16+
Лайт-версия сайта

О ПРИРОДЕ КОРОТКИХ КОСМИЧЕСКИХ ГАММА ВСПЛЕСКОВ

Изобретения / Космос / О ПРИРОДЕ КОРОТКИХ КОСМИЧЕСКИХ ГАММА ВСПЛЕСКОВ
Просмотр работы:
29 мая ’2017   16:39
Просмотров: 5262

доктор техн. наук А.Н.Черний
Академия электротехнических наук Российской Федерации, г. Москва
Аннотация Настоящая статья посвящена самому загадочному явлению астрофизики – космическим гамма-всплескам – титаническим взрывам, выделяющим в короткий промежуток времени (от долей секунды до нескольких секунд) только в гамма-диапазоне чудовищную энергию, равную ~ 1052 эрг. Описана история открытия гамма-всплесков, приведены некоторые гипотезы рождения гамма-всплесков, которые, однако, не в полной мере согласуются с наблюдениями. Автором доказано, что короткие гамма-всплески вызваны взрывами нейтронных звезд при увеличении их массы свыше предела Оппенгеймера-Волкова в результате воздействия обратного гравитационного эффекта.
Ключевые слова: гамма-всплески, нейтронные звезды, обратный гравитационный эффект.
. Ключом ко всякой науке бесспорно является . . вопросительный знак; вопросу: Как − мы обязаны . большею частью великих открытий. Бальзак
Первый космический гамма-всплеск был зарегистрирован случайно 2 июля 1967 г. американскими военными спутниками серии «Vela» − охотниками за ядерными испытаниями русских. Гамма-детекторы, этих спутников, были далеки от совершенства; они не могли даже приблизительно определить источник и координаты гамма-всплеска. Спутники «Vela» только фиксировали наличие гамма-всплесков (до несколько всплесков в год). Долгое время о гамма-всплесках не сообщали в открытой печати. Секретность была снята только после того, когда американские генералы поняли, что гамма-всплески вызваны не ядерными испытаниями русских. Первая работа, поведавшая миру о гамма-всплесках, вышла в 1973 году из под пера американского ученого Рэя Клебесадела, разработчика гамма-детекторов, установленных на спутниках «Vela» [1, c.18].
В конце 70-х гг. прошлого века в советском эксперименте «Конус» были использованы более чувствительные гамма-детекторы, установленные на автоматических межпланетных станциях «Венера-11» и «Венера-12» [2, c.207]. Новые детекторы позволили регистрировать гамма-всплески каждые 2 – 3 суток, приходящие изотропно из космического пространства. В период с 1991 по 2000 гг. на околоземной орбите работала гамма-обсерватория Комптон, оснащенная американским детектором «БАТСЕ» (BATCE), аналогичному по конструкции аппаратуре «Конус». Чувствительность «БАТСЕ» составляла 310−8 эрг/см2 , что приблизительно в 3 раза выше чувствительности детекторов «Конус» [ 1, c.196]. «БАТСЕ» регистрировал космические гамма-всплески в среднем раз в день. Общее число гамма-всплесков за время работы «БАТСЕ» составило более 3000 (рис.1). На этом изображении видно, что на небесной сфере гамма-всплески распределены
- 2 -
изотропно. На основании наблюдений «БАТСЕ» астрофизики впервые сделали вывод о том, что гамма-всплески происходят в далеких галактиках, отстоящих от Земли на миллиарды световых лет. Дальнейшие наблюдения, с использованием более совершенных гамма-детекторов, подтвердили эту точку зрения. Из космологической природы гамма- всплесков следует, что они должны иметь чудовищную энергию. Так, например, излучение гамма-всплеска GRB 970228 только в гамма-диапазоне составляет 1,6•1052 эрг, что на порядок больше энергии типичной сверхновой. Для некоторых гамма-всплесков оценка доходит до 1054 эрг, то есть сравнима с энергией покоя Солнца. Причём эта энергия выделяется за очень короткое время! Эти цифры говорят о том, что современная наука столкнулась с необычным и удивительным природным явлением, приблизиться к пониманию тайны которого и является целью нашей работы.

Рис. 1 Распределение на небесной сфере (в галактических координатах) космических гамма-всплесков, зарегистрированных «БАТСЕ» за время работы. Авторы: G. Fishman et al., BATSE, CGRO, NASA


- 3 -
Космические гамма-всплески по своей длительности и энергетическому спектру четко разделяются на два больших класса – всплески с длительностью менее 2 секунд, имеющие жесткий спектр (короткие гамма-всплески) и всплески с большей длительностью, более мягкие (длинные гамма-всплески) [3, с.406]. В работе [ 4 ] показано, что доля коротких гамма-всплесков от общего количества всех гамма-всплесков может составлять от 30 до 45%. Обнаружено, что число коротких жестких гамма-всплесков растет с увеличением нижнего энергетического порога срабатываний детекторов.

Рис. 2 Кривые блеска длинных (а, б, в) и короткого ( г ) гамма-всплесков
На рис.2 в качестве примера показаны кривые блеска длинных (а, б, в) и короткого ( г ) гамма-всплесков [3, с.407]. Здесь по оси ординат отложена интенсивность всплеска, определяемая по скорости счета фотонов, а по оси абсцисс - время, отсчитываемое от начала всплеска.
- 4 -
Многолетние наблюдения за космическими гамма-всплесками позволило ученым достоверно установить связь между длинными гамма-всплесками и взрывами сверхновых. Наиболее яркими из них являются события GRB 980425, GRB 030329 [1, c.200].
Предполагают, что гамма-лучи при взрыве сверхновой рождаются от ударных волн, когда ядро массивной звезды схлопывается в черную дыру. Центральный взрыв «посылает волну со скоростью, близкой к скорости света, которая проходит сквозь газ, оставшийся вокруг звезды, и генерирует гамма-лучи, чуть-чуть обгоняющие ударный фронт. В ударной волне возникает электромагнитное излучение и других видов, отчего рождается остаточное свечение, которое может держаться днями и неделями» [5, c.174].
По словам Джоанни Бейкер «длинные гамма-всплески – вестники предсмертной агонии массивных звезд» [5, c.174].
Относительно механизма рождения коротких гамма-всплесков у астрофизиков полной ясности нет. Многие считают, что они рождаются при слиянии нейтронных звезд в двойной системе. 3 июня 2013 года эта гипотеза была подтверждена космическим аппаратом НАСА Swift, который зафиксировал короткий гамма-всплеск GRB 130603B, вызванный столкновением двух нейтронных звезд. Вспышка гамма-излучения длилась всего одну десятую долю секунды. А 12 июня на месте этого события орбитальная обсерватория Хаббл обнаружила в инфракрасном диапазоне угасающий огненный шар, свечение от которого наблюдалось несколько дней. Космический взрыв от столкновения двух нейтронных звезд в инфракрасном диапазоне ученые назвали «килоновой вспышкой».
По словам Ниала Танвира (Nial Tanvir) из Университета Лестера в Великобритании «Это наблюдение окончательно решило тайну происхождения коротких всплесков гамма-излучения». Так ли это?
Наше сомнение основано на том, что гамма всплеск GRB 130603B, сопровождающийся килоновой вспышкой, является единичным в базе наблюдений за короткими гамма-всплесками. Все остальные зарегистрированные короткие гамма-всплески килоновой вспышки не имеют. Кроме того, столкновением нейтронных звезд невозможно объяснить энергетику короткого гамма-всплеска GRB 070714B, зарегистрированного 14 июля 2007 года космическим аппаратом НАСА Swift. Энергия, выделившаяся при GRB 070714B, в сто раз больше средней энергии коротких всплесков!
- 5 -
Столкновение нейтронных звезд в галактике происходит чрезвычайно редко, один раз за миллион лет, поэтому есть все основания считать, что в природе существует другой механизм рождения коротких гамма-всплесков.
Известный российский астрофизик Г.С. Бисноватый-Коган в своей книге «Релятивистская астрофизика и физическая космология», изданной в 2016 г., относительно космических гамма-всплесков в частности пишет: «Эти источники, несмотря на 35 лет интенсивных наблюдений с различных спутников, до сих пор представляются загадочными. Удалось выяснить, что многие из них расположены на огромных космологических расстояниях, соответствующих красным смещениям вплоть до z ~ 6, что определяет их гигантское энерговыделение за короткое время 1 – 100 секунд. Причины такого энерговыделения до сих пор не ясны, хотя имеется много различных гипотез» [1, с.18].
При анализе астрономических наблюдений ученые используют специальную и общую теории относительности Эйнштейна. Затянувшийся на десятилетия поиск причин космических гамма-всплесков, по нашему мнению, говорит о том, что в теориях Эйнштейна не все благополучно. О том, что в этих теориях есть отдельные неточности написано в книге [ 6 ]. К сожалению, нашу точку зрения научный мир воспринимает скептически. Но скептицизм никогда не был ключом к истине!
Далее мы изложим нашу точку зрения на проблему коротких гамма-всплесков
Рассмотрим кратко основные физические характеристики коротких гамма-всплесков.
1. Длительность Δt коротких гамма-всплесков составляет от 0,01 до 2х секунд.
2. Короткие гамма-всплески имеют космологическую природу, их регистрируют в галактиках, находящихся на окраинах космического пространства, удаляющихся от Земли с релятивистскими скоростями под действием ускоренного расширения Вселенной.
3. Причиной гамма-излучения должен быть взрыв сверхплотного компактного массивного космического тела; минимальные размеры излучаемой области не должны превышать величины с Δt ≈ 3000 км [ 2, c.207].


- 6 -
По нашему убеждению короткие гамма-всплески вызваны взрывами нейтронных звезд при увеличении их массы свыше предела Оппенгеймера-Волкова в результате воздействия обратного гравитационного эффекта в экстремальных физических условиях ускоренного расширения Вселенной.
Нейтронная звезда образуется при взрыве сверхновой в результате релятивистского гравитационного коллапса. Она содержит жидкое ядро из вырожденных нейтронов с малой примесью вырожденных протонов и электронов, внутреннюю кору, образованную атомными ядрами, переобогащенными нейтронами, и сравнительно тонкую (∼1 км) внешнюю кору из образующих кристаллическую решетку атомных ядер железа и вырожденных электронов [2 c.435]. Масса нейтронной звезды практически такая же, как и у Солнца, но радиус составляет около 10 км. Поэтому средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8•1017 кг/м³). Кубик со стороной в 1 см из вещества нейтронной звезды, весил бы на Земле несколько миллиардов тонн! Минимальная масса нейтронной звезды mmin ≈ 0,1 m, а максимальная − mmax ≈ 2 m, где m - масса Солнца, [7, c.244].
Предел Оппенгеймера – Волкова является верхним пределом нейтронной звезды, при котором давление вырожденного нейтронного газа может компенсировать силы гравитации, не давая звезде коллапсировать в черную дыру. Назван по именам американских физиков Р. Оппенгеймера и Дж. М. Волкова. Точное значение этого предела пока неизвестно из-за высокой неопределённости свойств макроскопических состояний вырожденной барионной материи с крайне высокой плотностью: в недрах нейтронных звёзд плотность материи превышает ядерную плотность (~ 1014 г/см³, что в ~108 раз превышает плотность белых карликов) и уравнение состояния такой материи в точности неизвестно. Современные оценки предела Оппенгеймера − Волкова лежат в пределах 2,5−3 солнечных масс. Превышение этого предела неминуемо ведет к схлопанию нейтронной звезды в черную дыру, так как давление вырожденных нейтронов, не в состоянии противостоять силам гравитационного сжатия.
Теория обратного гравитационного эффекта была изложена нами в работе [6, c.126,262]. Его физическая сущность выражается в усилении гравитационного сжатия тела при его ускорении за счет увеличения его собственной массы.

- 7 -
Собственная (внутренняя) масса тела является одной из важнейших его характеристик в системе отсчета, где это тело покоится. Поэтому собственную массу принято называть массой покоя.
Собственная масса полностью определяется структурой тела и происходящими в нем процессами. Как показывает формула Эйнштейна ( 1 ), собственная масса тела является мерой содержащейся в нем энергии.
E = m с2 = m0c2 / (1 –  2/c2)1/2 , ( 1 )
где m0 – масса покоя, m – релятивистская масса тела после его ускорения до скорости  , с – скорость света в вакууме.
При увеличении внутренней энергии тела его собственная масса возрастает. Известно, что сжатая пружина массивнее свободной. Поэтому при сжатии и нагреве тела в процессе его ускорения под действием обратного гравитационного эффекта [6,с.262] должна возрастать его внутренняя энергия (масса) в его собственной системе отсчета, т. е. его энергия (масса) покоя.
В работе [1, c.34] прямо говорится о том, что в экстремальных физических условиях «кинетическая энергия электронов переходит в массу покоя». Далее в той же работе при описании уравнения равновесия нейтронной звезды, полученного Оппенгеймером и Волковым в 1939 году, отмечается, что плотность и масса вещества нейтронной звезды «включают в себя все виды энергии, в том числе кинетическую» [1 , c.35]. Здесь также приводится уравнение сохранения массы нейтронной звезды:
dm / dr = 4 π ρr2, ( 2 )
где m – масса нейтронной звезды, ρ – плотность ее ядра, r – релятивистский радиус звезды.
Внешне уравнение ( 2 ) совпадает с ньютоновским, «но физический смысл ρ и m отличается от ньютоновского, где обе эти величины связаны только массой покоя» [1, c.35].
На основании вышеизложенного можно утверждать, о том что собственной масса нейтронных звезд далеких галактик, ускоренно улетающих от нас с релятивистскими скоростями, будет увеличиваться.
- 8 -
А далее все очевидно. Как только масса нейтронной звезды превысит предел Оппенгеймера – Волкова, за доли секунды должен произойти релятивистский коллапс массивного ядра нейтронной звезды в черную дыру, сопровождающийся мощным взрывом коры нейтронной звезды, состоящей из сверхтяжелых ядер, с выделением огромной энергии в гамма-диапазоне электромагнитного излучения.
Вернемся к загадочному гамма-всплеску GRB 070714B, о котором мы уже упоминали в настоящей статье. Взрыв GRB 070714B произошел на расстоянии 7,4 миллиарда световых лет от Земли при красное смещение z = 0,92. А это значит, что взорвавшийся объект двигался со скоростью  = 0,92с. Предположим, что таким объектом была нейтронная звезда. Допустим что она образовалась при  << с с массой m ≈ 1 m. При скорости  = 0,92с, полученной в результате релятивистского ускорения нейтронной звезды, ее собственная масса согласно ( 1 ) должна возрасти до значения ~ 2,6 m, то есть достигнуть предела Оппенгеймера – Волкова. В результате последующего релятивистского гравитационного коллапса большая часть материи ~ 1,6 m умирающей нейтронной звезды взрывной волной будет выброшена в космическое пространство, в том числе и в виде мощного гамма-излучения. Оставшееся вещество, находящееся в центральной части ядра, массой ~ 1 m, уйдет под горизонт событий и образует черную дыру.
2 июля 2017 года исполнится 50 лет с момента обнаружения первого космического гамма-всплеска. Надеюсь, что на юбилейной конференции, посвященной природе космических гамма-всплесков, будет рассмотрено и наше оригинальное решение этой чрезвычайно важной астрофизической проблемы.







- 9 -
ЛИТЕРАТУРА
1.Бисноватый-Коган Г.С. Релятивистская астрофизика и физическая космология.- М.: КРАСАНД, 2016.- 376 с.
2. Физика космоса.- М.: Советская энциклопедия, 1986.- 784 с.
3. Физическая энциклопедия.- М.: Советская энциклопедия, 1988.- Т.1, 704 с.
4. Минаев П.Ю., Позаненко А.С., Лозников В.М. Короткие гамма-всплески в эксперименте SPI-ACS INTEGRAL // Астрофизический бюллетень, 2010, том 65, №4, с. 343–353
5. Бейкер Джоанн. Вселенная. 50 идей, о которых нужно знать.- М.: Фантом Пресс, 2016.- 208 с.
6. Черний А.Н. Релятивистская физика космоса.- М.: Научный мир, 2010.- 480 с.
7. Сурдин В.Г. Вселенная от А до Я.- М.: Эксмо, 2013.- 480 с.

Свидетельство о публикации №275046 от 29 мая 2017 года



Голосование:

Суммарный балл: 20
Проголосовало пользователей: 2

Балл суточного голосования: 0
Проголосовало пользователей: 0

Голосовать могут только зарегистрированные пользователи

Отзывы:


Оставлен: 30 мая ’2017   11:06
 

Оставлен: 30 мая ’2017   17:02
Надо же для меня стало откровением, что масса может возрастать без притока вещества извне (за счёт изменений в "статусе" состояния вещества) и что сжатая пружина массивнее (понимаю, что на "тютельки-тютельки" не регистрируемые на бытовом уровне), это интересно. Зря вы конечно СКЕПСИС во "враги истины" записали, сами же работы коллег через призму сомнения в своём восприятии "фильтруете", это мало того, что вполне резонно, да и просто нельзя иначе. Я наверное был не особо внимателен к данной проблематике (гамма всплесков), но что то я так и воспринимал, что объяснение их коллапсом звезды в чёрную дыру, давно уже является наиболее ходовым, и чуть ли не общепринятым, во всяком случае из научнопопулярной периодики (представляю: что у реального учёного, упоминание таких источников, должно снисходительную усмешку вызвать) у меня такие представления отложились (может я что то путаю). А интересно у чёрных дыр есть верхний критический предел массы, на подобии "Опенгеймера - Волкова" для звёзд, понимаю что говорить о коллапсе чёрных дыр не корректно, они и так в состоянии перманентного, штатного для них коллапса пребывают, но допустим что ЧД, с её неумеренным гравитационным опетитом, дорвалась до почти неисчерпаемых истчноков материи, газо-пылевые облака, туманности, или даже звёздные скопления (если "хавальник" позволяет на такие масштабы раззявиться, я плохо во вселенских масштабах ориентируюсь) впрочем последнее сомнительно, ладно на газопылевых облаках остановимся, то как я уже вопросил, есть ли верхний предел потребления материи, после которого ЧД перейдёт на качественно новый уровень состояния, сменит статус, и если такую метаморфозу чисто гипотетически можно допустить, то какими же эффектами, с какими выбросами эта трансформация будет сопровождаться, я уж не говорю о том, что гипотететический объект, получившийся в результате, будет невообразимыми, трудно моделируемыми характеристиками обладать, хотя бы учитывая экстраординарность исходного объекта (ЧД). И ещё подумав и "НАСЫЩЕНИИ" ЧД, с таким когнитивным диссонансом столкнулся, учёные ведь озадчиваются судьбой материи после прохождения горизонта событий (да да что то слышал что по по ОТО, время по ходу "погружения" в него останавливается, и в ЧД объект вроде как никогда и не попадёт, но это для внутреннего наблюдателя, для стороннего вполне себе может там материя сгинуть, даже кажись в объектив "ХАБЛА" такое событие попадало, срыв атмосферы звезды, слой за слоем как луковой шелухи) так вот гадают, переносится притянутое ЧД как через портал, или как то ещё изчезает из нашего мира, но то обстоятельство что оно и в ОКЕ ЧД продолжает гравитировать влагая свою лепту в её деятельность, значит состояние поглощённой материи не так далеко от тривиального, и местоположение остаётся прежним (в жерле ЧД), и надо искать объяснение экстраординарности такого состояния материи, так сказать в квантовой структуре, "АРХИТЕКТУРА" которой обвалена коллапсом, но природа на таком уровне не признаёт хаоса завалов, и наверняка сложились новые высокоупорядоченные структуры, другие ипостаси барионной материи. Вот ещё кстати момент в вашем материале несколько озадачил, что приводится скорость удалённой звезды относительно земли (0,92 от скорости света) и постулируется что эта относительная скорость, должна объективно сказываться на энергии самой звезды во вполне себе объективных категориях, если во вселенной есть вообще что то обьективное, или всё в зависимости от ракурса меняет свою природу)ЧЕШУ РЕПУ. И еще у Вас справедливо подмеченно что наиболее интерсные для наблюдения события протекают на вселенской периферии, в центре всё (почти) прореагировало и устаканилось, а там рождается НОВОЕ. БЛАГОДАРЮ за интересное чтение и пищу для размышлений! Желаю Вам прорывов и озарений в постижении!


Оставлять отзывы могут только зарегистрированные пользователи
Логин
Пароль

Регистрация
Забыли пароль?


Трибуна сайта

всем отличного отдыха

Присоединяйтесь 




Наш рупор

 
"Не сказанное синее нежное"
есенинская лирика (видео-ролик)
https://www.neizvestniy-geniy.ru/cat/films/other/2042749.html?author


Присоединяйтесь 











© 2009 - 2019 www.neizvestniy-geniy.ru         Карта сайта

Яндекс.Метрика
Реклама на нашем сайте

Мы в соц. сетях —  FaceBook ВКонтакте Twitter Одноклассники Инстаграм Livejournal

Разработка web-сайта — Веб-студия BondSoft