Книга: 100 великих загадок астрономии

Тайна гамма-вспышек

Тайна гамма-вспышек

Первую необычайно мощную гамма-вспышку зарегистрировали 2 июля 1967 года американские спутники «Vela 4A и B», которые следили за незаконными испытаниями атомного оружия на территории СССР. Впоследствии вспышки иногда повторялись. Но лишь в 1973 году ученые из Лос-Аламосской лаборатории убедились в том, что потоки гамма-лучей приходят из глубин космоса.

Поначалу эти события казались редкими: за десять лет наблюдений удалось заметить около семидесяти вспышек. Однако скудная статистика объяснялась «слепотой» наших приборов. Потоки гамма-лучей не могут проникнуть сквозь атмосферу Земли, поэтому обнаружить их можно только с помощью космических аппаратов.

Всерьез ученые занялись гамма-вспышками лишь после запуска в космос в 1991 году Комптоновской обсерватории. Тогда их феномен был открыт фактически заново. Первоначально ведь полагали, что источники вспышек находятся где-то в Млечном Пути. Трудно было поверить в то, что столь мощные потоки излучения приходят из отдаленных галактик. Однако источники вспышек так равномерно распределялись по всему небосводу, что ученым пришлось согласиться: речь идет о каких-то загадочных событиях, которые происходят далеко за пределами нашей Галактики.

Распределение по небесной сфере всех гамма-вспышек

В 1997 году рентгеновский спутник «BeppoSAX» впервые зарегистрировал отголосок гамма-вспышки в рентгеновском диапазоне. Благодаря этому удалось определить точное расстояние до того места, где она произошла. Это была одна из дальних галактик.

К этому времени астрономы регистрировали вспышки ежедневно: порой по три раза на дню в различных уголках Вселенной случались эти таинственные катастрофы. Их яркость была в миллиарды миллиардов раз выше, чем яркость Солнца. Особенно грозной оказалась январская вспышка 1999 года; ее источник был в 10¹⁹ раз мощнее Солнца!

Что порождает такие вспышки? Что дает им энергию? Их природа, несомненно, различна. Одни из них длятся от 0,01 до 2 секунд, другие – от 2 до 1000 секунд. При коротких вспышках выделяется от 10⁴¹ до 10⁴³ джоулей энергии, а при длинных – от 10⁴⁴ до 10⁴⁶ джоулей!

Чаще всего астрономы связывают эти «странные маяки», зажигаемые на краю мироздания, с нейтронными звездами. Возможно, эти жуткие молнии вспыхивают, когда нейтронная звезда исчезает в чреве огромной черной дыры. Проваливаясь в бездну, она на долю секунды бросает последний луч, удивительным заревом освещая Вселенную. А может быть, эти короткие вспышки возникают, когда две нейтронные звезды, неосторожно сблизившись, сливаются друг с другом? Какое-то время астрономы думали, что источниками наиболее коротких вспышек могут быть магнитары. Однако, судя по дальнейшим наблюдениям, эта гипотеза, вероятно, является ошибочной.

Что же касается длинных вспышек, то их связывают с новым классом взрывающихся звезд, о котором астрономы много говорят в последнее время, – с «гиперновыми» звездами, живущими всего несколько миллионов лет. Их взрывы – самые грандиозные события в космосе со времен Большого взрыва. Они происходят, когда громадные звезды, чья масса в 20–30 раз и более превышает массу нашего Солнца, израсходуют свое топливо и превратятся в быстро вращающуюся черную дыру, окруженную диском из остатков вещества. Тогда вдоль оси вращения звезды в космос устремляется мощный поток гамма-излучения. В этот момент выделяется гораздо больше энергии, чем при взрывах сверхновых.

Есть и другие, более спорные гипотезы. По некоторым предположениям, гамма-вспышки связаны с темным веществом, из которого состоит значительная часть Вселенной. Как пишет на страницах журнала «В мире науки» российский астроном С.И. Блинников, «если бы оказалось, что пространственное распределение гамма-всплесков в галактиках согласуется с распределением не какого-то типа звезд, а именно темного вещества, это позволило бы пролить свет как на происхождение самих гамма-всплесков, так и на природу невидимого вещества».

Некоторые ученые даже полагают, что эти молнии рождаются, когда вещество сталкивается с антивеществом. Возможно, где-то существуют «зеркальные миры», сложенные из антивещества. Во всяком случае, популярная у физиков «теория струн» допускает это. При встрече потоков вещества и антивещества – а где им встречаться, как не на краю мироздания? – происходит мгновенная аннигиляция. Она сопровождается мощными выбросами гамма-лучей.

Вот несколько замечательных вспышек, наблюдавшихся в последние годы.

4 сентября 2005 года космическая обсерватория НАСА «Свифт» зафиксировала вспышку GRB 050904, длившуюся 200 секунд. Она произошла на расстоянии 12,7 миллиардов световых лет от Земли. Иными словами: событие, ее породившее, случилось в ту пору, когда Вселенная была еще очень молода.

Рекорд на сегодняшний день установлен 23 апреля 2009 года. Вспышка GRB 090423, длившаяся 10 секунд, случилась всего через 630 миллионов лет после Большого взрыва. Как полагают астрономы, ее причиной был взрыв гиперновой звезды.

В том же 2008 году – 19 марта – обсерватория «Свифт» стала свидетельницей самой грандиозной известной на то время вспышки – GRB 080319B. Источник ее находился на расстоянии 7,5 миллиардов световых лет от Земли. По мощности она в 2,5 миллиона раз превзошла наиболее яркую сверхновую звезду.

Но и этот рекорд был вскоре побит. 21 июня 2010 года та же обсерватория зафиксировала вспышку GRB 100621А, которая оказалась в 5 раз мощнее.

Если одна из таких вспышек произойдет на расстоянии нескольких тысяч световых лет от Земли, то последствия окажутся губительны для всего живого. Возможно, подобные вспышки в конце концов уничтожают любую космическую цивилизацию, – если, конечно, за пределами Земли есть жизнь.

В 2005 году детальный расчет последствий гамма-вспышки для земной биосферы опубликовали Брайан Томас и Эдриан Мелотт из Канзасского университета. Если бы она произошла, например, на расстоянии 6000 световых лет от Земли, то озоновый слой, защищающий нашу планету, стал бы меньше на треть, а над экватором уменьшился бы на 55 %. Сейчас он поглощает более 90 % ультрафиолетового излучения, испускаемого Солнцем. Если же он станет меньше наполовину, то излучение будет беспрепятственно проникать к поверхности Земли. Это ведет к нарастанию генетических дефектов. Особенно губительны эти лучи будут для планктона, что подорвет основу пищевых цепей в морях и океанах.

По предположению Томаса и Мелотта, катастрофическое вымирание животных в конце ордовикского периода, около 445 миллионов лет назад (тогда погибло около половины всех видов организмов, населявших нашу планету), могло быть вызвано гамма-вспышкой. Возможный сценарий событий таков. После вспышки, уничтожившей большую часть озонового слоя, к Земле устремился поток ультрафиолетового излучения. Эти лучи проникали в толщу морской воды, что имело гибельные последствия для животных, оказавшихся менее чем в метре от поверхности моря (в ту пору жизнь еще не выбралась на сушу). Косвенным доводом в пользу этой версии служит то, что в конце ордовика внезапно вымерли многие трилобиты, обитавшие близ поверхности воды.

Как показывает статистика, за последний миллиард лет хотя бы один раз в радиусе 6000 световых лет от Земли наблюдалась мощная гамма-вспышка.

… Итак, природа этих загадочных явлений окончательно не выяснена. Их изучение только начинается.