Миллиард лет спустя. Часть 6. Под прицелом - Земля

«Миллиард лет спустя». Часть 5. http://artefact-2007.blogspot.ru/2016/10/5_10.html

    Федор Дергачев («Проект "Пророки"». Раздел 2)

    Убрал подзаголовок «Опыт мысленного моделирования», так как в упомянутом моделировании пришлось сделать вынужденный перерыв. Но разрабатывать тему продолжаю, правда, пока только на уровне логических аргументов, а не всепроникающей интуиции. Условно из «Избранного» я сам себя временно разжаловал в «Посвященные». Ничего, за званиями не гонюсь. А когда перечитываю предыдущие части, поражаюсь, сколько нервно-эмоциональной энергии ушло на их создание. Это было даже не написание, а, скорее, ПОСТИЖЕНИЕ. И главную «битву» я вел не с «Матрицей» и ЖДУЩИМИ, а с самим собой – с собственными упрямством, скептицизмом и косностью мышления. Чтобы победить себя, и пришлось привлекать невидимых «собеседников», один другого авторитетнее. Но теперь это в прошлом – сейчас уже ясно, что проект «Пророки» состоялся, и осталось лишь завершить его вторую часть.
    А начну подбор логических аргументов с подробного описания самого мощного взрывного выброса в Метагалактике, происшедшего 7,5 млрд лет назад и, по «удивительному совпадению», направленного точно на Землю.

    Самый яркий всплеск с окраины Вселенной светил точно на Землю

    «В марте [2008] на небе можно было невооружённым глазом увидеть один из самых мощных взрывов во Вселенной, произошедший 7,5 миллиарда лет назад. Записать его на видео смог российско-итальянский мониторинговый телескоп TORTORA и его польский «коллега» Pi of the Sky. Анализ данных показывает, что Земля в тот момент встала на пути тончайшего луча «прожектора», бившего из окрестностей рождающейся чёрной дыры. Объяснить быстрые изменения яркости этого прожектора пока не позволяет никакой анализ...

The double firing burst (artist's impression). "The gamma-ray burst GRB 080319B was so intense that, despite happening halfway across the Universe, it could have been seen briefly with the unaided eye. Astronomers from around the world combined data from ground- and space-based telescopes to conclude that the burst's extraordinary brightness arose from a jet that shot material almost directly towards Earth at almost the speed of light - the difference is only 1 part in 20 000. This 0.4 degree wide jet is contained within another slightly less energetic jet about 20 times wider. It also appears that the jets were aimed almost directly at the Earth". (Credit: ESO)

    19 марта 2008 года, ровно в 09 часов 12 минут по московскому времени в небе ненадолго показалась новая звезда. Над Россией в это время уже встало солнце, но вот жители Западного полушария Земли могли разглядеть под правой звёздочкой «парашютного купола» созвездия Волопаса быстро гаснущий объект, который астрономы назвали GRB 080319B.

    Невооружённым взглядом GRB 080319B можно было видеть на тёмном небе лишь около минуты, но оно того стоило.
    Этот свет родился на полпути к краю наблюдаемой Вселенной и летел до нас 7,4 миллиарда лет.
    Когда эти фотоны были испущены умирающей звездой, наш мир был вдвое меньше, чем сейчас, а до появления Солнца и Земли оставалось ещё 3 миллиарда лет...

    В струю

    Прежде чем использовать гамма-всплески, надо разобраться в их физике и выяснить, как часто они происходят. А последнее напрямую зависит в том числе и от угла раскрытия упомянутых выше струй. Например, если эти струи очень широкие, то мы на Земле видим большую часть всех гамма-всплесков, происходящих во Вселенной. Если же лучи этих межгалактических прожекторов узки, то Земля попадает в них относительно редко, а значит, на самом деле гамма-всплески случаются много чаще, чем нам кажется, просто большую их часть мы не видим.
    Сейчас большинство астрономов полагают, что угол раскрытия струи составляет около одного-двух десятков градусов. Конечно, непосредственно увидеть струю даже с помощью самых современных методов невозможно - слишком далеко расположены эти объекты. Но косвенно оценить угол можно.
    Во-первых, около десяти лет назад с помощью радиотелескопа удалось определить полный поток энергии, который гамма-всплеск GRB 970508 впрыснул в окружающий его по всем направлениям газ. Из этой оценки можно вычислить, насколько ярким всплеск должен казаться на Земле, и значение получилось вдесятеро меньшим, чем наблюдается в действительности. Отсюда учёные заключили, что энергия излучалась не во все стороны, а в конус диаметром около 30 градусов, а Земля просто оказалась в луче этого «прожектора».

"Pi of the Sky" observation of GRB080319B 
the brightest ever gamma ray burst

    Во-вторых, оценку угла раствора всплеска можно оценить по одной лишь кривой блеска. Двигаясь в струе, вещество постепенно замедляется, и яркость его свечения падает. В определённый момент на кривой блеска появляется характерный излом, по которому можно оценить угол раствора струи. Реальные наблюдения этих изломов показывают, что он составляет один-два десятка градусов. Впрочем, это значение сильно варьируется от всплеска к всплеску, да и наблюдаются изломы далеко не каждый раз.

    В случае с самым ярким в истории всплеском, похоже, изломов было два.
    Авторы работы в Nature полагают, что в данном случае мы наблюдали сразу две струи, вложенных друг в друга. «Внешняя», широкая струя обладала углом раствора около 8 градусов, и вещество в ней было ускорено до относительно «умеренных» скоростей в 99,95% скорости света.
    Однако по её центру била ещё более мощная струя с углом раствора всего в полградуса; скорость вещества в ней всего на 0,00005% отличалась от скорости света.
    Земля попала в эти полградуса угла раствора центральной струи, что и объясняет феноменальную яркость GRB 080319B.
    Менее яркие всплески в данной модели - те, при которых на нас светил лишь широкий прожектор, а узкий луч миновал нашу планету.

    Вопросы остаются

    Впрочем, никаких моделей внутреннего физического устройства гамма-всплесков, способных объяснить, как рождаются две вложенные друг в друга струи, у учёных нет. Как, признаться, и достаточно проработанной модели возникновения хотя бы одной струи.
    В любом случае модель вложенных струй можно рассматривать в качестве первого приближения к полноценной теории, в полной мере учитывающей изменения в скорости истечения вещества и его плотности по всему профилю струи. Из общих соображений кажется вполне разумным, что самое скоростное вещество будет выброшено по центру, а к границам эта скорость будет падать. В этом случае модель вложенных струй – очень грубое упрощение. Сейчас мы лишь начинаем понимать, как устроены самые мощные взрывы во Вселенной.
    Никак не вписывается в современные модели гамма-всплесков и быстрая переменность оптического излучения, обнаруженная телескопом TORTORA.
    Как рассказывает Григорий Бескин, хотя оптическая вспышка началась и закончилась практически одновременно с всплеском в гамма-лучах (слабое оптическое «послесвечение» продолжалось и дальше, но у него другая природа), поток энергии в двух диапазонах менялся совершенно непохожим образом. В гамма-диапазоне всплеск не отличался от сотен своих собратьев — это сильно изрезанная отдельными импульсами кривая блеска с неожиданными взлётами и вертикальными падениями почти до нуля.

GRB 970508 возникла в созвездии Волопаса будто из ниоткуда

    Тем временем оптическое излучение, не обращая никакого внимания на эти стремительные колебания, около полуминуты держалось на примерно одинаковом уровне с колебаниями всего в полтора-два раза на масштабах в несколько секунд.

    Это самая быстрая оптическая переменность, когда-либо зафиксированная у объектов на космологических расстояниях.
    При том колебания эти были почти периодическими, а характерная временная шкала переменности - примерно в полтора раза больше типичной продолжительности отдельных импульсов в гамма-диапазоне. Такого положения дел вообще никто не ожидал. Ещё более или менее поддавались бы объяснению изменения в двух диапазонах, хорошо коррелирующие друг с другом, или медленные изменения в оптике на фоне быстрой переменности в гамма. Однако похожие по временным масштабам, но совершенно не совпадающие друг с другом колебания - «это проблема для всех современных моделей», говорит астроном...» («Самый яркий взрыв Вселенной». 12 сентября 2008, 15:27).  

    Двойная гамма: Пронесло. (Вспышка «GRB 080319B»)

    «Самая мощная гамма-вспышка, зафиксированная этой весной, оказалась настоящей редкостью. По недавним расчетам, поток частиц, несущихся на околосветовой скорости, был направлен почти точно на Землю.
    19 марта 2008 г. орбитальный телескоп "Swift" заметил вспышку в созвездии Волопаса. Очень быстро она стала настолько яркой, что ее можно было заметить даже невооруженным глазом...
    «Аппарат "Swift" как раз и был разработан для обнаружения необычных вспышек и наблюдения за ними, - радуется руководящий работой этой миссии ученый Нейл Герельс (Neil Gehrels), - так что в этот раз мы сорвали джек-пот». В наблюдении ее участвовал и широкоугольный оптический телескоп TORTORA. Расположенный в Чили, он стал продуктом совместной работы российских и итальянских ученых. Автоматизированная система позволила ему вовремя среагировать и собрать наиболее полные данные о происходящем в оптическом диапазоне в ранние моменты появления вспышки.
    С тех пор анализ полученных в это время данных позволил ученым составить довольно подробную картину самой мощной из известных нам гамма-вспышек, которая получила кодовое наименование GRB 080319B. Очередные результаты опубликовала недавно группа, включившая аж 92 исследователя во главе с Джудит Ракусин (Judith Racusin). Ученые обобщили наблюдения за спектром излучения, начиная за 30 минут до вспышки и заканчивая несколькими месяцами спустя. Главный их вывод состоит в том, что эта необычайно мощная вспышка появилась из-за потока материи, выброшенного в сторону Земли на скорости 99,99995% световой.
    Гамма-вспышки наблюдаются (пока что) лишь в удаленных галактиках и сопровождаются значительными выбросами энергии. Считается, что это самые мощные из взрывов во Вселенной, не считая, конечно, самого Большого Взрыва. Разнообразные наземные и орбитальные телескопы фиксируют в среднем 2−3 таких вспышки в неделю, продолжительностью от пары миллисекунд до нескольких минут. В эти моменты гамма-вспышки выбрасывают количество излучения, сравнимое с яркостью всей остальной Вселенной — правда, не в видимом, а в гамма-диапазоне. Впрочем, нередко невидимые глазу мощные джеты, выбрасываемые во время вспышек, врезаются в окружающий межзвездный газ и раскаляют его, заставляя светиться в видимой или инфракрасной области спектра. Такая «вторичная» вспышка может наблюдаться неделями.
    Так произошло и с GRB 080319B: за какие-то 15 секунд она стала настолько яркой, что была видна на небосклоне даже невооруженным глазом. Это просто поразительно, ведь источник ее, по расчетам астрономов, находился через пол-Вселенной, в 7,5 млрд световых лет от нас!

Изображение GRB 080319B, полученное спутником Swift в рентгеновском диапазоне (слева), и на оптическом телескопе в ультрафиолетовом диапазоне (справа)

    Причина вспышек остается абсолютно загадочной, хотя на сей счет и существует ряд гипотез. По наиболее распространенному мнению, с этим последним салютом заканчивают жизнь особо крупные звезды. По мере того, как она коллапсирует в черную дыру (или в нейтронную звезду) идут не до конца понятные процессы, в результате которых далеко в космос выбрасываются два противоположно направленных мощнейших джета материи.
    Согласно расчетам, проведенным Джудит Ракусин и ее коллегами, один из этих джетов содержал особенно скоростной поток, окруженный несколько более медленным, зато примерно в 20 раз шире его. И направлен этот скоростной пучок был почти точно на нашу маленькую Землю: отклонение составило каких-то 0,4 градуса.
    Они считают, что обычно именно более медленный и намного более широкий пучок попадает на зеркала наших телескопов, и только такая поразительная точность вспышки GRB 080319B сделала его настолько ярким. Обычно мы просто не замечаем частицы, мчащиеся с максимальной скоростью по узкому центральному пучку. Что делает весеннюю гамма-вспышку особенно ценной и интересной». (24 сентября 2008). 
    Gamma-Ray Burst Shatters Old Theories .

Видео: «Gamma-Ray Burst Shatters Old Theories | Space News»

    GRB 080319B: Naked-Eye Gamma-ray Burst Aimed Directly at Earth 

    "Astronomers announced today that a remarkable gamma-ray burst visible to the human eye earlier this year came from an explosive stellar jet aimed almost directly at Earth.
    NASA's Swift satellite detected the explosion - formally named GRB 080319B - at 2:13 a.m. EDT on March 19, 2008, and pinpointed its position in the constellation Bootes. The gamma-ray burst became bright enough to see even without a telescope. Observations of the event by a global array of satellites and ground-based observatories have since given scientists the most detailed portrait of a burst ever recorded.
    "Swift was designed to find unusual bursts," said Swift principal investigator Neil Gehrels at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. "We really hit the jackpot with this one."
    In a paper to appear in Thursday's issue of Nature, Judith Racusin of Penn State University and a team of 92 coauthors report on observations across the spectrum that began 30 minutes before the explosion and followed its afterglow for months. The team concludes the burst's extraordinary brightness arose from a jet that shot material directly toward Earth at 99.99995 percent the speed of light.
    Within the next 15 seconds, the burst brightened enough to be visible in a dark sky to human eyes. It briefly crested at a magnitude of 5.3 on the astronomical brightness scale. Incredibly, the dying star was 7.5 billion light-years away.
    Telescopes around the world already were studying the afterglow of another burst when GRB 080319B exploded just 10 degrees away. TORTORA, a robotic wide-field optical camera operated in Chile with Russian-Italian collaboration, also caught the early light: movie. TORTORA's rapid imaging provided the most detailed look yet at visible light associated with a burst's initial gamma-ray blast.
    Immediately after the blast, Swift's UltraViolet and Optical Telescope and X-Ray Telescope indicated they were effectively blinded. Racusin initially thought something was wrong with the telescopes. Within minutes, however, as reports from other observers arrived, it was clear this was a special event.
    Gamma-ray bursts are the most luminous explosions in the Universe. Most occur when massive stars run out of nuclear fuel. As a star's core collapses, it creates a black hole or neutron star that, through processes not fully understood, drive powerful gas jets outward. These jets actually punch through the collapsing star, carrying matter and beaming radiation into space.
    The team believes the jet directed toward Earth contained an ultra-fast component just 0.4 of a degree across. This core resided within a slightly less energetic jet about 20 times wider.

Above: "A two-component jet model explains the timing and spectral evolution of GRB 080319B". (Credit: Nature/Judith Racusin)

    "It's this wide jet that Swift usually sees from other bursts," Racusin explained. In the case of GRB 080319B, the narrow jet was seen as well, resulting in the burst's unusual brightness. "Maybe every gamma-ray burst contains a narrow jet, too, but astronomers miss them because we don't see them head-on."

    Such an alignment occurs by chance only about once a decade, so GRB 080319B was a rare catch indeed". (Sept, 10, 2008). 

    [Примечание Ф.Д.: с 2012 года страница   https://science.nasa.gov/headlines/y2008/10sep_nakedeye2.htm удалена с сайта NASA.]

    Gamma-Ray Bursts .

Видео: «Gamma-Ray Bursts: Crash Course Astronomy #40»

    [Опубликовано 21 февраля 2018 года.]

    «Комментарий к публикации "Миллион лет спустя"». https://artefact-2007.blogspot.ru/2017/12/blog-post.html.    
    «Апология необъяснимого». Часть 9. «Проблемы "Галактической саги"». http://artefact-2007.blogspot.ru/2016/12/9.html .