Текст из книги: "Мой Космос". Автор: Валерий Лаптев
Предыдущая глава:
Гамма-излучение (гамма-лучи, γ-лучи) - вид электромагнитного излучения, частоты которого выше частот рентгеновского излучения. Можно сказать, что гамма-излучение, это верхний предел электромагнитного излучения, выше которого электромагнитное излучение уже не может прыгнуть, и переходит в область энергий и свойств атомных частиц.
Гамма-излучение характеризуется малой длиной волны – менее 2*10⁻¹⁰ м, вследствие чего имеет слабо выраженные волновые свойства, зато имеет ярко выраженные корпускулярные. Гамма-излучение является ионизирующим излучением. Взаимодействуя с веществом, оно способно образовывать ионы разных знаков.
Гамма-излучение, из-за атмосферы Земли, до поверхности Земли не долетает, но гамма-излучение Космоса хорошо регистрируется космическими аппаратами. Это не только гамма-излучение Солнца, излучаемое при солнечных вспышках. Весь наш Млечный путь ярко светится в гамма диапазоне. Но правда, энергия данного излучения не велика, и не может сравниться с энергией единичных гамма-всплесков, доходящих до нас, из окружающего нас Космоса.
Гамма-всплески – не такие уж редкие события. С начала эры космических аппаратов, способных регистрировать гамма-излучение, их регистрируют почти каждый день. И статистика регистрации всплесков показывает, что приходят гамма-всплески, к нам, практически со всех сторон. Являясь одним из мощнейших электромагнитных излучений, гамма-всплески являются самыми яркими событиями нашего небосвода, приходящими, в основном, от дальних галактик. Наблюдения за космическими гамма-всплесками показали, что за яркой гамма вспышкой почти всегда следует продолжительное свечение в других диапазонах, постепенно переходящее от высоких частот к низким: рентгеновское, ультрафиолетовое, оптическое, инфракрасное, и радио.
Космические гамма-всплески, учёные, подразделяют на короткие и длинные. И связывают, короткие – от 2 миллисекунд до 2 секунд, со слиянием тяжелых космических объектов, таких как нейтронные звёзды и черные дыры. А длинные, от 2 секунд до 6 часов, со вспышками сверхновых и коллапсом ядер звёзд.
В данной главе разговор пойдет о мягких гамма-всплесках, причём повторяющихся. Мягкое гамма-излучение характеризуется длинной волны до 10⁻¹¹ м, и энергия фотонов более 100 кэВ = 10⁵ эВ.
Считается, что источниками мягких повторяющихся гамма-всплесков (МПГ) и рентгеновского излучения с нерегулярной периодичностью, в Космосе, могут быть: магнетары, одна из их разновидностей; или нейтронные звёзды, вокруг которых есть пылевые диски – источники материи для аккреции и излучения звезды.
Примечание: Магнетар — нейтронная звезда, обладающая исключительно сильным магнитным полем (до 10¹¹Тл).
Таких источников (МПГ), именно повторяющихся, найдено в космосе не много. Всё же гамма-излучение, специфическое излучение, и для его образования, а тем более для его повторения, нужны специальные условия: ядерные реакции частиц; аннигиляция частиц; тормозное излучение частиц в сильном магнитном поле и п.р.
Интересен случай, самого мощного зарегистрированного мягкого гамма-всплеска, произошедшего 27 декабря 2004 года. Источником данного всплеска стал магнетар - SGR 1806-20, находящийся на расстоянии 50 000 световых лет в созвездии Стрельца.
Еще до вспышки 27 декабря, 5 октября 2004 года, у данного источника, была зафиксирована серия менее мощных всплесков. Но вспышка 27 декабря была самой мощной и уникальной. Вспышка ослепила приборы космических аппаратов, которые были направлены в направлении источника вспышки. И только КА «КОРОНАС-Ф», который в момент вспышки был закрыт Землёй, зафиксировал всплеск, отражённый от Луны. По мощности ослабленного отраженного всплеска, а отражение лунной поверхности очень слабое, смогли подсчитать мощность взрыва на магнетаре SGR 1806-20.
Но не только на приборы космических аппаратов было воздействие излучения данной вспышки. На ночной стороне Земли, была зафиксирована ионизация ионосферы, такая же, какая бывает на дневной стороне, во время воздействия излучения Солнца. Учёные подсчитали, что, если бы магнитар SGR 1806-20 находился на расстоянии 10 световых лет от нас, такая вспышка смогла бы полностью уничтожить озоновый слой Земли. На таком расстоянии, излучение вспышки, было бы эквивалентно излучению от ядерного взрывы мощностью 12 килотонн, наблюдаемому с дистанции в 7,5 км.
Учёные также подсчитали, что магнетар за одну десятую долю секунды испустил больше энергии (1,3*10³⁹ Дж), чем Солнце испускает за 100 000 лет свечения (4*10²⁶ Вт × 3,2*10¹² сек = 1,3*10³⁹ Дж).
Небольшое отступление.
При оценке светимости самого источника, принимается то, что источник излучает во все стороны одинаково. Но это только предположение. Излучение, в зависимости от конфигурации излучающего источника, может быть и несимметричным. Но даже несимметричный вариант по мощности данной вспышки будет грандиозен.
Но что могло послужить энергией такой вспышки?
Повторюсь. Мягкое гамма-излучение, вид электромагнитного излучения, характеризующееся чрезвычайно малой длиной волны до 10⁻¹¹ м, и энергией фотонов более 100 кэВ = 10⁵ эВ.
Гамма-излучение испускается при разных процессах. Посмотрим, что из известных взаимодействий даст нам гамма кванты нужной энергии. Гамма кванты излучаются при:
1. При переходах между возбуждёнными состояниями атомных ядер, то есть при радиоактивном распаде атомного ядра. Энергии таких гамма-квантов лежат в диапазоне от ~1 кэВ до десятков МэВ. Поэтому радиоактивный распад нам не подходит.
2. При ядерных реакциях, при взаимодействиях и распадах элементарных частиц. При аннигиляции электрона и позитрона, распаде нейтрального пиона и т. п. Тоже не наши процессы. Так при распаде нейтрального пиона при условии, если распавшийся пион покоился, каждый из двух гамма-квантов уносит энергию всего в 67,49 МэВ.
3. При отклонении высокоэнергетических заряженных частиц в магнитных и электрических полях. На данных эффектах разработаны разнообразные приборы, результатом работы которых, в зависимости от конструкции могут быть циклотронное или синхротронное излучение.
4. При торможении высокоэнергетических заряженных частиц в магнитных и электрических полях. Так называемое тормозное излучение.
Синхротронное излучение
Впервые такой тип излучения, в астрономии, был зарегистрирован астрономами Яном Хендриком Оортом и Теодором Уолравеном в Крабовидной туманности, в 1956 году. И буквально несколько месяцев спустя Джеффри Р. Бёрбидж обнаружил его в струе, испускаемой ядром галактики Мессье 87.
Синхротронное излучение имеет характерную поляризацию, которая возникает при излучении, в следствии ускорения релятивистской заряженной частицы перпендикулярно её скорости. Синхротронное излучение генерируется в астрономических объектах, там, где релятивистские электроны вращаются в магнитных полях, меняя свою скорость.
Было высказано предположение, что сверхмассивные чёрные дыры производят синхротронное излучение в джетах, образующихся в результате гравитационного ускорения ионов в их полярных магнитных полях. Было обнаружено, что Крабовидная туманность испускает импульсное гамма-излучение с энергией вплоть до 25 * 10⁹ эВ. Предполагается, что это импульсное гамма-излучение следствие синхротронного излучения электронов, захваченных сильным магнитным полем, которое существует вокруг пульсара. Поляризация при энергиях от 0,1 до 1,0 МэВ иллюстрирует это свойство синхротронного излучения.
В описании, представленном выше, реальность — это только регистрируемые данные. Все остальное это предположения. Да, синхротронное излучение, в настоящее время является хорошим инструментом изучения космоса. Проходя через пыль, газ, на поляризацию излучения накладываются свойства этих сред, которые можно изучать. Но у астрономов, нет механизма, для создания каких-либо излучений, поэтому для описания процесса образования фотонов мягкого гамма-излучения, с длиной волны до 10⁻¹¹ м, и с энергией более 10⁵ эВ попробуем использовать классическое тормозное излучение.
Тормозное излучение
Тормозное излучение — электромагнитное излучение, испускаемое заряженной частицей при её рассеянии (торможении) в электрическом или магнитном поле.
Если тормозное излучение, сравнивать с синхротронным излучением, на которое оно похоже, то тормозное излучение испускается заряженной частицей, когда ускорение направлено параллельно направлению её движения. И, следовательно, у тормозного излучения нет такой дополнительной характеристики, как поляризация.
В современных приборах, основанных на тормозном излучении, используют торможение электронов. Этому есть хорошее объяснение. Согласно классической электродинамике, интенсивность излучения пропорциональна квадрату ускорения заряженной частицы, а ускорение пропорционально массе. И разогнать легкую частицу проще, чем тяжелую. Так при одинаковых условиях разгона, излучение электрона будет в миллионы раз мощнее излучения протона.
По всем теориям, разогнать электрон до скорости света невозможно. Но подсчитано, что электрон, движущийся со скоростью 0,997 скорости света, обладает энергией в 20 МэВ. Это энергия 2 * 10⁷ эВ, энергия которой достаточно чтобы создать гамма-квант высокой энергии. Осталось только разогнать электроны и … резко их затормозить. Вернее, найти в новой Нейтронной теории механизм такого разгона и торможения. Конечно, в новой Нейтронной теории такой механизм разгона уже есть. У предельных нейтронных звёзд скорость вращения на поверхности достигает скорости света. Следовательно, разогнать электроны можно. Но вот механизм торможения придется разработать.
Рентгеновская трубка
Но прежде, чем что-то разрабатывать, посмотрим, что придумали, ученые, и как они используют механизм торможения в приборах. А используют механизм торможения, очень просто.
Уже как 130 лет Вильгельм Конрад Рентген - руководитель физического института Вюрцбургского университета, обнаружил «всепроникающие» лучи, которые позже назвал икс-лучами. Известна точная дата открытия икс-лучей - 8 ноября 1895 года.
Опыты показали, что во возникновении икс-лучей виновато тормозное излучение ускоренных электронов. Икс-лучи возникают внутри катодной трубки, в месте, где разогнанные электроды, образующие катодный луч, сталкиваются с мишенью.
В последствии икс-лучи были названы рентгеновскими, как и трубки, в которых их получают. За открытие икс-лучей Рентгену присудили в 1901 году Нобелевскую премию по физике. Добавлю, что это была первая Нобелевская премия по физике.
И так, механизм торможения электронов используют для создания рентгеновского излучения. Нам интересно как оно происходит. А происходит оно банально и свойственно для человека, что древнего, что современного: взяли что-то и стукнули этим чем-то по чему-то. То есть разогнали электроны и ударили ими по мишени. Мельком упомяну, что в дорогущих ускорителях всё тоже самое.
Так вот, нам нужно ускоренные электроны на поверхности нейтронной звезды во что-то запустить. Нужна космическая мишень. И такая мишень в новой Нейтронной теории тоже есть.
В главе «Нейтронные звёзды» рассказывалось о механизме формирования магнитного луча двумя нейтронными звёздами, как при вращении и при соприкосновении звёзд, так и при обычном вращении друг вокруг друга. В главе был приведен рисунок соприкасающихся звёзд. В нашем случае звёзды будут соприкасаться только в момент начала всплеска гамма-излучения.
В основном, две нейтронных звезды, создающие мягкие повторяющиеся, гамма-всплески (МПГ), вращаются очень близко друг вокруг друга. Это не мешает им генерировать нейтроны, набирать нейтронную массу, и набирать электроны на своей поверхности.
Как показали расчеты, при росте гравитации Солнца, планеты не начинают вращаться вокруг Солнца быстрее. Вращаясь с той же скоростью, что и ранее, они просто удаляются от светила. Можно было бы предложить, что и две нейтронных звезды увеличивая свою гравитацию будут удаляться друг от друга. Возможно, так и было бы, если не магнитное поле звёзд, оно «переплюсовано». То есть магнитное поле одной звезды является продолжением поля другой. И эта «переплюсовка» возможна только при противоположных вращениях звёзд. Такое вращение создает постепенное притягивание. И в какой-то момент звёзды соприкасаются. При соприкосновении, поток раскрученных и ускоренных электронов, причём на каждой звезде, уже не может совершать вращательное движение вокруг звезды и врезается в поверхность соседки. Вот вам и механизм космического торможения о космическую мишень.
Но вращение звёзд продолжается, и продолжается уже с касанием звёзд. Волна излучения от торможения электронов, разрушения нейтронных поверхностей звёзд, распространяется во все стороны, по окружности, в плоскости экватора звёзд.
В результате бурного взаимодействия, уменьшившись в объеме, потеряв потенциал электронов поверхности, лишившись магнитного поля, звёзды отскакивают друг от друга и продолжая вращаться начинают новый процесс накопления массы, гравитации, и электронов, до нового, повторного МПГ.
Текст из книги: "Мой Космос". Автор: Валерий Лаптев
Следующая глава:
Уважаемый читатель! Очень извиняюсь, если смысл статьи Вам не понятен, или даже показался полным бредом.
Невозможно полностью пересказать откуда берутся те или иные суждения, для этого нужно пересказать целую книгу.
Для меня же, каждая статья - это продолжение одной общей темы.
Поэтому предлагаю начать читать с самого начала. С теории расширения Земли. Приятного погружения в мой Нейтронный мир. Новых мыслей и открытий.
Начало книги "Моя Земля":