Банер
ОЧАКВАНЕ - ОЛГА И СИНЪТ Й.jpg

ОБУЧЕНИЕ АВС"Създай Себе си"

Банер

ВАЖНО!

Във връзка със зачестилите напоследък обаждания от хора, изгорели от "услугите" на измислени мошеници, представящи се за част от екипа на "Окултен Център Селена" уведомяваме най-учтиво, че екипът ни се състои от двама души Маг Селена и Маг Живин. Всяко друго позоваване на "Окултен Център Селена", на неговия Уебсайт, на авторските ни материали и регистрирани девизи и слогани е чист опит за измама и въвеждане в заблуждение на хората в беда с цел извличане на неправомерна печалба.

Екипът на "Окултен Център Селена"

ГАМА-АСТРОФИЗИКАТА - ФИЗИКА НА ДАЛЕЧНОТО
Написано от Маг Селена   
Събота, 05 Януари 2008 00:00
Физиците имат отдавна разработени инструменти, които им позволяват да достигнат дължини на вълната по-големи (инфрачервени, микровълни, радиовълни ...) или по-малки (ултравиолетови, рентгенови лъчи ...) от тези на видимата светлина.

Орелиен Баро и Сесил Рено,

(Лаборатория по ядрена физика и високи енергии, Париж)

Разбрал вълновия характер на светлината, човек трябва да се реши на ново оскърбление на своята самовлюбеност: очите му разкриват нищожно малка част от посланията, изпращани от Вселената. За да се опитаме да достигнем до по-обективно и по-пълно виждане на нашата околност, е абсолютно необходимо да си спомним, че видимата светлина е много малка част от електромагнитния спектър.

И тази количествена възможност се дублира от качествен недостатък, тъй като при ограничения си брой фотоните нямат никаква привилегирована страна, за да отговорят на повечето въпроси на съвременната физика.

Физиците имат отдавна разработени инструменти, които им позволяват да достигнат дължини на вълната по-големи (инфрачервени, микровълни, радиовълни ...) или по-малки (ултравиолетови, рентгенови лъчи ...) от тези на видимата светлина.

С тези дължини на вълната са свързани толкова по-големи енергии, колкото те са по-къси. Обхождайки спектъра, е възможно да се изследват различни енергии и според термодинамиката - различни температури.

Дължината на вълната на фотоните може следователно да разкрие директно "топлината", свързана с космичните обекти при равновесни условия. Но Вселената е твърде екзотична лаборатория за физиците и термичната стабилност не се среща винаги.

Лъченията тогава са по-деликатни за интерпретиране и изискват прибягване до подробно моделиране на излъчващите звезди. Нещо повече, тяхното улавяне е често твърде трудно и множество отворени прозорци остават неизследвани.

Гама-лъчите с много висока енергия, арбитри на изключителни физични явления, се изследват от няколко години, предлагайки ново удивително виждане на Космоса.

Особени лъчения

Гама-фотоните, чиято енергия е около хиляда милиарда пъти по-голяма от тази на видимата светлина, са твърде богати на информация върху многобройните аспекти, скрити в дълбокото небе, но остават, в експериментален план, особено трудно достъпни.

Взаимодействията, които се развиват в атмосферата, не ни оставят в действителност никаква надежда да бъдат детектирани директно на земната повърхност. Пред лицето на такава трудност изглежда разумно да се освободим от тази "естествена бариера", която обкръжава Земята, отивайки да търсим лъченията там, където са, т.е. в Космоса.

Проведени са различни опити със спътници и се вижда вече денят, в който ще стигнем директно до космичните фотони. При все това сме изправени пред основна непълнота, която препятства достъпа до високи енергии: малките размери на детекторите. Обикновено от порядъка на десета от квадратния метър, космическите детектори не обхващат достатъчна площ, за да разкрият нищожните проценти на гама-лъчите с много висока енергия.

Впрочем, необходимо е да се изучат по-подробно физичните явления, които се пораждат, когато гама-фотон с космически произход прониква в земната атмосфера, така че да използваме цялата достъпна информация на земната повърхнина.

Тъй като енергията на реакцията е твърде голяма, фотонът може да се овеществи в атмосферната среда, раждайки двойка частици: електрон и позитрон (античастица свързана с електрона). Всяка от тези частици започва да излъчва енергия при твърде значителното спиране, наложено от присъствието на атоми и молекули по техните пробези.

Тези лъчения на свой ред се превръщат в двойки електрони и позитрони. Последните въвеждат други лъчения и така може да се развие експоненциално грамадна каскада от частици. Броят на частиците (който не може да нараства безкрайно, понеже общата разполагаема енергия е ограничена от тази на началния фотон) се оказва максимален на около 7 километра височина.

Благодарение на тези частици, окачествени като вторични, физичната информация, съдържаща се в първичния космически фотон, може да се пренесе чак до почвата. Трябва още да се уверим, че тази информация се съдържа в каскадата и че е възможно да се извлече експериментално!

Тези заредени частици (отрицателно за електроните и положително за позитроните) не са директно наблюдаеми на земната повърхнина при гама-кванти с енергии, към които се насочваме тук, т.е. в областта до 1012 eV, понеже те са "реабсорбирани" от атмосферните съставки.

Но тяхната значителна енергия позволява свръхсветлинна скорост на разпространение и създава следователно една ударна вълна. Този ефект, наречен на името на руския физик Черенков, който го е открил, не нарушава с нищо принципа на относителността: надминатата скорост е тази на светлината в атмосферна среда, която е по-малка от тази във вакуум.

Аналогично на звуковия удар, който съпровожда преминаването на свръхзвуков самолет, имаме излъчване на син светлинен импулс, който следва преминаването на ултрарелативистките частици, както е показано на фиг. 1.

Фиг. 1. Каскада частици в земната атмосфера,

предизвикана от космичен гама-лъч:

1 - земна атмосфера, 2 - ос на снопа, 3 - зона на максимално развитие,

4 - фронт на вълната на Черенков, 5 - отчитане на гама-фотоните.

Отправната точка се намира във факта, че двете първични информации, а именно посоката и енергията на космическите гама-лъчи, се предават добре чрез това Черенково лъчение. Възможно е и да изходим от характеристиките на първичното космично лъчение, изучавайки синьото светене, предизвикано от него.

За да направим това, трябва да имаме инструменти, предназначени специално за улавяне на този слаб сигнал, потопен във фона дифузни фотони (светлина от звездите, мъглявините, Млечния път, градовете ...). Усреднени върху голям интервал от време, фотоните от небесния фон доминират значително фотоните на Черенков.

Обикновено може да се счита, че шумът е 100 хиляди пъти по-силен от сигнала. Но сигналът има твърде важното свойство на почти точен изохронизъм. Методът прочее се състои в измерване на светлина за изключително кратко време (от порядъка на няколко милиардни от секундата - ns), центрирано върху пристигането на Черенковите фотони: те тогава доминират значително над шума от случайните замърсявания.

Телескопът CAT (съкратено от Черенков масив на Темиз), построен неотдавна до Фонт-Ромьо в Източните Пиринеи, е посветен на изучаването на гама-лъчи с много висока енергия.

Той прави един вид фотография на каскадата частици, която се развива в атмосферата. След това към така получените образи се прилагат математични алгоритми, за да се получат физичните характеристики на първичните гама-кванти. Основана върху изключително индиректна техника, гама-астрономията днес е станала достоверна наука, чиито резултати не будят повече съмнение.

Странни звезди

Астрофизичните източници на гама-лъчи с много високи енергии не са многобройни. Първият, който беше установен експериментално, е Раковидната мъглявина. Този бързовъртящ се пулсар е останал от експлозията на една свръхнова през 1054 г. и неговата околност е ефективен генератор на гама-лъчи, разглеждан днес като "стандартна свещ". Истински еталон на високи енергии, Раковидната мъглявина отвори пътя на наблюдателната астрофизика към изключително високи енергии.

Така се разкриват сложните физически механизми на взаимодействие между електромагнитното поле и заредените частици.

Днес гама-телескопите се насочват към най-отдалечените и най-странните звезди. Истински фарове на дълбокото небе, активните галактични ядра са станали привилегирован прицел на фотонните детектори за високи енергии. Тези обекти са наистина гнезда на най-енергетичните явления във Вселената. Т

е са изключителна лаборатория за разнообразни физически механизми, свързващи ядрената енергия, гравитационната енергия, частиците със субсветлинни скорости, магнитните полета, електромагнитните лъчения от всички дължини на вълната, хидродинамиката и физиката на плазмата, както и общата теория на относителността (ОТО).

Значителната светимост на активните ядра на Галактиката не може да се обясни с помощта на термоядрени реакции, аналогични на тези, които имат място в звездите. За сравнение, при някои квазари излъчваната мощност е еквивалентна на тази на 10 000 галактики като нашата или още на експлозията на 1000 свръхнови годишно!

Дори да си представим, че твърде бляскавите звезди (от типа O например) угасват, е невъзможно да се надминат няколко процента от наблюдаваната светимост. Трябва да се прибегне до твърде ефикасен процес и днес е жизнен само един кандидат: превръщането на гравитационната енергия в лъчение благодарение на присъствието на достатъчно масивна и компактна звезда - по всяка вероятност черна дупка.

Това е най-добрият познат двигател понастоящем, тъй като значителна част от енергията на масата (значителна според знаменитата връзка E = mc2) може така да бъде излъчена под формата на фотони от телата, които присъстват в полето на действие на черната дупка. Околната материя тогава се залавя, разхвърля и подлага на значително триене в тънък диск прах.

Голяма част от масата може да се "освободи" под формата на лъчение (буквално енергия - б. пр.) в близост до привличащия център. Тогава се пораждат две симетрични струи свръхбързи частици от двете страни на диска, както e показано на фиг. 2.

Фиг. 2. Основна схема на активното ядро на галактика.

Земните телескопи са открили интензивен гама-сигнал с източник две активни ядра на галактиката. Откриването на тези обекти (Mrk421 и Mrk501) с енергии до към 1013 eV, т.е. до това, което могат да произведат най-мощните действащи земни ускорители, донася обширна информация върху физичните явления, които протичат в тези струи.

Докато те се насочват към Земята, сигналът се усилва от релативистичния ефект на Доплер, позволяващ значителна видима светимост в точката на наблюдението. За да се обясни така разкритата колосална енергия, трябва да се позовем на твърде бързи частици, образуващи струята, чието ускоряване става при взаимодействие с ударна вълна.

Тези теоретични разсъждения, широко потвърдени от опита днес, се позовават на твърде добре разработени и развиващи се математични средства. Стандартният сценарий на генериране на гама-лъчите се състои в предположението, че тези ултрарелативистични частици се сблъскват с дифузните фотони и им съобщават голяма част от своята енергия: това е обратният ефект на Комптън.

Но наблюдението на активните ядра на галактиките в тази област на дължините на вълните предлага друга изненада: гама-сигналът може да бъде не само много интензивен, но и се изменя много бързо. Интервали от време, по-малки от един ден, се проявяват ефективно, което е твърде кратко за астрономични обекти от този вид.

Това позволява да се даде горна граница на размера на активната зона по време на излъчването. Ако си представим изключително бърза вътрешна вариация, наблюдателят не ще може в действителност да забележи друго, освен някакво проявление във времето, съответстващо на размера на излъчвателя, разделен на скоростта на светлината, която е крайна.

В случая е подходящо да се нюансира тази най-проста схема с релативистичния характер на излъчващите звезди, но идеята остава валидна. Установените процеси по време на ускорението са също достъпни за наблюдение. По този начин точната структура на струите частици, скоростта и размерите на възлите, където се ражда лъчението, са добре очертани.

Ключът на загадката за излъчването на много високи енергии от активните ядра на галактиката се намира безспорно в тяхното наблюдение, тясно свързано с инструменти с възможност за различни измервания.

Получаването на емисионния спектър, т.е. на излъчвателната мощност във функция на честотата в твърде широка област, е абсолютно необходимо за глобално разбиране на явлението. Редът, в който се представят вариациите на това явление, винаги според тяхната честота, е също много важен за моделиране на геометрията на източника.

Наблюденията, осъществени досега в различни дължини на вълната, насочват към аналогично във времето поведение, но с различна амплитуда. Това е по всяка вероятност почеркът на една и съща популация електрони, които пораждат голяма част от гама-лъчението на въпросните обекти.

Открити въпроси

Теоретичните обработки на експерименталните данни на гама-астрономията от активните ядра са твърде важни. Те позволяват да се обхване по-добре природата на тези обекти, които остават между най-загадъчните във Вселената.

Но ако стандартният модел на черна дупка, натрупваща по асиметричен начин голямо количество материя, за да изхвърли елементарните съставки под формата на биполярни струи, стана твърде правдоподобен, голям брой въпроси още остават. Ясно е също, че новите данни на гама-астрономията поставят толкова въпроси, на колкото и отговарят.

Природата на частиците, които образуват струите, остава загадъчна. Деликатно е да се обяснят кратките вариации с протоните, както и най-високите енергии - с електроните.

Произходът на дифузните фотони, които се превръщат в гама-кванти чрез взаимодействие с тези частици, не е известен. Те могат да бъдат излъчени от същите частици, да произлизат от диска на залавяне, от външните облаци газ, от околните звезди или още от други източници ...

В този лабиринт от въпроси неотдавнашните наблюдения (в частност на Mrk501) позволяват при все това да започне да се вижда утвърждаването на подходящ сценарий, основан в частност върху модела наречен "синхротронно авто-Комптъново" излъчване.

В това описание се предполага, че струите на активните ядра на галактиката са съставени от активно излъчващи електрони вследствие на присъствието на интензивни магнитни полета, които изкривяват траекториите им. Тези лъчи взаимодействат след това отново с поколението частици, което ги е породило, и достигат до твърде високи енергии.

Ако това описание изглежда съблазнително и се оказва облагодетелствано от последните резултати, то не изключва други моделирания, основани върху протонни струи или взаимодействия с външни фотони.

Трябва да се вземат предвид и други деликатни пунктове: обектът е отдалечен (около 500 светлинни години) и е невъзможно да се разграничат случаите на вътрешни ефекти на излъчването с евентуални взаимодействия с галактични полета. Тази нова физика трябва да срещне значителен брой неизвестни в сравнение с относително ограниченото количество разполагаеми данни!

При все това е възможно да се опитаме да извлечем полза от такива трудности и да обърнем проблема в наше предимство, като използваме прецизно тези гама-лъчения за сондиране на междугалактичното пространство.

Плътността на дифузните инфрачервени фотони е едно от главните неизвестни на наблюдателната космология и нейното възможно определяне чрез поглъщането на гама-фотоните би могло силно да подпомогне разбирането на еволюцията на галактиките.

Липсата на гама-сигнал става тогава признак за присъствие на тези фотони с ниска енергия и, поради същото, мярка за излъчената енергия в началните фази на Вселената (тези лъчения днес са съществени за инфрачервените гама-фотони в резултат на двоен ефект на спектрални промени, дължащи се на разширението и преизлъчването от облаците прах).

Този нов подход се развива и позволява вече да се поставят по-строги граници отколкото при опитите със спътници.

Гама-небето е също особено тайнствена страна, свързана с откриването на многобройни "скокове". Тези енергетични полъхвания със значителен интензитет са наблюдавани за моменти от спътници и тяхната причина е напълно неизвестна. Те се разпределят равномерно върху небосвода. Досега земните телескопи не са успели да установят тези скокове.

Важни информации върху природата на тези източници и пълната им лъчева мощност са също на разположение. Наблюдаването на такива явления с ритъм няколко годишно се предвижда също при различните опити от земната повърхност.

Но основният залог на близките години ще бъде по всяка вероятност центриран върху разбирането на местоположението на ускорителите на космичното лъчение.

Остатъците от свръхновите, които са предполагаемото място на тези процеси, са в по-голямата си част невидими в областта на много високите енергии. Загадката на космичните частици остава впрочем изцяло и намирането на звездите инициатори е абсолютно необходимо.

Обикновеното виждане, основано върху ускоряването от ударна вълна в близост до останките от звездни експлозии, среща днес трудности поради липса на гама-информация. Подобряването на чувствителността на детекторите, което скоро ще имаме, ще даде нова светлина върху въпроса за произхода на космичното лъчение в нашата галактика.

Активните ядра на галактиката и Раковидната мъглявина не са следователно единствено възможни звезди за измерване на излъчването на гама-фотони с много високи енергии. Други източници, неми засега, се изследват също от телескопите. Теоретичните и експерименталните разработки, в пълен разгар в тази област, ще позволят в близките години да обхванем по-добре вселената на много високите енергии.

Като нова и абсолютно необходима тухла в конструкцията на подходящ образ на нашето космично обкръжение, гама-астрономията ще разкрие безспорно неподозирани явления, на първо време непонятни, но без всякакво съмнение вълнуващи.

 

Превод от френски: Ал. Карастоянов

Aurelien Barrau & Cecile Renault "L'astrophysique gamma,

physique de l'extreme", Fusion, No. 70, mars-avril 1998, pp. 58-61.



Добавете тази страница към любимата Ви социална мрежа, към любими, отметки....
 
Сходни статии
За сайта
© 2023 selenabg.com. Този сайт е притежание на Окултен Център Селена. Всички права запазени .