Астронет > Ранний оптический ореол гамма-всплеска 12 декабря 2002 г. -- "младший брат" знаменитого GRB 990123

по текстам по ключевым словам в глоссарии по сайтам перевод по каталогу

На сайте

Астрометрия

Астрономические инструменты

Астрономическое образование

Астрофизика

История астрономии

Космонавтика, исследование космоса

Любительская астрономия

Планеты и Солнечная система

Солнце

Ранний оптический ореол гамма-всплеска 12 декабря 2002 г. -- "младший брат" знаменитого GRB 990123
14.12.2002 17:57 | К. А. Постнов/ГАИШ, Москва

Что такое космические гамма-всплески? Краткий ответ на этот вопрос, поставленный природой более тридцати лет назад (или почти тридцать, если отсчет начинать от первой открытой публикации о гамма-всплесках в 1973 г. -- см. Klebesadel R., Strong I., Olson R. 1973, AStrophys. J. Lett. v. 182, p. L85), на сегодняшний день можно кратко сформулировать так: это результат грандиозных космических взрывов (точно неустановленной природы), которые происходят в галактиках примерно 1 раз в 100000 лет. Взрыв с энерговыделением порядка $$\Delta E = 5\times 10^{51}$ эрг$ в гамма-диапазоне происходит в межзвездной среде, которая может иметь весьма сложную неоднородную структуру с химическими аномалиями. В ряде отношений ситуация напоминает явление классических сверхновых, хотя связь гамма-всплесков со сверхновыми окончательно не установлена. В обоих случаях взрыв в среде порождает ударную волну, распространяющуюся со сверхзвуковой скоростью. Только в гамма-всплесках ударная волна ультрарелятивистская -- лоренц-фактор расширяющейся оболочки превышает значение $\Gamma \approx 100$ . Отметим, что вопрос о том, как именно генерируется наблюдаемое гамма-излучение и то, что является первопричиной такого взрыва до сих пор являются предметом передовых научных исследований и дискуссий. Однако независимо от конкретных механизмов факт образования релятивистской ударной волны после гамма-всплеска следует из наблюдений рентгеновских и оптических ореолов (раньше мы писали -- "послесвечений", пользуясь калькой англоязычного термина "afterglow", однако теперь, кажется, удачный русский термин, действительно отражающий физическую суть явления, найден -- спасибо С.И. Блинникову за это предложение!).

Теперь о событии среды, 11 декабря 2002 г. Гамма-всплеск GRB 021211 был зарегистрирован и локализован спутником HETE-2 . Всплеск характеризуется однопиковой кривой блеска с быстрым подъемом и экспоненциальным спадом потока, длительность всплеска свыше 6 секунд, полная экспозиция в диапазоне энергий 8-40 кэВ составляет $S\sim 10^{-6}$ эрг/см$^2$ . Данные о мгновенном боксе ошибок гамма-всплеска с угловым диаметром 28 угловых минут (карту можно посмотреть здесь ) через 22 секунды были в распоряжении многочисленных наземных обсерваторий и групп наблюдателей, которые занимаются проблемой быстрых наблюдений проявлений гамма-всплесков в оптическом диапазоне. Нескольким автоматическим Телескопам "Быстрого Реагирования" (далее ТБР) в течение первых пары минут после всплеска удалось сделать снимки этой области неба и обнаружить неизвестный ранее объект примерно 15-й звездной величины с быстро уменьшающимся блеском (оптический транзиент, ОТ, или ореол). В течение первых 30 минут после всплеска блеск ореола уменьшился до 19 звездной величины (то есть поток излучения упал почти в 100 раз) (см. подробности в срочных электронных циркулярах о наблюдениях гамма-всплесков GCN 1731 и далее ; см. ниже мультипликацию из кадров, полученных на ТБР RAPTOR в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории США:

В одной угловой секунде от положения всплеска была обнаружена удаленная галактика, которую 13 декабря наблюдали одним из 4-х телескопов телескопов VLT Южной Европейской Обсерватории в Чили. В спектре этой галактики видны запрещенные эмиссионные линии кислорода, по которым определили красное смещение до нее $z=0.80$ . Зная красное смещение и экспозицию, можно посчитать расстояние до всплеска и полное энерговыделение за время всплеска. В предположении изотропного излучения , где $d_l$ -- фотометрическое расстояние. Для красного смещения 0.8 в современной общепринятой модели плоской Вселенной с космологической постоянной $\Omega_\Lambda=0.3$ и постоянной Хаббла $$H_0=67$ км/с/Мрс$ фотометрическое расстояние до GRB 021211 $$d_l(0.8)=1.6\times 10^{28}$ см$ и $$\Delta E_{iso}\approx 2\times 10^{51}$ эрг$ , что соответствует среднему значению энерговыделения для гамма-всплесков с измеренными красными смещениями.

Уже само по себе быстрое отождествление гамма-всплеска в оптике незаурядно -- предыдущий случай быстрого отождествления был в 1999 г., когда еще во время самого гамма-всплеска GRB 990123 с помощью ТБР ROTSE в том же Лос-Аламосе удалось зарегистрировать яркий оптический ореол с максимумом около 9 звездной величины. С тех пор все попытки найти "мгновенную" оптику были безуспешными, несмотря на появление свыше 10 ТБР-ов -- получались лишь верхние пределы, а слабый оптический ореол (19-20 зв. величины) наблюдался спустя несколько часов после гамма-всплесков обычными наземными телескопами. Более того, в случае GRB 021211 аналогия с GRB 220123 идет дальше. Как и у предшествующего, у нашего гамма-всплеска блеск мгновенного оптического ореола круто уменьшался со временем в первые 10 минут как $t^{-1.6}$ ( $t^{-1.6}$ для GRB 990123 за первые 14 минут), а затем стал более пологим как $t^{-0.96}$ ( $t^{-0.96}$ для GRB 990123 в последующие 20 часов). Любопытно, что наблюдения, проведенные уже несколько часов спустя дали только верхние пределы -- ореол исчез как не бывало.

Однако этот последний факт легко понятен -- мы имеем дело с эффектом джета в гамма-всплеске, причем в последнем случае эффект проявился раньше, чем в GRB 990123. Напомним, что суть этого эффекта проста. Релятивистская ударная волна движется с большим Лоренц-фактором и излучает в узком конусе из-за релятивистской аберрации. Пока Лоренц-фактор велик и $\theta(\Gamma)< \theta_j$ , эффекта джета нет -- наблюдатель не различает сферически-симметричное распространение излучающей области от движения в конусе с углом раствора $\theta_j$ . Однако по мере торможения ударной волны и уменьшения Лоренц-фактора до значения $\Gamma\sim 1/\theta_j$ темп уменьшения потока излучения должен ускориться, поскольку наблюдаемый поток пропорционален видимой площади источника, а ее увеличение на поздних стадиях ограничено размером конуса джета и пропорционально $\Gamma^4$ . Из-за этого на кривой блеска ореола должен наблюдаться ахроматический излом, и это действительно наблюдается почти во всех известных оптических ореолах. В простейшей модели адиабатического расширения ударной волны $\Gamma\propto t^{-3/8}$ и разница в показателях степени спадания потока от времени должна быть $\sim \Gamma^2\sim t^{-3/4}$ , что действительно имеет место у GRB 990123 примерно на 2 день после гамма-всплеска (см. Рис. 1)

Таким образом, оптические наблюдения доказывают общую природу GRB 990123 и GRB 021211 и подтверждают существующую модель ярких ранних оптических ореолов (ярче 15 зв. величины), предложенную в 1999 г. в работах Питера Месароша и Мартина Риса и Реема Сари и Цви Пирана как раз накануне открытия этого явления у GRB 990123. Согласно этой модели, мгновенные оптические ореолы должны наблюдаться от обратной ударной волны, которая движется внутрь расширяющейся релятивистской оболочки с умеренно-релятивистскими скоростями. Полная энергия в обратной волне сравнима с энергией в прямой (то есть с энергией гамма-всплеска), но температура за фронтом примерно в $\Gamma$ раз меньше. Это приводит к тому, что при равных физических условиях формирования нетеплового (синхротронного в этой модели) излучения в прямой и обратной ударных волнах максимум излучения от обратной ударной волны будет наблюдаться на энергиях в $\Gamma^2$ более низких, чем гамма-излучение, т. е. в оптическом и УФ-диапазоне. Уменьшение потока мгновенных оптических ореолов со временем зависит от динамики распространения обратной ударной волны, однако факт совпадения временных наклонов в рассматриваемых гамма-всплесках, по-видимому, указывает на универсальность механизма. То обстоятельство, что максимальный оптический поток от GRB 021211 был примерно в 100 раз меньше, чем от GRB 990123 (при том, что последнй находился на красном смещении 1.6 и был в несколько раз ярче) может объясняться меньшей энергетикой (очевидно, эффекты джета на столь ранних фазах не играют роли).

Публикации с ключевыми словами: гамма-всплески - Сверхновые
Публикации со словами: гамма-всплески - Сверхновые

См. также:

NGC 1097: спиральная галактика со сверхновой

Обреченная звезда η Киля

Сверхновая открыта в близкой спиральной галактике M101

Рентгеновские кольца вокруг гамма-всплеска

Гамма-всплеск GRB 221009A

Сверхновая выстреливает пульсар J0002

SN Реквием: сверхновая, которую увидели три раза

Все публикации на ту же тему >>

Обсудить эту публикацию

Версия для печати