меню  содержание   news218  news219  news220  
               Вероятность гамма-вспышек значительно ниже  в крупных галактиках
               с большим  количеством  тяжелых элементов 
                      

   Гамма-всплески (gamma-ray bursts - GRBs) - это самые мощные звездные взрывы во Вселенной.  И по-
 добная "неприятность" в основном случается со звездами, масса которых в десятки раз превышает мас-
 су нашего Солнца. Такой взрыв порождает два смертельных пучка гамма-излучения,  направленных  в
 противоположные стороны (исходящие из северного и южного магнитных полюсов обреченной  звез-
 ды). Мнения ученых о том, что же собой представляют гамма-всплески,  за сорок лет  их изучения  так
 до конца не устоялись, однако чаще всего  эти явления связывают  с коллапсом  массивных звезд  с по-
 следующим образованием черных дыр и с процессами слияния нейтронных звезд. 
 За пределами нашей Галактики гамма-всплески теперь, с введением в строй специализированных зон-
 дов  вроде Swift  ( запущен NASA 27 ноября 2004 года ),  наблюдаются  достаточно часто  (практически
 ежедневно), поэтому естественно  задаться вопросом,  какова вероятность  подобных событий  в непо-
 средственной  близости  от Земли,  и чем  это нам  всем грозит.  Ответ  на второй вопрос,  в общем-то,
 ясен. Вычисления показывают, что гамма-излучение  от относительно близкого ( несколько тысяч  све-
 товых лет) звездного взрыва, "обрабатывающего"  Землю в течение всего  лишь нескольких секунд,  мо-
 жет разрушить до половины защитного озонового слоя атмосферы, и тогда ультрафиолетовая радиация
 от Солнца уничтожит большую  часть жизни  на суше  и в приповерхностных  слоях океанов,  морей и
 озер, необратимо  нарушит  те  продовольственные цепочки,  благодаря которым  происходит питание
 живых существ. Дело в том,  что высокоэнергетичные  гамма-лучи разбивают  молекулы атмосферного
 азота (N2) на отдельные атомы, которые вступают в реакцию с молекулярным кислородом (O2),  в  ре-
 зультате чего получается окись азота (NO), которая в свою очередь разрушает озон (O3) и дает диоксид
 азота (NO2). NO2 с атомарным кислородом опять же дает NO, разрушая  все  больше озона - процессы
 носят лавинообразный характер. А восстановление озонового слоя в земной атмосфере  ( до 90% )  мо-
 жет длиться затем долгие годы..
 С осознанием грозящей нам со стороны гамма-всплесков опасности появилась гипотеза,  согласно  ко-
 торой один из таких  гамма-всплесков  стал причиной  так называемой  ордовикской катастрофы  ( 450
 миллионов лет назад ), случившейся  приблизительно  за 200 миллионов лет  до динозавров  и вызвав-
 шей  гибель  60 процентов  всех морских беспозвоночных   ( в те времена жизнь была еще  в основном
 связана с морем, хотя есть свидетельства появления   в тот период  и первых  примитивных  наземных
 обитателей). Кроме этого печального события,  за последние 600 миллионов лет на Земле  насчитыва-
 ют еще четыре случая массового исчезновения живых существ:  это девонская катастрофа  ( 370 милли-
 онов лет назад), пермская ( 250 миллионов), триасовая ( 210 миллионов лет) и меловая ( 65 миллионов
 лет назад). Не исключалось, что в каких-то из этих катастроф помимо "банальных" падений астероидов
 также можно обвинить и гамма-всплески. Казалось бы, опасность близких гамма-всплесков нельзя ис-
 ключить для Земли и в будущем.. 
  Однако теперь  группа астрономов  из Университета штата Огайо  ( Ohio State University - OSU, США ),
 возглавляемая ученым польского происхождения Кшиштофом Станеком (Krzysztof Stanek) и нашим со-
 отечественником Олегом Гнединым (работавшим когда-то в петербургском Физико-техническом  инс-
 титуте им. А.Ф.Иоффе), решила все-таки успокоить всех тех, кто мучим бессонницей в ожидании  вне-
 запной  космической вспышки   гамма-излучения:  на самом деле  подобный случай  в пределах нашей
 родной Галактики очень и очень маловероятен (публикация в Astrophysical Journal - ApJ). 

 Согласно новому исследованию, GRBs могут случаться  в основном лишь  в небольших бесформенных
 галактиках, которые испытывают серьезный недостаток  в химических элементах  тяжелее водорода  и
 гелия  ( астрономы зачастую  условно называют  подобные  элементы "металлами" ).  Но даже  и среди
 "бедных металлами" галактик подобные события все-таки достаточно редки - случаются они раз  в нес-
 колько лет. А наш Млечный путь самым радикальным образом отличается от подобных "GRB-галактик"
 - это крупная спиральная галактика с большим количеством тяжелых элементов. 
 Пользуясь данными Слоановского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey - SDSS),  астрономы
 провели  статистический  анализ параметров,  связанных  с  четырьмя "длинными"  гамма-всплесками 
 (т.е. порождаемыми, вероятно,  превращением крупных звезд  в черные дыры),  зафиксированными  в
 близлежащих галактиках (с красным смещением z < 0.17), сравнив в первую очередь массу самих хозяй-
 ских галактик, интенсивность формирования в них новых звезд и насыщенность "металлами"  по срав-
 нению с другими галактиками (изучалось в первую очередь распространенность кислорода).  Выборка,
 конечно, может показаться  и не слишком-то обширной,  но она оказалась  вполне показательной:  вся
 четверка -  это маленькие галактики  с интенсивным звездообразованием  и низким содержанием  "ме-
 таллов", причем в той галактике, что отличается максимальным для своего класса содержанием "метал-
 лов" и наибольшей "похожестью" на Млечный путь, гамма-всплеск оказался самым слабым.  Исходя из
 этого, исследователи делают вывод, что наша Галактика вообще не могла бы оказаться "домом" для  ка-
 кого-либо такого гамма-всплеска на протяжении по крайней мере  последних нескольких  миллиардов
 Все четыре галактики оказались небольшими, с высокими темпами образования звезд и низким  содер-
 жанием тяжелых химических элементов. Из четырех галактик только одна сравнима  с нашей  по коли-
 честву металлов, но источник излучения  в ней оказался  самым слабым.  Астрономы подсчитали,  что
 вероятность возникновения GRB в галактике данного типа составляет  приблизительно 0,15%.  Содер-
 жание металлов в Млечном пути вдвое больше - следовательно, вероятность для Земли подвергнуться
 радиоактивному облучению должна быть еще меньше, чем  0,15%. 
 Кроме всего прочего, тяжелые элементы требуются и для того, чтобы вокруг звезд могли бы образовы-
 ваться планеты, поэтому любая опасная с точки зрения рождения гамма-всплесков галактика с низким
 содержанием "металлов" автоматически будет обладать меньшим количеством планет и меньшими воз-
 можностями  для развития жизни.  Этому "разумному"  обстоятельству  также нельзя  не порадоваться. 
 Американский физик Адриан Мелотт (Adrian Melott)  из Канзасского университета в Лоренсе (University
 of Kansas), являющийся сторонником гипотезы о том, что массовое исчезновение видов на нашей Зем-
 ле  в конце  ордовикского периода  было вызвано  гамма-всплеском,  признает  разумность аргументов
 своих коллег,  однако указывает на то,  что раз в несколько сот миллионов лет Млечный путь  все-таки
 имеет обыкновение "проглатывать" очередную карликовую галактику, и вот эти-то карликовые галакти-
 ки  на самом деле  бедны металлами  и таким образом  "потенциально взрывоопасны"  с точки  зрения
 "длинных" GRBs. Кроме того, в новом исследовании речь  не идет  о "коротких" гамма-всплесках  ( это
 слияния  двойных  компактных объектов,  по времени -  менее одной-двух  секунд),  которые  не столь
 "привередливы" к окружающей их среде. Так что вопрос о возможности близкого  гамма-всплеска  все-
 же  пока остается открытым.. 

    ccылки:
        grani.ru/Society/Science/m.104683.html
        cnews.ru/news/line/index.shtml?2006/04/21/200350
        ru.arxiv.org/abs/astro-ph/0604113
        researchnews.osu.edu/archive/gammaray.htm
        sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2006/412/1

    по теме:
        grani.ru/Society/Science/m.101432.html
        grani.ru/Society/Science/m.100443.html
        ntv.ru/programs/publicistics/gordon/arid=15586





                Первые звезды во Вселенной были зажжены стерильными нейтрино
                           
        Эксперимент MiniBooNE (вид на детектор). MiniBooNE может подтвердить существование
        сравнительно маломассивного стерильного нейтрино.  Фото FNAL  с сайта  New Scientist

  Открытие пока еще не обнаруженного типа нейтрино может помочь в разрешении целого ряда  астро-
 физических загадок, начиная с выяснения природы  темной материи  и  заканчивая  тайной  рождения
 первых звезд. Однако добыть неоспоримые  доказательства  существования  этого типа  частиц  может
 оказаться довольно сложной задачей. 
  Нейтрино - это элементарные частицы  (они относятся к лептонам),  в больших количествах  рождаю-
 щиеся  в ядерных "топках" звезд,  а еще больше их возникает  при взрывах сверхновых.  Ныне известно
 три типа (сорта) нейтрино - электронное, мюонное и тау-нейтрино.  За последние десять лет  экспери-
 ментальными методами удалось доказать, что нейтрино способны испытывать так называемые осцил-
 ляции (neutrino oscillations), в ходе которых они переходят из одного  типа в другой  (сама идея осцилли-
 рующих нейтрино (1957 г.) принадлежит выдающемуся итальянскому физику Бруно Понтекорво (Bruno
 Pontecorvo, 1913-1993),  работавшему в СССР - он указал на возможность смешивания  электронного и
 мюонного типов нейтрино). Теоретически это возможно только в том случае, если нейтрино обладают
 ненулевой массой покоя. 
 К настоящему времени еще не удалось получить точные значения всех масс нейтрино (появились лишь
 известные экспериментальные ограничения на них,  для электронного нейтрино  это меньше  3 эВ или
 даже доли электронвольта), однако сам факт наличия  таких масс, кажется,  подразумевает,  что должен
 существовать и четвертый  сорт нейтрино -  так называемые  стерильные нейтрино  ( "sterile" neutrinos ). 
  Все три известных типа нейтрино имеют один и тот же спин (1/2) и одну и ту же  спиральность  - они
 левополяризованные (антинейтрино, соответственно, правополяризованные). А стерильные нейтрино
 появились "на кончике пера" как правые компоненты в теории  Вайнберга-Глэшоу-Салама (объединив-
 шей в свое время электромагнитные  и слабые взаимодействия ).  Стерильными  они названы  потому,
 что не участвуют даже в обычных слабых взаимодействиях (с участием тяжелых промежуточных бозо-
 нов W и Z) и с обычной материей  взаимодействуют  исключительно  гравитационным образом  ( сте-
 рильные  вообще  гораздо массивнее,  чем известные  типы нейтрино).  И опять же  путем осцилляций
 обычные состояния нейтрино могут переходить в стерильные (и наоборот).  При этом может  происхо-
 дить испускание (или, соответственно, поглощение) бозонов Хиггса  ( Higgs boson,  H ). 
 Если бы масса стерильных нейтрино превышала массу "нормальных" в триллионы раз,  то они все уже
 в течение первой секунды после Большого взрыва должны были бы превратиться в своих более легких
 "кузенов". А вот если соотношение масс находится в пределах 100 тысяч или около того (т.е. несколько
 килоэлектронвольт,  1 кэВ - это одна миллионная массы  водородного атома ),  то стерильные  все еще
 могут существовать в нашей Вселенной и распадаться время от времени в более легкие типы нейтрино
 с излучением фотонов рентгеновского диапазона. 
 В 1994 году Скотт Доделсон (Scott Dodelson) из Национальной лаборатории высокоэнергетических  ис-
 следований  имени Энрико Ферми  ( Fermilab, Fermi National Accelerator Laboratory - FNAL )   в Батавии
 (штат Иллинойс, США) и Лоренс Видроу (Lawrence Widrow) из Королевского университета в Кингсто-
 не  ( Queen's University, Канада )  предположили,  что такие относительно  маломассивные  стерильные
 нейтрино могли бы составлять основу темного вещества - то есть неведомого нам пока  типа материи,
 что раз в шесть превосходит  по своей полной массе массу  всего "нормального"  вещества  Вселенной.
 Каково общее число стерильных нейтрино во Вселенной, пока неясно. Если масса стерильных нейтри-
 но составляет порядка нескольких килоэлектронвольт, то их присутствие уже могло бы объяснить пол-
 ностью феномен темной материи. Тогда же исследователи, возглавляемые выпускником  Московского
 университета Александром Кусенко, работающим в Калифорнийском университете  в Лос-Анджелесе,
 проделали выкладки,  согласно которым  стерильные нейтрино,  рожденные  во взрывах  сверхновых
 звезд, могли бы "толкать" образующиеся в ходе этих взрывов  нейтронные звезды, и  в результате этих
 "пинков" ("киков" - от слова "kick") остатки взрывов могли бы приобретать скорости до тысяч километ-
 ров в секунду - явление,  которое  до этого казалось малообъяснимым.  Дело  в том,  что  на излучение
 нейтрино тратится до 99% энергии взрыва и небольшая (даже однопроцентная ) анизотропия потоков
 нейтрино, вызванная нейтринной осцилляцией и  конфигурацией магнитных полей,  может привести
 к выдаче очень большого импульса. 
 
 Теперь же Петер Бирманн (Peter Biermann), что работает в германском Радиоастрономическом институ-
 те имени Макса Планка (Max-Planck-Institut fur Radioastronomie - MPIFR, Бонн), и Кусенко пришли к вы-
 воду, что стерильные нейтрино, возможно, помогли также появиться  и самым  первым  поколениями
 звезд (публикация Physical Review Letters 10 марта 2006 г. - PRL ( vol 96, no 091301)).   Как известно,  ре-
 зультаты  наблюдений  зонда WMAP  ( Wilkinson Microwave Anisotropy Probe -  Зонд  для  исследования
 микроволновой анизотропии имени Дэвида Вилкайнсона ),  опубликованные  в 2003 году,  заставили
 предположить, что первые звезды начали ионизировать межзвездный газ  спустя всего лишь  200 мил-
 лионов лет  после Большого взрыва.  Это  обстоятельство весьма  озадачивало астрономов,  поскольку
 срок, прошедший со времен рождения этого мира и  до появления первых звезд,  был необычайно мал.
 Новые результаты WMAP, обнародованные совсем недавно, несколько упростили  ученым жизнь ( те-
 перь граница ионизация относится уже к порогу в 400 миллионов лет),  однако  и такой срок  на сотни
 миллионов лет уступает ожидаемому из стандартных  теорий звездообразования. 
 Кусенко считает, что именно участие ( в качестве своеобразного катализатора )  стерильных  нейтрино
 в формировании ( охлаждении)  газовых облаков  из молекулярного водорода  могло бы ускорить  про-
 цессы первого звездообразования. Ведь образование  водородных молекул  требует связи  двух атомов
 водорода. И подобные реакции протекают гораздо активнее,  если один  из атомов заранее  ионизиро-
 ван (лишен электронной оболочки). И вот эта-то изначальная  ионизация могла  быть вызвана  рентге-
 новским  излучением,  продуцируемым  распадающимися  стерильными нейтрино  в условиях ранней
 Вселенной. Первые звезды во Вселенной тогда  могли бы зажечься  уже спустя  20-100 миллионов лет
 после Большого взрыва, а ионизация газа, окружающего их,  произошла  тогда спустя 150-400  миллио-
 нов лет после Большого взрыва. 
 Кроме того, именно деятельностью стерильных нейтрино можно объяснить отсутствие больших скоп-
 лений антивещества в окружающем нас мире - так называемую барионную асимметрию Вселенной. В
 условиях ранней Вселенной эти стерильные нейтрино,  возможно, производили  "захват" плазменного
 "лептонного заряда" ("lepton number"), и таким образом был нарушен "закон сохранения" лептонного  за-
 ряда, ну а в более позднее время недостаток этого лептонного заряда был конвертирован в барионный
 заряд, отличный от нуля - возникла асимметрия между барионами (вроде протонов) и антибарионами
 ( вроде антипротонов ). 
 Кусенко считает, что уже на нынешнем этапе развития экспериментальной техники есть шанс на обна-
 ружение различных типов стерильных нейтрино,  которые, однако, имеют меньшую массу, чем те, что
 несут ответственность за неуловимую темную материю. Так, несколько лет  назад результаты  экспери-
 мента в американской Национальной лаборатории Лос-Аламоса (Los Alamos National Laboratory) в шта-
 те Нью-Мексико позволили заговорить о возможности существования  стерильных нейтрино с массой
 порядка 1 электронвольта, а в настоящее время  в Fermilab  в разгаре  многообещающий проект  по ней-
 тринным осцилляциям и поискам массы нейтрино MiniBooNE ( Booster Neutrino Experiment), очередные
 результаты которого ожидаются в 2006 году. 

   ссылки:
       grani.ru/Society/Science/p.104597.html
       mpifr-bonn.mpg.de/public/pr/pr-dm06_en.html
       mpg.de/documentation/pressReleases/2006/pressRelease200603142
       newscientistspace.com//astronomy/dn8880-sterile-neutrinos-may-solve-cosmic-conundrums
       ru.arxiv.org/abs/astro-ph/0601004

   справка:
  Нейтрино -
  электрически  нейтральная частица  со спином 1/2,  то есть относится  к фермионам.  Принадлежит  к
  классу легких частиц - лептонов. Нейтрино и антинейтрино имеют по три различных типа  или  "аро-
  мата", электронное,  мюонное и тау-нейтрино.  При взаимодействии  с другими  частицами нейтрино
  превращаются в соответствующий заряженный лептон. В отрицательные лептоны превращаются  ле-
  вые нейтрино, то есть, имеющие спиральность l = -1/2. Правые нейтрино являются античастицами  к
  левым нейтрино. 
   Частица  была "придумана"  швейцарским  физиком  Вольфганом Паули  в 1930 году  для того,  чтобы 
  спасти закон сохранения энергии, так как последние эксперименты по изучению бета-распада  указы-
  вали на его нарушение. Чтобы урегулировать перекос между теорией  и практикой, Паули ввел  гипо-
  тетическую электрически нейтральную частицу.  Частицу назвали нейтрон. Однако  после  открытия
  в 1932 году  другой массивной  нейтральной частицы,  которую мы  сейчас знаем  под этим  именем,
  Энрико Ферми предложил переименовать частицу  в нейтрино - по-итальянски "нейтрончик". 
  Нейтрино столь плохо взаимодействуют с другим веществом, что могут беспрепятственно  пролететь
  сквозь стену, простирающуюся от Земли до Луны. Они рождаются, например, в ходе реакции ядерно-
  го синтеза, за счет которого  горит Солнце  и другие звезды.  Антинейтрино же  производятся  в ходе
  расщепления атомных ядер на атомных электростанциях. В процессе расщепления  атомного ядра  на
  два меньших появляются  радиоактивные ядра,  которые распадаются,  испуская электрон  и антиней-
  трино.




Hosted by uCoz