Самые мощные события в современной Вселенной — гамма-всплески — наблюдаются практически ежедневно. Однако, по счастью, почти всегда в мелких и нерегулярных галактиках, а не в крупных и стройных, как наша. Отчего такое происходит? Ученые предложили подходящее объяснение.

Прекрасная неразбериха: Вселенная населена галактиками разных типов, которые можно видеть на этом снимке скопления Abell S0740. Гамма-всплески происходят в одних галактиках, и отсутствуют в других
В 1999 г. орбитальный телескоп Hubble снял гамма-всплеск, внезапно «высветивший» странную форму галактики, на фоне которой он засиял

Когда приходит их последний час, звезды заканчивают свой путь по‑разному. Самые массивные из них уходят под грохот фанфар — взрывы, сопровождающиеся гамма-всплесками, энергия которых, сконцентрированная в узкой и кратковременной вспышке, сравнится по мощи своей разве что с самим Большим взрывом.

Эти впечатляющие катастрофы, как считается, завершают существование звезд массой 50−100 солнечных, когда те вырабатывают внутренние запасы топлива, термоядерная реакция в их недрах затихает, и центростремительные силы больше не уравновешивают центробежные. Звезда коллапсирует — «схлопывается» — сопровождая все это грандиозным фейерверком, гамма-всплеском, который, по мнению астрономов, может служить сигналом того, что здесь появляется новая черная дыра.

Такие большие звезды встречаются во всех известных типах галактик: спиральных, эллиптических, карликовых и нерегулярных. Но — удивительное дело — гамма-всплески фиксируются только в некоторых из них. Эту загадку специалисты обсудили на Симпозиуме по гамма-всплескам (Gamma-Ray Burst Symposium), прошедшем в конце октября в США.

С докладом на эту тему выступил Эндрю Фрачтер (Andrew Fruchter). Прежде всего, он отметил, что следует различать два типа гамма-всплесков: длинные, которые рождаются в момент гибели крупных звезд, и короткие, появляющиеся в ходе других, пока неизвестных процессов (во второй части заметки мы еще расскажем об этой загадке подробнее — ПМ). «Краткие всплески, — подчеркнул Фрачтер, — «неразборчивы» относительно того, где появиться. Однако длительные наблюдаются лишь в карликовых и регулярных галактиках — а не в крупных и стройных, как наш спиральный Млечный Путь».

Ученый предложил свое объяснение этому феномену. Считается, что мощные взрывы сверхновых, те, которые способны породить гамма-всплески, случаются со звездами не только большой массы, но и с низким содержанием «металлов». (Астрономы подразумевают под этим словом звезды, содержащие относительно большое количество не только металлических элементов, но любых тяжелее водорода и гелия — таково наше Солнце, хотя для сверхновой оно явно недостаточно крупно.)

«Более крупные галактики, — пояснил Фрачтер, — имеют более высокий процент богатых металлами звезд, нежели мелкие галактики. Поэтому гамма-всплески в них и наблюдаются крайне редко». Механизм происходящего, по его мнению, может быть таким. Металлы создают в звезде мощные «ветры»: они хорошо отражают излучение и работают на манер солнечного паруса, создавая дополнительный импульс в сравнении с тем, что имеет место у звезды, содержащей почти чистые водород с гелием.

Поэтому богатые металлом звезды, даже достаточно крупные, прежде чем взорваться, теряют значительную часть своей массы. Из-за этого к моменту взрыва они часто уже недостаточно тяжелы, чтобы превратиться в черную дыру и «ограничиваются» коллапсом в нейтронную звезду. Как считает Фрачтер, именно гамма-всплеск может служить надежным индикатором того, что звезда «переродилась» в черную дыру.

Таким образом, в галактиках, где часты богатые металлами звезды, появление гамма-всплесков — большая редкость, зато в мелких галактиках с нерегулярной структурой, где такие звезды встречаются мало, громыхает настоящий гамма-фейерверк.

Еще один участник конференции, астрофизик Чип Миган (Chip Meegan), предлагает добавить (к большой массе и низкому содержанию металлов) и третий фактор — быстрое вращение. По его мнению, существующие данные позволяют считать, что для создания «качественного» гамма-всплеска звезда должна обращаться вокруг своей оси с высокой скоростью. Действительно, известно, что основная энергия гамма-всплеска уходит по сравнительно узкому «каналу» — джету — а джеты формируются именно из-за вращения объектов. Кстати, в этом году один такой джет едва не накрыл Землю, и что случилось бы с нами в этом случае, сказать трудно. Как говорится, «Пронесло».

«Если медленно вращающаяся звезда коллапсирует в черную дыру, — добавляет Миган, — львиная доля ее энергии в ней же и исчезает». Быстрое же вращение дает возможность части ей «сбежать»: центробежные силы стягивают покидающий звезду материал, так что тот образует тор — фигуру в форме бублика, с менее плотным содержанием вещества вдоль оси вращения. Это и создает канал, по которому выстраивается джет, выстреливающий далеко в пространство.

Ну а завтра мы расскажем и о другой загадке, которые астрономы обсудили на этом симпозиуме: о том, откуда берутся короткие гамма-всплески.

По публикации NASA