Космический телескоп «Fermi» обнаружил редкую и самую яркую гамма-двойную систему


ГА́ММА-ТЕЛЕСКО́П

ГА́ММА-ТЕЛЕСКО́П, уст­рой­ст­во для из­ме­ре­ния рас­пре­де­ле­ния ин­тен­сив­но­сти гам­ма-из­лу­че­ния в на­блю­дае­мом уча­ст­ке не­бес­ной сфе­ры. По спо­со­бу ре­ги­ст­ра­ции гам­ма-кван­тов Г.-т. де­лят на комп­то­нов­ские, пар­ные и ат­мо­сфер­ные че­рен­ков­ские, в ко­то­рых со­от­вет­ст­вен­но де­тек­ти­ру­ет­ся ком­пто­нов­ское рас­сея­ние фо­то­нов (см. Ком­пто­на эф­фект), ро­ж­де­ние элек­трон-по­зи­трон­ной па­ры и воз­ник­но­ве­ние Ва­ви­ло­ва – Че­рен­ко­ва из­лу­че­ния в ат­мо­сфе­ре.

Ком­пто­нов­ские и пар­ные Г.-т. ис­поль­зу­ют­ся во вне­ат­мо­сфер­ной ас­тро­но­мии, пер­вые – в диа­па­зо­нах энер­гий фо­то­нов от до­лей МэВ до де­сят­ков МэВ, вто­рые – от де­сят­ков МэВ до не­сколь­ких ГэВ. В та­ких Г.-т. рас­по­зна­ют­ся слу­чаи по­па­да­ния в те­ле­скоп фо­то­нов гам­ма-из­лу­че­ния, из­ме­ря­ет­ся энер­гия, те­ряе­мая фо­то­ном при его взаи­мо­дей­ст­вии с ве­ще­ст­вом, и оп­ре­де­ля­ют­ся на­прав­ле­ния дви­же­ния воз­ни­каю­щих час­тиц. По этим дан­ным для ка­ж­до­го фо­то­на оп­реде­ля­ют об­ласть не­бес­ной сфе­ры, из ко­то­рой он мог быть ис­пу­щен. Ин­фор­ма­ция обо всех за­ре­ги­ст­ри­ро­ван­ных фо­то­нах да­ёт кар­ти­ну рас­пре­де­ле­ния ин­тен­сив­но­сти гам­ма-из­лу­че­ния в на­блю­дае­мом уча­ст­ке не­бес­ной сфе­ры.

Рис. И. В. Баланцевой Схема устройства атмосферного черенковского телескопа.

Плот­ность по­то­ка фо­то­нов с энер­ги­ей, пре­вы­шаю­щей неск. де­сят­ков ГэВ, на­столь­ко ма­ла, что ус­та­нов­лен­ный на спут­ни­ке те­ле­скоп с пло­ща­дью де­тек­торов 1–2 м2 за всё вре­мя мно­го­лет­не­го по­лё­та об­на­ру­жит лишь неск. та­ких фо­то­нов. По­это­му для ре­ги­ст­ра­ции фо­то­нов вы­со­ких энер­гий при­ме­ня­ют на­зем­ные ат­мо­сфер­ные че­рен­ков­ские Г.-т., ко­то­рые ис­поль­зу­ют ат­мо­сфе­ру Зем­ли для пре­образования фо­то­нов в за­ря­жен­ные час­ти­цы. Вы­со­ко­энер­гич­ный фо­тон, вторг­ший­ся в ат­мо­сфе­ру, ро­ж­да­ет в воз­ду­хе ли­вень из фо­то­нов и элек­тронов. Бы­ст­рые элек­тро­ны, дви­жу­щие­ся пре­им. в том же на­прав­ле­нии, что и пер­вич­ный фо­тон, ге­не­ри­ру­ют че­рен­ков­ское из­лу­че­ние, ре­ги­ст­ри­руе­мое Г.-т. Та­кой Г.-т. со­сто­ит из не­сколь­ких боль­ших сфе­рич. зер­кал (рис.), раз­не­сён­ных на рас­стоя­ние ок. 100 м. В фо­ку­се ка­ж­до­го зер­ка­ла рас­по­ло­жен вы­со­ко­чув­ст­ви­тель­ный фо­то­при­ём­ник, фик­си­рую­щий изо­бра­же­ние на­блю­дае­мо­го уча­ст­ка не­ба, соз­да­вае­мое зер­ка­лом. Оп­тич. оси всех зер­кал па­рал­лель­ны. Че­рен­ков­ский свет от воз­ник­ше­го в ат­мо­сфе­ре лив­ня час­тиц соз­да­ёт на фо­не ноч­но­го не­ба ко­рот­кую (до­ли мик­ро­се­кун­ды) вспыш­ку, ко­то­рая яв­ля­ет­ся сиг­на­лом к за­по­ми­на­нию изо­бра­же­ний лив­ня на фо­то­при­ём­ни­ках. По дан­ным, по­лу­чен­ным с раз­не­сён­ных зер­кал, стро­ят сте­рео­ско­пич. изо­бра­же­ние лив­ня и оп­ре­де­ля­ют на­прав­ле­ние ро­див­ше­го ли­вень фо­то­на, а по об­щей ин­тен­сив­но­сти вспыш­ки вы­чис­ля­ют его энер­гию. По со­во­куп­но­сти на­прав­ле­ний всех за­ре­ги­ст­ри­ро­ван­ных фо­то­нов на­хо­дят рас­пре­де­ле­ние ин­тен­сив­но­сти гам­ма-из­лу­че­ния в на­блю­дае­мом уча­ст­ке не­бес­ной сфе­ры. Ми­ним. энер­гия ре­ги­ст­ри­руе­мых фо­то­нов за­ви­сит от пло­ща­ди зер­кал и при пло­ща­ди 100 м2 со­став­ля­ет ок. 100 ГэВ.

Любители против астероидов

Астрономы-любители в рамках проекта испанской Виртуальной обсерватории уточнили орбиты 511 сближающихся с Землей (то есть потенциально опасных) астероидов на основе анализа снимков Слоановского обзора неба.

Галактики, изображение которых получено с помощью SDSS

Галактики, изображение которых получено с помощью SDSS

Фото: sdss.org

Помимо важного практического результата, данная работа любопытна еще и тем, что воплотила в себе два популярных направления в развитии современной астрономии. О каждом из них следует рассказать чуть подробнее.

Первое направление — это так называемая виртуальная обсерватория. Вообще-то, так называется набор инструментов, необходимых для доступа к данным и работы с ними. Но главная идея, сверхзадача виртуальной обсерватории заключается в том, что она дает возможность использовать в рамках решения какой-то конкретной задачи данные наблюдений, полученные ранее на разных телескопах, разными авторами, в разное время и в разных диапазонах длин волн. Причем речь идет именно о данных, а не о финальных результатах наблюдений, которые обычно публикуются в научных статьях.

Дело в том, что данные астрономических наблюдений, как правило, содержат в себе гораздо больше информации, чем это было необходимо их заказчику. Конкретная наблюдательная программа зачастую составляется ради изучения всего одного или нескольких объектов. В то же время в поле зрения телескопа всегда неизбежно попадает множество других звезд, галактик, астероидов и прочего. И хотя характеристики последних (яркости, координаты, спектры) в рамках первоначально заявленной программы измеряются не целенаправленно, а скорее «случайно», они могут быть интересны другим астрономам — для проверки других гипотез, в рамках совсем других научных направлений. Именно поэтому апологеты виртуальной обсерватории выступают за то, чтобы данные наблюдений, во-первых, сохранялись в наиболее полном виде и по возможности в едином формате, а во-вторых, были бы открыты для всех желающих.

Так, проект Слоановского цифрового обзора неба, действующий с 2000 года, полностью соответствует идеям виртуальной обсерватории. Изначально его приоритетные задачи были нацелены на то, чтобы получить изображения и измерения спектров большого количества внегалактических объектов, но в то же время по его снимкам (находящимся в открытом доступе) можно изучать и большое количество звезд нашей Галактики и даже объекты Солнечной системы.

Собственно, последняя возможность и показалась перспективной испанским ученым, которые обратились к любителям астрономии всего мира, готовым бескорыстно работать на благо науки.

Привлечение любителей для решения конкретной научной задачи составляет второе популярное направление в современной астрофизике. Действительно, ведь данными виртуальной обсерватории (в общем смысле этого слова) могут пользоваться не только ученые-профессионалы. И если поставленная задача не требует глубоких специализированных знаний, а заключается, например, в рутинной обработке наблюдательных данных, то армия усидчивых непрофессионалов может принести современной науке ощутимую пользу.

Челябинский метеорит

Челябинский метеорит

Фото: Павел Мальцев / «Лента.ру»

Сегодня существует уже немало научных проектов, в которые вовлечены любители науки со всего мира (достаточно посмотреть, например, на масштабы проекта zooniverse.org). Испанские астрономы расширили этот список.

Итак, более трех тысяч любителей астрономии в течение пятнадцати месяцев занимались тем, что искали на снимках Слоановского обзора неба (а их, к слову, почти миллион) астероиды из базы данных объектов, сближающихся с Землей, которую ведет Международный центр по исследованию малых планет (Minor Planet Center). Если изображение астероида обнаруживалось, то это позволяло измерить его небесные координаты на момент времени снимка, а значит, уточнить его орбиту. Тем самым прояснялась траектория его движения, что принципиально важно для исследования потенциально опасных малых тел.

За все время наблюдений добровольные помощники испанских астрономов провели более 150 тысяч измерений и уточнили орбиты 551 астероида. Это немного по сравнению с полным списком подобных объектов, в котором их числится почти 10 тысяч. Но, во-первых, большого количества объектов из списка могло просто не оказаться на снимках Слоановского обзора. А во-вторых, объем проделанной работы все равно весьма значителен и, что отдельно отмечают авторы публикации, ровно ничего не стоил налогоплательщикам.

Космический гамма-телескоп Fermi обнаружил сразу 16 гамма-пульсаров

По нам стреляет неизвестно что

По данным спутника Fermi, Земля находится под электронным обстрелом со стороны непонятных близких объектов. Если это сгустки тёмной материи, то у… →
Космический гамма-телескоп Fermi продолжает радовать научную общественность новыми открытиями. Этот телескоп был выведен на орбиту в июне 2008 года и носил имя GLAST

. Но спустя два месяца после завершения всех тестовых работ в космосе NASA объявили о том, что аппарат теперь будет называться в честь итальянско-американского физика Энрико Ферми, который прославился тем, что предложил теорию, описывающую ускорение элементарных частиц между движущимися намагниченными облаками межзвёздного газа. Телескоп состоит из двух основных инструментов — широкоугольного телескопа LAT (Large Area Telescope) и монитора вспышек GBM (GLAST Burst Monitor).

В пятницу в журнале Science была опубликована

статья весьма многочисленной (чуть менее 180 человек) международной группы ученых, в которой

сообщается об открытии с помощью Fermi 16 пульсаров, излучающих в гамма-диапазоне.

Все они отмечены желтыми кружками на верхнем фото, где представлено изображение всего неба (All-sky-обзор) в гамма-диапазоне.

Пульсар переродился на глазах

На месте неприметной звёздочки за несколько лет возник радиопульсар, совершающий 592 оборота в секунду — «обновлённый» пульсар: падение газа со… →
Пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая испускает узконаправленные потоки излучения. В результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени, и образуются периодичные импульсы пульсара. В 1967 году британская аспирантка Джоселин Белл, которая занималась поиском быстрых флуктуации радиоизлучений от космических источников, попадающих в поле зрения телескопа при суточном вращении Земли, обнаружила источник, выдававший излучение со строгой периодичностью.

Четкие импульсы, приходящие из космоса, не могли не натолкнуть Белл и ее научного руководителя, Энтони Хьюиша, на мысль, что это проявление внеземного разума, и потому работа с этими импульсами была строго засекречена.

Но вскоре были обнаружены другие периодичные источники, и Хьюиш пришел к выводу, что это не что иное, как неизвестный до этого момента класс объектов. Эти источники периодичного излучения получили название пульсары, а сам Хьюиш в 1974 году получил Нобелевскую премию.

Эйнштейн сдержал прогресс науки

Теория тяготения Эйнштейна выдержала новую проверку со стороны наблюдений. Медленный поворот оси вращения одного из компонентов двойного пульсара… →
На данный момент известно 1800 пульсаров, и большая часть из них была обнаружена по периодическому радиоизлучению. Но есть пульсары, которые излучают не только в радио, а еще и в рентгене, и в гамма-диапазоне. Благодаря телескопу LAT спутника Fermi гамма-пульсаров стало известно гораздо больше, несмотря на то что, как заявляли сами авторы, от самого далекого обнаруженного ими пульсара приходило только два гамма-фотона в день.

Из 16 гамма-пульсаров, которые были обнаружены Fermi, 13 оказались связаны с источниками, обнаруженными ранее с помощью гамма-телескопа EGRET космической обсерватории Compton, работавшей с 1991 по 2000 годы. Всего тот телескоп обнаружил порядка 300 гамма-источников (в том числе и несколько пульсаров). С помощью Fermi ученые надеются вскоре узнать что-то новое и об остальных объектах из этого списка.

Открытия, сделанные на телескопе LAT спутника Fermi, дали возможность ученым несколько больше узнать о механизме излучения гамма-пульсаров.

Магнитное поле пробило пульсар

Астрономы нашли уникальный объект, оказавшийся промежуточным звеном между обычными пульсарами и удивительными магнетарами, обладающими самыми сильными… →
Как известно, магнитные полюса нейтронной звезды не совпадают с осью вращения этого объекта (подобная ситуация, как известно, наблюдается на Земле, ведь наш магнитный полюс совершенно не совпадает с географическим), и потому радиоизлучение от пульсаров распространяется только в пределах конуса, который описывает магнитная ось звезды. Если Земля не попадает в этот конус, то на ней пульсар не будет обнаружен. Важный вывод, который делают авторы, состоит в том, что у гамма-пульсаров наблюдаемый конус излучения шире, чем у радиопульсаров. Авторы придерживаются мнения, что гамма-излучение образуется во внешней магнитосфере пульсара.

Очень интенсивные магнитное и электрическое поле ускоряют заряженные частицы почти до скорости света, которые излучают в гамма-диапазоне.

Поскольку вращение звезды способствует излучению, то с возрастом отдельные пульсары замедляются и теряют энергию. Но в двойных системах компаньон главной звезды может отдавать свое вещество на пульсар и, таким образом, поддерживать его вращение до значений 100-1000 оборотов в минуту. Такие пульсары называются миллисекундными, и среди 16-ти гамма-пульсаров, которые открыты с помощью Fermi, таковыми являются ровно половина, то есть 8, и все они являются известными миллисекундными радиопульсарами. Соответствующая работа

также опубликована в пятницу в Science.

«Даже в наших самых смелых мечтах мы не могли думать о том, что за первые пять месяцев работы Fermi нам удастся открыть 16 пульсаров», — признался один из авторов работ, Маркус Циглер.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: