным заявление многих ученых, что такие происшествия случаются в галактиках раз в миллионы лет. Скорее всего, происходят они значительно чаще. Просто человечеству повезло, и предыдущие взрывы происходили на относительно безопасных, в десятки тысяч световых лет от нас, расстояниях. Доказано, что туманность, известная нам как W49B, есть не что иное, как следы произошедшего в этом месте несколько тысячелетий назад гамма-всплеска. W49B — это всего 35 тысяч световых лет от Земли, другой конец галактики (ее диаметр — примерно 100 тысяч световых лет). Но всплески могут произойти и ближе и быть мощнее. Тем более что подходящие кандидаты на роль источников таких всплесков у нас имеются.

Напечатать

Жизнь 00:01 / 10 Июня 2026 14998

«Не талант, не традиции, не школа - вода. Много воды!»

Эрнст предложил «Ленфильму» покинуть центр Петербурга

Ирина Смирнова

Труд

На завершившемся Петербургском международном экономическом форуме много чего было сказано яркого и судьбоносного, направленного не в будничную хмарь, а к сияющим горизонтам. Однако некоторые дерзкие идеи вызывают...