Куда пропали гамма-всплески, которые свидетельствуют о гибели самых первых звезд Вселенной?

Среди пыли: взгляд художника на самые первые звезды, появившиеся после Большого Взрыва
Происхождение гамма-всплесков: «модель коллапсара» (последовательность событий развивается слева направо, сверху вниз)
Рентгеновское послесвечение, оставшееся от гамма-всплеска с красным смещением 6,7

Продолжаем наш рассказ о новых исследованиях гамма-всплесков, информацией о которых ученые всего мира поделились на прошедшем недавно в США симпозиуме. Напомним, что мы уже разбирали загадку о том, почему эти колоссальные взрывы происходят чаще в одних галактиках, и почти никогда — в других («Полная гамма. Часть 1»), а также проблему того, что может вызывать появление коротких гамма-всплесков («Полная гамма. Часть 2»). Перейдем к еще одному непонятному моменту, связанному с гамма-всплесками.

Но для начала напомним, что гамма-всплески считаются самыми мощными событиями в современной Вселенной — самыми колоссальными выбросами энергии со времен еще самого Большого Взрыва. Одна такая вспышка может, будто фонариком, «подсветить» целую галактику, включающую многие миллиарды звезд. Они прекрасно видны и наземными, и орбитальными телескопами: исходящее от них излучение узким лучом легко преодолевает миллионы световых лет. Тем более удивителен тот факт, что некоторая их группа, которая, по всем ожиданиям, должна наблюдаться в космосе, до сих пор не замечена ни разу.

Считается, что вызывает гамма-всплески гибель массивных звезд, превращающихся в черную дыру. А значит, такой процесс должен был происходить и с самым первым поколением звезд, образовавшихся в молодой Вселенной вскоре после Большого Взрыва. Вспышки от них можно было бы наблюдать на максимальном от нас удалении — в миллиарды световых лет — однако не все так просто. Астрономы горячо дискутируют, пытаясь понять, отчего этих всплесков не наблюдается.

«Это вообще одна из основных загадок в области гамма-всплесков, — говорит астрофизик Нейл Герельс (Neil Gehrels), — И мы подробно обсудили проблему на симпозиуме». В собрании участвовали сотни ученых из 25-ти стран, и к общему мнению они так и не пришли.

Стоит повторить, что природа гамма-всплесков получила достойное объяснение в построениях профессора Стенфорда Вузли (Stanford Woosley), которому удалось показать, что их порождают сравнительно молодые и бедные тяжелыми элементами звезды, которые в момент своей гибели отбрасывают внешние оболочки, при этом «ядро» их быстро коллапсирует, сжимаясь в черную дыру. Если при этом звезда достаточно быстро вращается, ее магнитное поле создает «туннели», по которым с колоссальной скоростью от ее полюсов устремляются потоки материи. Именно чрезвычайная концентрированность джета делает всплески поразительно яркими. Эта модель была названа «моделью коллапсара» — и заметим, что работает она только в случае с «обычными», долговременными гамма-всплесками, но не объясняет природу других, коротких. Впрочем, это другая история, о которой мы уже рассказывали.

Итак, для всплеска достаточно крупной быстро вращающейся звезды, не содержащей избыток тяжелых элементов (т.е. элементов помимо водорода и гелия). Таких звезд, судя по всему, в первом поколении, появившемся после Большого Взрыва, было немало. Так куда же пропали вспышки, свидетельствующие об их гибели?

По одной из версий, они никуда не пропадали: просто расширение Вселенной, без остановки продолжавшееся с момента таких древнейших гамма-всплесков и до сегодняшнего дня, «растянуло» пятна вспышек и сделало их намного более трудными для обнаружения. Они есть — просто мы их не замечаем.

Однако в этом случае есть и другая сложность: послесвечение. Быстро угасая, гамма-всплеск раскаляет окружающее его облако межзвездной пыли и газа, заставляя его излучать в рентгеновском диапазоне. Это послесвечение от первых гамма-всплесков тоже отчего-то не наблюдается.

По мнению ученых, придерживающихся описанной выше гипотезы, дело тут в том же расширении Вселенной — верней, в порождаемом им красном смещении. Коротко говоря, каждый химический элемент поглощает или испускает электромагнитные волны строго определенной длины. Однако чем дальше от нас находится во Вселенной излучающий объект, тем сильнее удлинены характерные для него волны — иначе говоря, смещены в красную область спектра. В некотором роде, красное смещение может служить индикатором древности излучающего объекта.

До недавнего времени для гамма-всплесков максимум красного смещения составлял 6,3 млрд световых лет. В этом году были зафиксированы гамма-всплески с красным смещением от 6,7 до 12,8 млрд световых лет. Послесвечение самых отдаленных из них должно быть сильно смещено в инфракрасную часть спектра, так что, возможно, астрономам просто стоит понаблюдать за ним с помощью инфракрасных телескопов. Именно этим и намерены они заняться — по крайней мере, к такому выводу пришли после напряженного обсуждения.

Надеемся, обнаружить «потерянные» гамма-всплески удастся, ведь иначе… Иначе объяснения нет. Зато, по мнению Нейла Герельса, «это сделает изучение Вселенной еще более увлекательным».

По сообщению NASA