Чудеса и катастрофы Вселенной - Железняк Галина - Страница 44

Поскольку диаметр Вселенной, по современным данным, составляет порядка 13,5 млрд световых лет, наблюдение столь удаленного объекта позволяет ученым «переместиться во времени» в эпоху очень ранней Вселенной. Объект был обнаружен при использовании многорежимного инструмента FORS1 Большого телескопа ESO (VLT) в декабре 2002 г. Астрономы наблюдали небольшой участок области GOODS South field при использовании узкополосного фильтра 505 нм в течение 8 часов. Этот специальный фильтр позволяет регистрировать излучение атомов водорода.

Диаметр блоба составляет 200 тыс. световых лет, что в два раза больше Млечного Пути, его полная излучаемая энергия приблизительно в 2 млрд раз превышает энергию Солнца. Несмотря на это он долгое время оставался невидимым на снимках, сделанных при помощи средних телескопов в диапазонах длин волн от инфракрасного до рентгеновского.

Столь специфический космический объект обнаружен астрономами впервые. «Блоб не является ни галактикой с активным ядром, ни галактикой, где бурно протекают процессы образования новых звезд, — комментирует руководитель исследования Ким Нилсон (Kim Nilsson) из ESO. — Ни одна из существующих теорий не объясняет существование этого объекта. Возможно, мы наблюдаем излучение водорода, которое возникает в результате концентрации первичного газа Вселенной вокруг кластера темной материи. Если это так, тогда мы стали свидетелями начальной фазы формирования массивной галактики, почти такой же, как наш Млечный Путь».

Квазары — самые яркие объекты во Вселенной — сформировались в относительно небольших галактиках. Это явление воистину экстремальное, ведь квазары дают излучение гораздо большее, чем, например, все звезды нашего Млечного Пути. В соответствии с современными теориями мощнейшее излучение квазаров обязано своим появлением процессам поглощения сверхмассивными черными дырами. В более позднее время сверхмассивные черные дыры образовывались уже только в очень массивных галактиках, но на заре Вселенной все было не так. А ведь большинство ярких квазаров сформировалось именно тогда, когда возраст Вселенной составлял лишь приблизительно треть от ее нынешнего возраста.

Используя восьмиметровый телескоп «Северный Близнец» (Gemini North, Gemini Observatory), установленный на вершине потухшего вулкана Мауна-Кеа на Гавайских островах, международная группа астрономов изучила девять квазаров, расположенных от нас на расстоянии в 10 млрд световых лет, что соответствует времени, когда возраст Вселенной был менее 4 млрд лет. Астрономы попытались выделить из общего излучения древнейших источников излучение центрального квазара, чтобы непосредственно разглядеть «родительские» галактики, в которых развился тот или иной «монстр». Однако лишь одна из таких галактик оказалась достаточно яркой и достаточно массивной, чтобы ее можно было увидеть с помощью современных средств. И эта галактика была всего лишь среднего размера, то есть подобна нашему собственному Млечному Пути.

Подобный результат вызвал большое удивление в среде астрономов. «Когда мы видим что-то очень яркое, то обычно ожидаем, что это будет очень внушительным и массивным», — поясняет член этой группы Роберт Смит (Robert Smith) из Ливерпульского университета им. Джона Мура (Liverpool John Moores University) в Великобритании. Кроме того, не было обнаружено никаких признаков взаимодействия и объединения галактик, а ведь именно процесс слияния галактик, как считалось ранее, и обеспечивает необходимым материалом центральные сверхмассивные черные дыры. Получается, что «топливом» ядра галактик снабжает прежде всего непрерывный приток галактического газа.

Остается загадкой, почему квазары, находящиеся на дальних расстояниях, сияют приблизительно в 50 раз ярче своих более молодых и близких к нам собратьев. То ли те давние галактики сконцентрировали больше газа по сравнению с более поздними, то ли отдаленные черные дыры раз в 10 массивнее. Роберт Смит считает более вероятным последнее объяснение, но не может пока объяснить быстрый рост древних черных дыр. Астрофизики работают над новыми теориями, призванными объяснить, как такое могло случиться за время, не превышающее нескольких десятков или сотен миллионов лет. Существует предположение, что первые черные дыры возникли непосредственно за счет сжатия (коллапса) первородного газа, минуя этап формирования звезд. Однако более популярные модели все же привлекают к процессу рождения черных дыр первую генерацию звезд, которые сформировались вскоре после Большого взрыва.

Эти первые звезды были очень массивны и, соответственно, жили очень недолго. Вот они, возможно, и породили первые крупные черные дыры, когда взрывались в виде сверхновых. «Если эти звезды формировались в тесных скоплениях, то черные дыры могли бы сталкиваться друг с другом довольно часто и быстро набрать ту массу, с которой мы имеем дело в случае квазаров», — считает Марек Кукула (Marek Kukula), который занимается изучением квазаров в Эдинбургском университете (Великобритания).

С помощью космических телескопов астрономам удалось значительно продвинуться в понимании природы коротких всплесков гамма-излучения — так называемых GRB-вспышек. Однако с увеличением объема данных число вопросов множится, и ученым приходится выдвигать новые теории происхождения загадочных гамма-всплесков.

На основании данных, полученных при помощи спутников «Swift» и НЕТЕ-2, а также других космических и наземных телескопов, было высказано предположение, что краткие GRB-вспышки происходят в результате слияния двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Длинные GRB-вспышки длятся минуту или дольше и возникают, когда массивные звезды взрываются с образованием сверхновой.

Однако недавние наблюдения показали, что процессы, приводящие к коротким GRB-вспышкам, гораздо сложнее, чем считалось ранее, сообщает «Sky and Telescope». Согласно существующей модели, при слиянии двух нейтронных звезд образующийся объект мгновенно коллапсирует в черную дыру. Небольшое количество оставшегося газа образует диск вокруг черной дыры, из которого под воздействием магнитного поля создаются два противоположно направленных джета. Ударные волны, формирующиеся в джетах, в свою очередь вызывают GRB-вспышку.

Такой сценарий, казалось бы, должен хорошо объяснять свойства коротких GRB-вспышек — краткость, энергию и удаление источников GRB от областей формирования звезд. Но в июле 2005 г. «Swift» зафиксировал два кратких GRB-всплеска, за которыми следовали вспышки рентгеновского излучения. Мощность этих рентгеновских вспышек была сравнима с мощностью первоначальных гамма-всплесков. Другой краткий GRB-всплеск, зафиксированный в декабре 2005 г., также озадачил астрономов: его общая энергия была сравнима с энергией, выделяющейся при типичном длительном GRB, хотя обычно энергия кратких GRB на порядок меньше.

Эти открытия заставили теоретиков выдвинуть новые предположения относительно природы гамма-всплесков. Эндрю Макфейден (Andrew MacFadyen) и его коллеги предположили, что источниками некоторых кратких GRB-вспышек могут быть двойные звездные системы, состоящие из нейтронной звезды и обычной звезды. Вещество обычной звезды «перетекает» на нейтронную звезду, и как только масса нейтронной звезды превышает некоторый предел, происходит гравитационный коллапс с образованием черной дыры, создающий краткую гамма-вспышку. Часть разлетающегося при этом вещества бомбардирует обычную звезду, вызывая вспышки рентгеновского излучения.

Китайский астроном Цигао Дай (Zigao Dai) вместе с коллегами предложил модель, согласно которой возникновение краткой GRB-вспышки свидетельствует о слиянии двух сравнительно небольших нейтронных звезд. Образующаяся новая нейтронная звезда вращается со скоростью в сотни оборотов в секунду. Появляющееся при этом так называемое дифференциальное вращение навивает внутри нейтронной звезды линии магнитного поля. За несколько десятков секунд образуется магнитное напряжение, в результате которого скрытая энергия высвобождается в виде мощного взрыва. Этот взрыв выбрасывает сгустки материи. При столкновении быстро двигающихся сгустков с более медленными возникают вспышки рентгеновского излучения, характеристики которых похожи на параметры излучения, зафиксированного спутником «Swift». Этот процесс может повторяться несколько раз, что согласуется с наблюдениями — после GRB-вспышки июля 2005 г. наблюдалось пять вспышек рентгеновского излучения.