Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 26.06.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Определено суммарное гамма-излучение за последние 5 миллиардов лет

Определено суммарное гамма-излучение за последние 5 миллиардов лет
shortstoryf

Вы когда-нибудь задумывались над тем, сколько всего света было излучено всеми галактиками с самого начала существования вселенной? Это кажется невероятным, но, до сих пор, все фотоны от ультрафиолетового до инфракрасного спектра света, когда-либо излучаемых галактиками не важно в какой части Вселенной, до сих пор движутся сквозь космическое пространство.

Исследователи из Калифорнийского университета с помощью высокоскоростного вычислительного центра, предназначенного для решения астрономических задач, утверждают, что если бы человечество смогло точно измерить энергию всех фотонов во Вселенной, не только которые излучают сейчас, но и которые светили в прошлом, это помогло бы открыть завесу тайн о природе развития древней Вселенной, а так же сравнить современные галактики с ранними.

Следы присутствия древних фотонов, родившихся в молодой вселенной называют внегалактическим фоновым излучением (extragalactic background light (EBL)). Точное его измерение является таким же фундаментальным вопросом космологии как и изучение космического микроволнового фонового излучения (the cosmic microwave background), которое еще называют реликтовым излучением. Новые наблюдения, охватывающие длины волн от радио до высокоэнергетических гамма-лучей, выполнялись с помощью нескольких орбитальных и наземных телескопов. Цель этих исследований — понимание развития внегалактического фонового излучения за прошедшие пять миллиардов лет.

Сам принцип регистрации фотонов прост. Их изучают с помощью пойманного телескопами света. Но для того, чтобы этот свет выявить, приходится решать сложные технические проблемы. Ученые сравнивают это даже с попытками разглядеть в обычный телескоп какое-нибудь скопление из центра освещенного города. Землю так же окружает множество источников света: Солнце, рассеянный пылью свет в атмосфере, звезды в Млечном Пути и межзвездный газ. Все эти факторы значительно ухудшают возможности телескопов в диапазоне от оптического до инфракрасного диапазонах.

Чтобы обойти это препятствие, астрофизикам приходится идти на ухищрения, измеряя фоновое излучение косвенно, по ослаблению (поглощению) высокоэнергетических гамма-лучей от удаленных блазаров. Блазарами называют сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, которые испускают релятивистские струи вещества. Это можно сравнить с внезапным включением фонарика в абсолютно темой комнате. Однако не все гамма-излучение достигает нашего взора. На своем пути через миллиарды световых лет множество фотонов сталкивается с межзвездным веществом и исчезает. Когда высокоэнергетичный фотон от блазара сталкивается с фотоном более низкой энергии, обе частицы аннигилируют, рождая две новые частицы: электрон и его античастицу  позитрон, которые улетают в космическое пространство навсегда. Различным энергиям гамма-лучей соответствуют свои энергии фотонов. Таким образом, измеряя на сколько энергия лучей блазаров ослаблена, зная расстояние до него, можно определить, сколько фотонов лежит в поле зрения телескопа и каким длинам волн они соответствуют. Это теоретическое предсказание подтверждается наблюдениями гамма-телескопа «Ферми». С его помощью впервые было обнаружено, что плотность лучей тем ниже, чем дальше находится от Земли блазар. Эта информация была опубликована 30 ноября 2012 в журнале Science.

Вернемся в наше время. В новом выпуске Astrophysical Journal была опубликована информация о том, что было полностью измерено все фоновое микроволновое излучение за прошлые 5 миллиардов лет. Таким образом, чем дальше располагается от нас блазар, тем дальше в прошлое мы можем заглядывать, анализируя ослабление спектра пойманного гамма-луча. Процесс измерения энергии излучения делится на несколько шагов. На первом этапе авторы работы сравнили результаты от «Ферми» с результатами интенсивностью рентгеновского излучения от того же блазара, полученные от телескопов «Чандра», «Свифт», «Rossi X-ray Timing Explorer» и «XMM/Newton», а низко энергетические фотоны изучали с помощью других орбитальных и наземных телескопов. Суммируя все результаты ученые смогли вычислить изначальный не угасший свет гамма-луча, испускаемого блазаром в различных энергиях.

После этого авторы работы сравнили вычисленные результаты плотности гамма-луча в различных энергиях с измерениями от специализированных наземных телескопов, регистрирующих фактическое излучение, полученное на Земле. Когда высокоэнергетический гамма-луч от блазара ударяется о атмосферные молекулы нашей планеты, рождается каскад субатомных частиц, он движется быстрее скорости света в воздухе, которая ниже скорости света в вакууме. Это вызывает аналог звукового удара — эффект Вавилова — Черенкова — свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Излучение Черенкова в свою очередь фиксируется приспособленными для этого устройствами: HESS (High Energy Stereoscopic System) в Намибии, MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope) на острове Ла-Пальма и VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array Systems) в Аризоне.

Сравнение вычисленных значений энергий гамма-лучей с фактически зарегистрированными позволяет астрономам наблюдать эволюцию космического фонового излучения по мере его распространения во Вселенной. А так как расстояния здесь измеряются световыми годами, соответственно, появляется возможность смотреть в прошлой, пока только на 5 миллиард лет назад, что соответствует красному смещению в 0.5. Ученые не сомневаются, что и дальше существуют блазары, но с нашими технологиями пока не удается фиксировать фотоны этих лучей. Так или иначе, фундамент был заложен, появилось определение Космического Горизонта Гамма-лучей как функции их энергий, аналога горизонта событий в черной дыре или горизонта видимой вселенной. Он определяется как расстояние на котором приблизительно 1/e часть гамма-луча «растворилась» в окружающем пространстве (где e — основание натуральных логарифмов, e=1/2.718 ).

Эти исследования подтверждают данные о том, что галактики, наблюдаемые сегодня, ответственны за большинство космического фонового излучения, а так же вводит граничные условия для тех галактик, светимость которых очень мала, чтобы влиять на его характеристики.

Гамма-излучение

На иллюстрации показа процесс наблюдения за гамма-излучением. Часть света сталкивает с другими протонами и аннигилирует, этот свет фиксируют орбитальные телескопы. Оставшиеся фотоны попадают в атмосферу Земли, создавая каскады заряженных частиц, порождая излучение Черенкова. Эти лучи фиксируют наземные телескопы. Источник: Nina McCurdy and Joel R. Primack/UC-HiPACC; Blazar: Frame from a conceptual animation of 3C 120 created by Wolfgang Steffen/UNAM

По информации University of California.

 

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google