Истечения вещества в виде струй наблюдаются в астрономических системах с различной скоростью, от быстрой до медленной. Джеты в виде истечений вещества обычно наблюдаются в астрономических системах с разной скоростью, от быстрой до медленной. Самые быстрые струи очень релятивистские и могут достигать скоростей, близких к скорости света. Несмотря на то, что это широко наблюдаемое явление, происхождение и многие свойства этих струй остаются загадкой.
В течение долгого времени экспертов озадачивало бимодальное распределение скоростей струй, когда одни были невероятно быстрыми, а другие медленными, и заметным отсутствием промежуточных скоростей. Однако исследователи из Университета Бар-Илан пересмотрели данные и, похоже, наконец решили эту запутанную загадку.
Во многих различных галактических и внегалактических системах обычно наблюдается выброс вещества в виде джетов. Скорость, с которой происходит это зрелище, сильно различается. Наряду с относительно медленными струями, связанными с нейтронными звездами или двойными звездными системами, наблюдаются очень быстрые релятивистские струи со скоростями, очень близкими к скорости света. Самые быстрые известные джеты связаны с явлением, известным как «гамма-всплески».
Это явление характеризуется начальной вспышкой гамма-излучения, длящейся несколько секунд, во время которой видно сильное излучение гамма-излучения. Затем следует «послесвечение», длящееся гораздо дольше часов, дней и даже месяцев. В течение этой эпохи излучение впоследствии затухает и наблюдается в виде более низких длин волн, рентгеновских лучей, ультрафиолетовых, оптических, инфракрасных и радиочастот в очень поздние времена.
Помимо вопроса о том, почему струи этих объектов такие быстрые, остается, казалось бы, не связанной с этим загадкой то, что происходит в промежуточный период от сотен до тысяч секунд, когда излучение либо затухает, либо остается постоянным. В некоторых случаях через несколько десятков секунд рентгеновское излучение значительно затухает, как и следовало ожидать от релятивистского всплеска, сталкивающегося с веществом и излучением, существующими в пространстве между звездными системами в галактике.
Однако примерно в 60% наблюдаемых случаев видимое излучение не исчезает, а остается постоянным. Это наблюдение долгое время было источником путаницы для исследователей, и ему не было найдено убедительного объяснения, поскольку это явление было обнаружено примерно 18 лет назад.
Исследователи с физического факультета Университета Бар-Илан теперь доказали, что это видимое постоянное излучение является естественным следствием скорости струи, которая значительно ниже, чем обычно предполагалось, и заполняет пробел между скоростями, измеренными из разных источников. Другими словами, более низкая начальная скорость струи может объяснить отсутствие распада и более видимое и постоянное излучение.
Исследователи показали, что предыдущие результаты, из которых были выведены высокие скорости у этих объектов, в этих случаях недействительны. При этом они изменили парадигму и доказали, что струи образуются в природе при любых скоростях. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications и выбрано редактором журнала как одна из 50 самых важных статей, недавно опубликованных.
Один из основных открытых вопросов при изучении гамма-всплесков заключается в том, почему в значительном проценте случаев рентгеновские лучи, видимые до нескольких дней, долго не затухают. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи начали тщательное картирование данных, которые многочисленны, но разбросаны и «зашумлены».
После тщательного изучения литературы они создали образец высококачественных данных. Изучив объяснения явления в существующей литературе, они обнаружили, что все без исключения существующие модели делают дополнительные предположения, не подтверждаемые данными. Что еще более важно, так это то, что ни одна из моделей не дала убедительного объяснения чистым данным. Поэтому исследователи вернулись к базовой модели и попытались понять, какие из основных предположений неверны.
Они обнаружили, что изменение только одного предположения о начальной скорости джетов было достаточным для объяснения данных. Исследователи продолжили и изучили данные, которые привели других астрофизиков к выводу, что джеты должны быть в высшей степени релятивистскими (т. е. двигаться очень близко к скорости света = чрезвычайно быстро), и, к своему удивлению и радости, обнаружили, что ни один из существующие аргументы были действительны в случаях, которые они изучали. Отсюда они быстро пришли к выводу, что, скорее всего, двигались в правильном направлении.
Профессор Асаф Пеер, руководивший теоретической частью этого исследования, описывает себя как теоретика, которому нравится работать с данными.
«Астрофизические системы в целом характеризуются большой сложностью, и часто теоретические модели, по своей сути более упрощенные, могут упускать ключевые моменты», — объясняет он. «Во многих случаях тщательное изучение данных, которое мы провели здесь, показывает, что существующие идеи просто не работают. Именно это привело нас к новым идеям. Иногда достаточно самой простой, наименее сложной идеи».
Партнерами профессора Пеера в этом исследовании являются первый автор исследования, доктор Хюсне Дерели-Бег из исследовательской группы Бар-Илан, и профессор Феликс Райд из Королевского технологического института KTH в Стокгольме. В то время как Пеер сосредоточился на теории, его сотрудники сосредоточились на анализе данных, которые стимулировали и поддерживали предложенную им теорию.
«Нам потребовалось некоторое время, чтобы развить понимание, и как только я понял, что нужно изменить всего один параметр, все сложилось как головоломка», — говорит профессор Пеер. «Настолько, что с какого-то момента каждый раз, когда мы поднимали новую потенциальную проблему, мне было ясно, что данные будут в нашу пользу, и так оно и было».
Астрофизические исследования по самой своей природе являются фундаментальными исследованиями. Если исследователи действительно правы, результаты имеют далеко идущие последствия, которые могут привести к смене парадигмы в этой области, а также в понимании физических процессов, вызывающих выбросы. Важно отметить, что происхождение явления до сих пор полностью не известно, но оно явно связано с коллапсом звезды (или пары звезд) в черную дыру. Результаты исследования очень важны для понимания этих механизмов, а также типа звезд, которые заканчивают свою жизнь таким образом, что они производят сильное гамма-излучение.
«Научные исследования — это увлекательно. Постоянно рождаются и тестируются новые идеи. Поскольку данные часто неубедительны, люди часто публикуют свои идеи и идут дальше», — говорит профессор Пеер. «Здесь был уникальный случай, когда, изучив множество идей, я вдруг понял, что объяснение может быть очень простым. После того, как я предложил объяснение, мы снова и снова проверяли его на существующих данных, и оно проходило испытание за испытанием. Так что иногда самое простое объяснение оказывается и самым удачным».
No comments:
Post a Comment