Гамма-всплески — это самые яркие, самые энергетические вспышки света во Вселенной. По данным НАСА, выпущенный в результате огромного космического взрыва один гамма-всплеск способен светить примерно в миллион триллионов раз ярче, чем наше Солнце, но ученые не могут объяснить, почему это происходит.
Часть проблемы заключается в том, что все известные гамма-всплески происходят очень, очень далеко — обычно за миллиарды световых лет от Земли. Иногда родная галактика гамма-всплесков находится так далеко, что свет взрыва, кажется, появляется вообще ниоткуда, на короткое время вспыхивая из черного, пустого неба и исчезая секундами позже. Эти гамма-всплески «пустого неба», как их называют некоторые астрономы, уже более 60 лет представляют собой непрекращающуюся космическую загадку. Новое исследование, опубликованное 15 сентября в журнале Nature, предлагает убедительное математическое объяснение происхождения мощных вспышек.
Согласно исследователям, которые моделировали взаимодействие между гамма-лучами и другими мощными источниками энергии, такими как космические лучи, все эти туманные вспышки в пустом небе могут быть результатом массивных звездных взрывов в дисках далеких галактик.
«Мы смоделировали гамма-излучение всех галактик во Вселенной … и обнаружили, что именно галактики, образующие звезды, производят большую часть гамма-излучения [пустого неба]», — говорится в заявлении ведущего автора исследования Мэтта Рота, астрофизика из Австралийского национального университета в Канберре.
Взрывы из прошлого
Астрономы отдают предпочтение двум ведущим объяснениям тайны гамма-излучения пустого неба. По одному из объяснений, лучи возникают, когда газ попадает в сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах всех галактик во Вселенной. В этом сценарии, когда частицы газа всасываются в черную дыру, небольшая часть улетучивается и излучается большими струями вещества со скоростью, близкой к скорости света. Считается, что эти мощные струи могут быть ответственны за гамма-всплески.
Другое объяснение указывает на звездные взрывы, называемые сверхновыми. Когда у больших звезд заканчивается топливо и они взрываются в сверхновых, разгоняя близлежащие частицы со скоростью, близкой к скорости света. Эти высокоэнергетические частицы, называемые космическими лучами, могут затем сталкиваться с другими частицами, рассеянными в газообразной среде между звездами, производя гамма-лучи.
В своем новом исследовании ученые сосредоточились на этом втором объяснении, моделируя взаимодействия между космическими лучами и межзвездным газом в различных типах звездообразующих галактик. Они обнаружили, что на скорость излучения гамма-лучей влияли несколько ключевых факторов, в том числе размер галактики, скорость звездообразования (которая влияет на скорость сверхновых) и начальная энергия космических лучей, создаваемых каждой сверхновой.
Как только у команды появилась модель, которая предсказывала скорость гамма-всплесков для каждого размера галактики, они сравнили свою модель с реальным распределением гамма-излучения, составленным космическим телескопом Ферми НАСА. Исследователи обнаружили, что их расчеты согласуются с наблюдениями и что сверхновые в звездообразующих галактиках могут объяснить большинство, если не все, звезды в пустом небе.
«Это важная веха в том, чтобы наконец обнаружить происхождение этого гамма-излучения, разгадать тайну Вселенной, которую астрономы пытаются разгадать с 1960-х годов», — сказал Рот.
Исследователи добавили, что черные дыры, вероятно, все еще ответственны за некоторые гамма-лучи, которые улавливают наши датчики. Но когда дело доходит до таинственных звезд пустого неба, голодные дыры просто не нужны; взрывающихся звезд в отдаленных уголках Вселенной достаточно, чтобы объяснить это явление.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение