И еще немного о длинных гамма-всплесках
О том, что скорость света является фундаментальной постоянной, определяемой свойствами нашего физического пространства, и определяет максимально возможную скорость движения объекта и/или сигнала во Вселенной, знают все. Ну, или почти все - кроме тех немногих, кто еще не знает (вспомним, к примеру, кандидата улароведческих наук, некоего Джабраила Базиева, который, защитив диссертацию об экологии уларов (есть на Кавказе такие птицы), начал именовать себя физиком и посредством обыкновенного фотоаппарата и секретной приставки к нему повадился фотографировать лучи красного света. В результате своих занятий он обнаружил, что они, лучи красного света, распространяются в восемь раз быстрее скорости света. С тех пор уже больше десяти лет человек уныло жалуется на официальную науку, не оценившую, как он "разбил теорию Эйнштейна").
Но, увы, не все все помнят, что эта самая скорость света - это не просто отношение пути, пройденного фотонами, к времени, за которые они этот путь проделали. Вспомним - например, в Солнце фотонам на то, чтобы добраться от его ядра до внешних областей, требуется сто семьдесят тысяч лет. Скорость света - это скорость распространения фотонов в вакууме. Точнее, говоря, скорость света - более общее понятие, и правильно говорить, что только в вакууме фотоны распространяются со скоростью света. В любой же среде скорость фотонов снижается. Если вспомнить школьный курс физики, именно на этом, в частности, основана работа любой линзы.
Если заряженная частица начинает двигаться в какой-то среде со скоростью, превышающей нормальную скорость света в ней, она начинает тормозиться и при этом генерировать излучение (излучение Черенкова) - в сущности, это очень сильно напоминает по эффекту и описанию движение тела в среде со сверхзвуковой скоростью с торможением и излучением ударной волны.
Если же в среде оказывается высокоэнергетический фотон, он при взаимодействии с атомами среды может порождать такие заряженные частицы, которые в свою очередь генерируют излучение Черенкова.
Если быстровращающаяся звезда-гипергигант незадолго до взрыва сбросила оболочку, то эта оболочка с точки зрения распространения электромагнитного излучения представляет собой среду, скорость распространения фотонов в которой, как и положено, ниже скорости света. И если после этого происходит взрыв звезды, то случится то, что я уже не раз описывал - длинный гамма-всплеск. И при этом излучаются не только фотоны (гамма-лучи), но и заряженные частицы джета, вылетающие с околосветовой скоростью (скорость движения частиц в джете может превышать 99,996% скорости света).
Собственно, изначально как раз эти ульрарелятивистские частицы, разогнанные в процессе коллапса, и выбрасываются с полюсов коллапсара - а гамма-лучи уже генерируются вторично, за счет торможения этих частиц в мощнейшем, фактически, предельно физически возможном магнитном поле, возникающем в последние мгновения перед коллапсом.
(Почему предельно возможном? Потому что при большей напряженности происходит так называемая поляризация вакуума - магнитное поле само начинает генерировать пары "частица-античастица", и в результате повысить его напряженность уже невозможно: сколько ни старайся, в результате будет только рождаться все больше пар).
Замечу кстати, что именно потому, что гамма-лучи генерируются торможением заряженных частиц в сверхмощном магнитном поле (такое излучение называется синхротронным. Напомню, кстати, что оно еще отвечает за излучение блазаров), фотоны излучения оказываются строго поляризованными. Именно это обстоятельство помогает анализом поляризации фотонов гамма-всплеска проверять однородность пространства - я и об этом рассказывал.
Разумеется, догнав ранее сброшенную оболочку, и гамма-лучи, и ультрарелятивистские частицы джета начинают двигаться в ней со скоростями, превышающими скорость распространения света в самой оболочке. Оболочка по описанным причинам вспыхивает ярким светом (это называется послесвечением, afterglow. Мощное послесвечение является самым ярким оптическим объектом Вселенной: самое яркое послесвечение гамма-всплеска, как я рассказывал, наблюдалось 19 марта 2008 года при гамма-всплеске GRB 080319B и могло полминуты быть видным невооруженным глазом с чудовищного расстояния в 7,5 миллиардов световых лет; оно было в два с половиной миллиона раз ярче ярчайшей из когда-либо наблюдавшихся сверхновых), а джет, излучая в ней, проходит ее насквозь и улетает дальше.
Доля энергии самого гамма-всплеска, израсходованной на его послесвечение, очень невелика. Сами послесвечения, увы, наблюдаются достаточно редко.
Почем наблюдаются редко? Во-первых, как мы помним, коллапсар - звезда быстро вращающаяся, и оболочку он сбрасывает, соответственно, в экваториальной плоскости - а джет излучается в направлении полюса (и наблюдается нами "в лицо"), а в эту сторону в норме оболочка не сбрасывается, а если что и сбрасывается, то в небольшом количестве. А во-вторых, даже то, что было сброшено, обычно еще до коллапса успевает более или менее рассеяться. Так что при дальнем гамма-всплеске даже если оболочка не полностью рассеялась, увидеть послесвечение обычно не удается. В результате зафиксировать гамма-всплеск легко - за сутки их подчас обнаруживается четыре - а вот увидеть при гамма-всплеске оптическое послесвечение - это нечастая удача.
Почему удача? Потому что именно по послесвечению, точнее, по его красному смещению, можно весьма точно измерить расстояние до гамма-всплеска. Другие способы сугубо оценочны,точность очень низка, гарантии результата - никакой.
А теперь прочитав это, оцените фразу, которая, увы, встречается достаточно часто - даже во внешне серьезных популяризаторских рассказах: "Ученые доказали, что взрывы гамма-всплесков могут превышать скорость света". Ага...
