TopList Яндекс цитирования
Русский переплет
Портал | Содержание | О нас | Авторам | Новости | Первая десятка | Дискуссионный клуб | Научный форум
-->
Первая десятка "Русского переплета"
Темы дня:

Ещё многих дураков радует бравое слово: революция!

| Обращение к Дмитрию Олеговичу Рогозину по теме "космические угрозы": как сделать систему предупреждения? | Кому давать гранты или сколько в России молодых ученых?
Rambler's Top100


next up previous
Next: Итало-голландский эксперимент BeppoSAX

"ВОЕННАЯ ТАЙНА" АСТРОФИЗИКИ
Соросовский образовательный журнал, N5, 1998 В.М.Липунов
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

"MILITARY SECRET" OF ASTROPHYSICS

V.M.LIPUNOV

During about 30 years astrophysicists tried without any success to solve one of the most mysterious problems -- problem of nature of Gamma Ray Bursts. Dozens of space experiments, dozens of dozens of theoretical papers just were fogging the situation. Only recently, in spring 1997, it becomes clear that we deal with the most huge and powerful phenomenon in the Universe.

Около тридцати лет астрофизики безуспешно пытались разгадать одну из самых загадочных тайн Вселенной -- природу гамма-всплексов. Десятки космических экспериментов, сотни теоретических статей лишь затуманивали ситуацию, и только совсем недавно, весной 1997 года, стало ясно, что мы имеем дело с самым грандиозным по мощности явлением в природе.

Есть военные тайны, а есть тайны природы и истории, связанные с ними и иногда тесно переплется. После подписания договора о запрете ядерных испытаний в трех средах в 1964 году, Пентагон запустил несколько военных спутников с целью контроля за ядерными испытаниями потенциальных противников и союзников. Идея слежения проста: подрыв ядерного устройства на поверхности или в атмосфере сопровождается коротким всплеском гамма-излучения. Если на околоземной орбите расположить несколько гамма-voen.ltx детекторов, то по временной задержке импульсов можно определить, какая из стран нарушает договор о ядерном воздержании. Вскоре выяснилось, что, кроме как Францией и Китем, конвенция нарушается некой третьей державой, расположенной в ...созвездии Большой Медведицы. Гамма-всплеки приходили из космоса! Лишь через несколько лет эти данные были рассекречены и предоставлены к обдумыванию астрономам, и вот уже почти тридцать лет бывшая военная тайна остается самой большой научной загадкой современной астрофизики. Все попытки найти источники гамма-всплесков заканчивались полным провалом. Создавалось впечатление, что они приходят из пустоты. Конечно, из такого скудного экспериментального материала родилось великое множество теоретических моделей. В потенциальные виновники попало практически все, что "плохо светит" в видимом диапазоне, -- от роя околосолнечных комет до реликтовых черных дыр, оставшихся от неоднородностей Большого Взрыва Вселенной.

  figure15
Figure: Запись гамма-всплеска GRB 940206, произведенная с борта гамма-обсерватории им. Комптона. Этот всплеск не является типичным, потому что типичного всплеска нет. Общее лишь то, что в течении долей или нескольких секунд "из пустоты" появляется поток гамма-квантов обладающий сложной изрезанной временной структурой.

Поражала высокая частота событий -- всплески детектировались почти каждый день, что впервые было установленно в прекрасном советском эксперименте "Конус", осуществленном под руководством Е.П.Мазеца на космических аппаратах "Венера-11,12" и "Прогноз" в 70-е годы. Но еще более удивительным оказалось то, что всплески с равной вероятностью приходят с любого направления (распределены изотропно), но в пространстве расположены неоднородно! Последнее обстоятельство устанавливается путем статистического анализа зависимости частоты событий от интенсивности всплеска вблизи Земли. Это знаменитая зависимость "LogN - LogS". Она весьма полезна, когда ничего не известно о расстояниях до объектов. В плоском эвклидовом пространстве, однородно заполненном объектами, зависимость имеет наклон -3/2. Действительно, поток энергии, падающий на приемник обратно пропорционален квадрату расстояния до источника:

displaymath124

а число источников ярче F пропорциально объему сферы радиуса R

displaymath126

Oткуда

displaymath128

  figure25
Figure 2.: Зависимость logN-logS для гамма-всплесков, полученная по данным наблюдений СGRO (точки), и теоретические кривые, полученные с помощью Машины Сценариев для различных моментов образования галактик после начала расширения Вселенной (Липунов, Постнов, Прохоров, Панченко, Йоргенсен (1995)).

В ХVIII в. Уильям Гершель, анализируя эту зависимость для звезд, установил, что наша Галактика плоская, точнее, имеет дискообразную форму. Млечный Путь, видимый простым глазом в ясную безлунную ночь -- не что иное, как наша Галактика, точнее, все ее неблизкие звезды, слившиеся в одну светящуюся полосу. А как выглядит "галактика" гамма-всплесков? Есть ли у нее своя полоса, состоящая из слабых всплесков? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно иметь координаты и яркость как можно большего числа всплесков.

Последний эксперимент, поставленный на американской орбитальной гамма-обсерватории имени Артура Комптона (Compton Gamma Ray Observatory- - CGRO), позволил обнаружить более 2000 новых вслесков, и оказалось, что наклона -3/2 практически нигде нет (см. Рис. 2), а по небу источники распределены изотропно. Странная получается "галактика". Распределение по потокам показывает, что она дискообразная, а на небе никаких следов Млечного Пути нет!

  figure29
Figure 3.: Карта 1000 гамма-всплесков, обнаруженных с 1991 по 1994 год с борта космической обсерватории им. А.Комптона.

Ничего подобного в нашей Галактике быть не может. Но в нашей Вселенной есть один практически идеально изотропный объект -- это сама Вселенная!

Имено это заставило многих ученых отказаться от галактичексой модели гамма-всплесков. Правда, не всех, и астрономическое сообщество разделилось на две, примерно равные части, в соответствии с крайними точками зрения:

tex2html_wrap_inline132
либо источники гамма-всплесков удалены на космологические расстояния и их изотропия связана с изотропией нашей Вселенной,
tex2html_wrap_inline132
либо они непосредственно окружают нашу Галактику, образуя своеобразную сферическую корону.

Дело даже дошло до публичных дебатов в Музее Естественной Истории в Вашингтоне между сторонниками этих гипотез (последний раз подобные дебаты проходили между Шэпли и Куртисом в 1920 году относительно того, являются ли слабые туманности далекими галактиками, подобными нашей). Сторонники галактической гипотезы аргументировали свою позицию, в основном прибегая к критике оппонентов: если встать на космологическую точку зрения, то есть удалить гамма-всплески на расстояния порядка 15 миллиардов световых лет, то, для объяснения наблюдаемой яркости всплесков нужно согласиться, что их источники -- это самые мощные объекты Вселенной. Действительно, даже самые слыбые из них создают у Земли поток энергии tex2html_wrap_inline136 и, следовательно, их светимость или мощность равна (сравните с формулой (1)):

displaymath138

Напомним, что до сих пор самыми мощными источниками во Вселенной считались квазары, светимость которых в 10 000 раз меньше! А ведь есть гамма-всплески и в сто раз ярче, а это уже tex2html_wrap_inline140 . При самом эффективном механизме переработки массы в излучение, известном сейчас в астрофизике, требуется, чтобы в течении одной секунды "вступали в реакцию" массы, примерно равные массам звезд. Не слишком ли высока цена у космологической модели?

Сторонники же космологической точки зрения, во-первых, критиковали модель короны, явно противоречащую наблюдениям, -- ведь рядом с нашей есть несколько близких галактик, в том числе видимых невооруженным глазом, а вокруг них никаких корон нет. А во-вторых, космологическая гипотеза самым естественным образом объясняет кажущуюся неоднородность в распределении гамма-всплесков в пространстве. Ведь формула (2) в нашей Вселенной не верна! Все дело в общей теории относительности. В кривом пространсте объем сферы не равен tex2html_wrap_inline142 и прямая LogN-LogS становится кривой с мешьшим наклоном даже при однородном распределении источников!

Какой процесс может обеспечить столь высокую светимость?

Сравнимые энергии выделяются при вспышках сверхновых, но при этом она почти целиком уносится нейтрино (оптическая вспышка является при этом лишь бледной тенью и растянута во времени на месяцы из-за огромного количества вещества, окутывающего центр высвечивания). Вот если бы вокруг не было вещества, то излучение, не перерабатываясь в мягкие кванты, за несколько секунд уходило бы в виде гамма-всплеска.

Но именно такая ситуация и реализуется при слиянии двух НЗ!

Идея о том, что слияние НЗ является причиной всплесков, высказанная еще в 1982 году советским астрофизиком С.И.Блинниковым с соавторами, в последние годы стала наиболее популярной.

Появилась серия работ, в которых наблюдаемая кривая LogN-LogS объяснялась эффектами ОТО в космологии. Однако недостаком всех этих работ было одно простое обстоятельство, ведь НЗ -- это результат звездной эволюции, а ведь было время (примерно 15 млрд. лет назад), когда не то, что звезд, не было даже галактик и, следовательно, сливающиеся НЗ распределены в наблюдаемом объеме Вселенной неоднородно! Темп слияния определяется законами эволюции (эволюционным сценарием) и историей образования звезд в нашей Вселенной (функцией звездообразования). На Рис.4 показан сценарий эволюции двойной системы, приводящий к образованию двойной нейтронной звезды и заканчивающийся полным слиянием вследствии излучения гравитационных волн.

Эволюция двойной начинается с образования двух голубых звезд, внутри которых идет термоядерная рекция горения водорода в гелий. Затем первая, певоначально более массивная, звезда пережигает свой водород и увеличивает свой радиус, постепенно приближаясь к критической полости Роша, -- поверхности, разграничивающей области гравитационного влияния компонент двойной. Через 12.7 млн. лет она заполняет свою полость Роша и начинает перетекать на соседку. В результате происходит перемена ролей, -- первоначально более массивная звезда становится менее массивной. Обмен массой оканчивается в тот момент, когда центральное ядро первой звезды сжимается и отделяется от оболочки. При этом в ее ядре происходит возгорание гелия. Образуется так называемая астрономами звезда типа Вольфа-Райе (WR), которая через 130 тысяч лет пережигает весь гелий и взрывается как сверхновая звезда, оставляя сверхкомпактный остаток -- нейтронную звезду. Так как взрывается менее масивная звезда, -- система не разваливается, и эволюция продолжается. Нейтронная звезда проходит несколько стадий -- от состояния эжектирующей потоки релятивистких частиц быстро вращающейся звезды до медленно вращающейся аккрецирующей звезды. Но более важно, что ее соседка наконец пережигает свой водород и повторяет путь первой звезды, рождая в конце вторую нейтронную звезду: образуется система двух нейтронных звезд, одна из которых, более молодая, проявляет себя как радиупульсар. Такие системы реально сейчас наблюдаются в Галактике. Параметры двойной системы, состоящей из двух нейтронных звезд, полностью контролируются гравитационно-волновым излучением. Примерно через 12 млрд. лет гравитационные волны уносят весь орбитальный момент двойной, и звезды сталкиваются, выделяя гигантскую энергию, состоявляющую несколько десятков процентов энергии покоя звезд.

  figure46
Figure 4.: Эволюционный трек двойной системы, приводящий к образованию двойной нейтронной звезды. Слева и справа в ближайших колонках приводятся массы звезд в единицах солнечной массы. А - расстояние между звездами, выраженное в солнечных радиусах, и Т - возраст двойной системы в миллионнах лет.

Знание эволюции тесных двойных позволяет ответить на вопрос о том, соответсвует ли наблюдаемая функия LogN-LogS гамма-всплесков гипотезе сливающихся НЗ ? Такая задача была решена нами.

Прежде всего, мы расcчитали эволюцию темпа слияния в некоторой галактике, все звезды которой образовались одновременно в некоторый момент времени. Фактически, эта уникальная кривая, полученная с помощью специальной компьюторной программы -- "Машины Сценариев" (Подробнее об этой программе написано в другой популярной статье автора: "Искусственная Вселенная") -- описывает так называемые эллиптические галактики, в которых нет существенного звездообразования в настоящую эпоху. Это удается сделать с хорошей точностью, так как из наблюдений известна доля вещества, сосредоточенная в эллиптических и спиральных галактиках, а у последних звездообразование более-менее стационарно.

Полученные кривые привели нас к следующим заключениям: во-первых, наблюдаемые данные и гипотеза сливающихся НЗ находятся в хорошем согласии при определенных космологических параметрах (весьма близких к стандартным параметрам нашей Вселенной, найденных независимо по реликтовому излучению и крупномасштабной структуре Вселенной), во-вторых, расчеты показывают, что кривая LogN-LogS должна при переходе к более слабым потокам (пока еще недоступным) неизбежно изогнуться вверх (см. Рис. 2).

Последнее является отличным тестовым предсказанием, так как во всех других моделях ничего подобного не ожидается. Само же появление перегиба связано с тем бесспорно установленном фактом, что примерно 15 млрд. лет назад в нашей Вселенной шло бурное образование звезд и галактик. Однако, в то время не хватало данных для откртыия перегиба на кривой LogN-LogS.

Да и в конце-концов, метод Гершеля -- это статистика, а нужен принципиально новый эксперимент, дающий прямую информацию о свойствах гамма-всплеков и, желательно, не только в гамма-диапазоне.

Вплоть до весны этого года такого экспериемнта не было и в научных журналах продолжали появлятся самые фантастичесмкие модели гамма-всплесков...

Продолжение


Что говорят об этом в Дискуссионном клубе?
262991  2002-12-20 14:33:58
Gregory Tsarevsky http://www.atnf.csiro.au/people/gregory.tsarevsky/
- Dear Prof. Vladimir Lipunov,

My brief comment to your bright essay 'Italian-Dutch Experiment Beppo SAX": Beppo was a nickname (not a name!) of the (already late) very popular in Italia physicist and Science organizer Giuseppe Occhialini (say like Lev Artsimovich in Russia). So: Beppo; Doktor; Ya Be; Dyama; Chandra; Lyapunov; ||| (from Russian 'Lyap'=blurt=blunder).|| >>> If seriously: Would you please have a brief look of the 'Project ASTRAL' in my web page (by the URL indicated above). Would we suggest the MASTER as a ground based acting prototype of ASTRAL ?

Your comments and possible discussion are very welcome Sir.

>>>|||>>>Privet iz Sydney!

Gregory Tsarevsky

||> [At the moment no cyrillics in my keyboard here, sorry]

264842  2005-05-04 18:56:27
-

264843  2005-05-04 19:14:58
ВМ /avtori/lipunov.html
- Насчет американцев и гамма-всплесков.

Действительно, американцы открыли гамма-всплески, точнее их открыли американцы в погонах.

Однако в 70-80-е годы лидерство было за Советским Союзом (эксперимент Евгения Мазеца из Иоффе). Потом ключевое слово сказали итальянцы.

Так что насчет первых рук, позвольте. Только очень недальновидные люди могли поставить на Свифте такой неудачный оптический телескоп.

Насчет теории - еще погодим. Самые популярные модели последних десятилетий - слияние нейтронных звезд (Блинников СССР, и первый расчет космологического распределения гамма-вссплесков с учетом эволюции звездообразования Липунов, Постнов и Прохоров - кстати там же потребовалась энергия космического вакуума).

Модель гиперновой конечно идея Пачинского, но в основе работа Бисноватого-Когана (магнито-ротационный коллапс) и Шкловского (о коллапсе гелиевых звезд и излучении в жестких лучах).

Американцы проявили ужасную медлительность и неизобретательность не поставив ни на один аппарат правильный оптический телескоп.

264896  2005-05-09 19:13:15
- "Само же появление перегиба связано с тем бесспорно установленном фактом, что примерно 15 млрд. лет назад в нашей Вселенной шло бурное образование звезд и галактик. Однако, в то время не хватало данных для открытия перегиба на кривой LogN-LogS."

:))) Да уж, тяжелое было время ...

264926  2005-05-11 12:12:41
ВМ /avtori/lipunov/html
- Да уж, маханул...

264930  2014-12-02 08:26:15
- Настоящий гравитационист должен говорить не "маханул" а "дал Маху" :)

264945  2005-05-19 16:15:41
ВМ /avtori/lipunov/html
- Интересную фамилию я придумал - Безэйнштейн

289480  2009-08-25 00:28:04
Олег(~494923305019)
- Хотел добавить.Скажите, какой состав космических лучей?Там есть и пионы и нейтроны, и электроны, и позитроны, и множество других элементарных частичек-это форма.Так вот-все сводится к одному элементарному составу-фотоны или гамма излучение.Это то, из чего можно создать всё!

289622  2009-09-01 01:06:11
ничесеимя
- в косм. лучах есть все, от сверхдлинных радио до гамма, разные частицы разных энергий, но дело в том что частиц очень мало и(или) волны слабые. добавил :слабые имею ввиду для производства электроэнергии а не для глушения радиосигнала особенно на больших расстояниях.

328164  2015-09-22 10:48:19
- Obat Ejakulasi Dini Paling Ampuh Harga Obat Spirulina Plus Tablet Cara Membuat Ramuan Tradisional Obat Ejakulasi Dini Cara Pemesanan VIG Power Capsule Obat Penambah Berat Badan Di Apotik Cara Mengatasi Ejakulasi Dini Harga Resmi Vig Power Capsule Asli Bahaya Maag Kronis Dan Maag Akut 10 Cara Mengatasi Ejakulasi Dini Tanpa Obat Kimia Cara Memperlambat Ejakulasi Dini Obat Maag Kronis Obat Sakit Pinggang Cara Memutihkan Selangkangan Yang Hitam Cara Agar Sperma Subur Cara Membuat Ramuan Jamu Kuat Pria Tradisional Obat Kuat Sex Alami Obat Ejakulasi Dini Di Apotik Obat Ejakulasi Dini Permanen Manfaat Obat Kuat Vig Power Capsule Cara Menggemukan Badan Dalam Waktu Singkat Cara Pemesanan Vig Power Capsule Obat Cantengan Di Apotik Cara Mengatasi Susah BAB Pada Bayi Obat Cantengan Obat Tahan Lama Obat Tahan Lama Tradisional Jamu Kuat Ereksi Eye Care Softgel Green World Obat Maag Kronis Resep Dokter Obat Kuat Tahan Lama Alami Obat Luka Bernanah Obat Tahan Lama Tradisional Cara Mengatasi Ejakulasi Dini Obat Lemah Syahwat Obat Kuat Sex Cara Menyembuhkan Ejakulasi Dini Vig Power Capsule Efek Samping Cara Pemesanan Vig Power Capsule Vig Power Capsule Cara Mengobati Penyakit Asma Vig Power Capsule Asli Dan Palsu Jual Obat Kuat Sex Harga Murah Obat Tradisional Tahan Lama Di Ranjang Obat Kuat Di Apotik Cara Cepat Atasi Penyakit Asma Pengobatan Syaraf Kejepit Di Bagian Pinggang Obat Impotensi Alami Obat Sakit Pinggang Tradisional Obat Herbal Azoospermia Obat Hidrosefalus Cara Penyembuhan Hidrosefalus Pada Bayi Cara Mengobati Paru Paru Basah Pneumonia Obat Penambah Stamina Pria Obat Cacing Dewasa Dan Anak

331388  2015-11-07 14:13:06
cruiseholidaystravelstore http://www.cruiseholidaystravelstore.com/
- Are you residing in Dubai and planning a holiday back home? Well, you might have had a travel insurance cover before relocating but it is time to review whether it still applies. Travelling to any destination from Dubai is easy but then remember you need to have your back covered. cruiseholidaystravelstore



Lipunov V.M.
Tue Sep 23 14:45:21 MSD 1997

Rambler's Top100