Астрофизики заглянули внутрь мощного гамма-всплеска с оптическим излучением
Международная группа ученых с участием исследователя из НИУ ВШЭ зафиксировала редкое оптическое излучение от одного из мощнейших гамма-всплесков в истории наблюдений. Астрофизики измерили параметры среды, в которой произошла вспышка, и смоделировали поведение гамма-всплеска. Это помогло ученым понять, почему такие вспышки сопровождаются электромагнитным излучением в видимом диапазоне.
Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy. Один из основателей современной астрофизики Иосиф Шкловский писал, что жизнь звезды — это вечная борьба между двумя силами: силой тяготения, которая стремится сжать звезду, и силой газового давления, которая пытается ее распылить. Когда термоядерные реакции в ядре звезды «выключаются», оно перестает поддерживать собственное равновесие и пытается сократиться в одну точку. Если подобное происходит со звездой, масса которой в десять и более раз превышает массу Солнца, случается коллапс: ядро сжимается, оболочка разлетается и происходит катастрофический взрыв галактического масштаба. В результате самые массивные звезды превращаются в черные дыры.
Взрыв сопровождается мощным всплеском гамма-излучения — потоком фотонов, несущих энергию в миллионы и более раз большую, чем кванты привычного нам видимого света. Гамма-всплеск — это чрезвычайно короткое по времени (может длиться от нескольких долей секунды до нескольких сотен секунд) и непредсказуемое явление. Никто не знает, где — в какой галактике — и в какой момент появится вспышка. Кроме того, гамма-излучение не проходит сквозь атмосферу Земли, поэтому всплеск можно зафиксировать только с помощью космического телескопа.
Гамма-всплески начали регистрировать с конца 1960-х годов. Долгое время ученые фиксировали только невидимое человеческому глазу гамма-излучение от вспышек. Однако существовали предположения, что эти всплески могут сопровождаться и оптическим излучением, которое можно увидеть с Земли. Наблюдать его впервые удалось 23 января 1999 года.
Для быстрой фиксации оптического излучения ученые разработали роботизированные телескопы. Они способны в режиме реального времени собирать данные с места вспышки. Гамма-всплеск 20 июня 2021 года — один из самых мощных среди тех, что удалось пока зафиксировать, — исследователи наблюдали с помощью телескопов в Чехии и Испании, а также российской системы Mini-MegaTORTORA Казанского федерального университета, которая находится на Северном Кавказе. Они начали фиксировать свечение через 28 секунд после гамма-вспышки. Данные, полученные одновременно с трех телескопов, позволили восстановить общую форму кривой блеска, наклон оптического спектра в зависимости от времени, а также выявить раннюю эволюцию цвета оптического излучения (см. рисунок).
«Нам повезло. Во-первых, мы увидели достаточно яркое сопутствующее излучение. Во-вторых, наблюдали его с хорошим временным разрешением: делали кадры с высокой частотой. В-третьих, получили информацию о спектре оптического излучения. В системе Mini-MegaTORTORA наблюдения удалось провести синхронно в двух оптических фильтрах — синем и желто-зеленом. То есть мы измерили не просто общую яркость, а яркость в отдельных цветах. Это редкий, почти уникальный случай», — комментирует один из соавторов исследования, доцент факультета физики НИУ ВШЭ Антон Бирюков.
Подробные данные об излучении в оптическом и других диапазонах позволили определить физические параметры среды гамма-всплеска в той области, где генерировалось оптическое излучение. «Тот обширный набор данных, который получила группа, позволил заглянуть внутрь этой машины гамма-всплеска. Мы будто скальпелем разрезали гамма-всплеск и посмотрели, что там происходит: какие движутся частицы, какая у них энергия, какова плотность среды, какие магнитные поля», — поясняет ученый.
Авторы исследования пришли к выводу, что свечение при гамма-всплеске возникает из-за того, что заряженные частицы высокой энергии, скорость которых почти неотличима от скорости света, движутся в разреженной среде с сильным магнитным полем. «Гамма-всплески — своего рода маяки из ранней Вселенной. Ведь мы фиксируем эти явления на расстоянии в несколько миллиардов световых лет. Это те немногие источники, которые позволяют нам узнать, как были устроены звезды миллиарды лет назад, как завершалось их существование, какая была межзвездная среда, их окружавшая: сколько там было газа и какого, как он взаимодействовал с разлетающимися оболочками звезд», — говорит Антон Бирюков.
Изучение гамма-всплесков не только расширяет наши знания о самых массивных далеких звездах. С точки зрения фундаментальной физики гамма-всплески — это естественные физические лаборатории, в которых реализуются наиболее экстремальные условия: сверхвысокие энергии, скорости, плотности, силы тяготения. Именно такие состояния позволяют ученым проверять те физические теории, которые известны человечеству.
«Физики отдают себе отчет в том, что существующие фундаментальные теории, которые описывают мир, — теория относительности и квантовая механика — имеют свои границы применимости. Нащупать эти границы мы можем только экспериментально. Гамма-всплеск — один из таких естественных экспериментов. Однако обнаружить границы не так легко. Необходимо продолжать наблюдения и предпринимать попытки детального описания как можно большего количества подобных событий, чтобы накопить достаточный объем информации. Но это естественный ход научного познания», — подытоживает астрофизик.
Telegram 
Дзен 
VK Биологи провели молекулярный анализ тканей человеческого мозга и выяснили, что при тяжелой депрессии останавливается процесс образования новых нейронов. Открытие показало, что природа заболевания кроется не только в химическом дисбалансе нейромедиаторов, но и в физическом нарушении клеточного обновления гиппокампа.
Запуск китайского космического автомата на этой неделе должен был привести к первой посадке земного аппарата на южном полюсе Луны. Однако сочетание тайфуна и слабых энергетических возможностей современных китайских ракет заставило отказаться от запуска не только на август, но и на весь 2026 год.
Ученые Сеченовского Университета разработали клеточные блоки, которые могут стать основой для 3D-биопечати пародонта — комплекса тканей, окружающих зуб, и удерживающих его в альвеоле. Исследователи показали, что комбинация клеток десны и зубной пульпы позволяет создавать более устойчивые и функциональные тканевые конструкции, чем использование каждого типа клеток по отдельности. Работа стала важным этапом на пути к созданию тканеинженерного пародонтального комплекса.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Большой адронный коллайдер многие воспринимают как инструмент изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска редких частиц. Но ушедший на обновление ускоритель частиц все еще приносит новые данные и о таких, казалось бы, хорошо изученных объектах, как ядро атома кислорода. Физики ЦЕРН выяснили, что и оно, и ядро атома неона ведут себя не так, как предсказывали модели.
Вполне возможно, что примерно 55 тысяч лет назад неандертальцы обитали гораздо южнее, чем считалось до сих пор. На то, что они могли приспособиться к жизни в условиях пустыни, указали каменные орудия, обнаруженные на Аравийском полуострове.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно