Гамма-всплески и невидимое вещество

Для понимания природы гамма-всплесков важно знать, из каких мест родительских галактик они приходят. В статье «Ярчайшие взрывы во Вселенной» сказано, что если гамма-всплески происходят при коллапсе массивных звезд, то они должны тяготеть к областям звездообразования; но если это результат слияния двойных релятивистских звезд, например нейтронных звезд и черных дыр, то гамма-всплески могут наблюдаться далеко от областей формирования звезд. Однако не следует забывать, что пока ни одна из этих двух теорий не доказана, поэтому астрофизики обсуждают и другие возможные варианты. 

Так, уже неоднократно рассматривались модели, связанные с различными видами темной материи. В том, что существует огромное количество невидимого вещества, астрономы давно не сомневаются: хотя его присутствие выдает только тяготение, которое ясно указывает, что на периферии галактик такого вещества гораздо больше, чем видимого, образующего звезды и межзвездные облака. К сожалению, пока не понятно, в каких объектах скрыто это невидимое вещество: образует ли оно что-то подобное звездам или рассеяно в виде элементарных частиц. Но поскольку «скрытая масса» галактик очень велика – у крупных систем она значительно больше видимой массы, – астрономы относятся к темному веществу очень серьезно и постоянно ищут его возможные проявления. Если бы оказалось, что пространственное распределение гамма-всплесков в галактиках согласуется с распределением не какого-то типа звезд, а именно темной материи, это позволило бы пролить свет как на происхождение самих гамма-всплесков, так и на природу невидимого вещества.

Сотрудники Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (МГУ) Цветков Д.Ю., Блинников С.И. и Павлюк Н.Н (http://xxx.itep.ru/abs/astro-ph/0101362) сравнили распределение поверхностной плотности гамма-всплесков и различных типов звездного населения галактик. Оказалось, что в их внутренних частях, так называемых «балджах»,  радиальное распределение гамма-всплесков сходно с распределением старых звезд сферической составляющей галактик. Но во внешних частях, где звезды и газ в спиральных галактиках сконцентрированы во вращающемся диске, плотность гамма-всплесков спадает к периферии медленнее, чем плотность видимых дисков, скорее напоминая распределение темной материи, образующей вокруг галактики обширное гало. Значит, они распределены в пространстве не так, как области звездообразования, которые в близких к нам системам сконцентрированы в галактических дисках. 

Многие наблюдатели ореолов настаивают на том, что они видят их в основном в галактиках, целиком охваченных вспышкой звездообразования. Морфология таких галактик очень сложна, их трудно классифицировать. Поэтому было бы неправомерно сравнивать такие необычные галактики с близкими к нам нормальными спиралями. Схожесть в распределении гамма-всплесков и старых звезд в «балджах» можно объяснить тем, что в эпоху активных гамма-вспышек «балджи» были слишком  молодыми. Есть и другой вариант: гамма-всплески могут порождаться и в настоящую эпоху в сферической составляющей галактик, например в шаровых звездных скоплениях; такую гипотезу высказал московский астроном Ю.Н. Ефремов (ссылка). На первый взгляд, сходство в распределении гамма-всплесков и темной материи кажется удивительным: ведь оптические ореолы первых должны быть в основном видны там, где много обычного вещества, способного светиться. Однако следует учесть, что видимое и невидимое вещество тесно связаны между собой силами гравитации. Даже если мы видим гамма-всплеск в галактике со вспышкой звездообразования, нельзя утверждать, что он непременно порожден обычной массивной звездой. Задумаемся: а что вызывает вспышку звездообразования в масштабе целой Галактики?

Общепризнанно, что инициатором формирования как самих галактик, так и первого поколения звезд, служит темная материя. Космологи знают, что в ранней Вселенной, при красном смещении  z > 1000 возмущения температуры реликтового излучения имели такую амплитуду, как и возмущения плотности видимого вещества. Эта амплитуда в ту далекую эпоху была очень мала – порядка 0,001% от среднего уровня (недавно астрономы измерили это по угловым флуктуациям температуры реликтового излучения). Но после эпохи  z  = 1000, когда вещество охладилось и стало прозрачным для света, флуктуации реликтового излучения не менялись, а вещества – возрастали за счет гравитационных сил. Если бы Вселенная содержала только видимое вещество, то, согласно классической теории Е.М. Лифшица, флуктуации плотности вещества смогли бы к нашей эпохе возрасти только в z раз и достигли бы всего 1%. Вселенная была бы почти однородной: ни галактик, ни звезд, ни нас с вами еще не было бы, если бы не темная материя, возмущения плотности в которой были больше. Именно она начала создавать структуры – большие потенциальные ямы, в которые затем стекало обычное вещество, образуя видимые галактики, квазары, звезды, планеты...

Если гамма-всплески порождаются объектами, состоящими из темной материи, то, естественно, мы увидим всплески вблизи областей звездообразования, что не послужит доказательством генетической связи гамма-всплесков и обычных массивных звезд, а лишь укажет на то, что обычное вещество сопутствует невидимому. Нельзя забывать также о том, что яркие послесвечения наблюдались и там, где никаких галактик не было обнаружено (такой, например, была вспышка GRB000301C). Все это вполне естественно, если гамма-всплеск порожден объектом, состоящим из темного вещества: такой объект может проэволюционировать и сколлапсировать к моменту, когда звезды еще только начинают формироваться. Как именно рождается гамма-всплеск в объекте из невидимого вещества, зависит от свойств темной материи, которую ищут и астрономы (на небе), и физики (в лабораториях). Например, в группе А.В. Гуревича (ФИАН) рассматриваются модели гамма-всплесков в объектах из нейтралино – массивных частиц, предсказанных моделями суперсимметрии. Это самый вероятный кандидат на роль темной материи. Иной вариант выдвинул автор этой заметки: возможно, темная материя (или ее большая часть) состоит из «зеркального вещества», предложенного в 1966 г. И.Ю. Кобзаревым, Л.Б. Окунем и И.Я. Померанчуком для восстановления нарушенной в распадах частиц комбинированной четности. Обсуждаются и другие возможности. Пока еще рано строить детальные теории такого рода, но астрономы не должны закрывать глаза на новые необычные возможности: рост числа изученных гамма-всплесков очень скоро может подтвердить их пространственное совпадение с темной материей. Тогда две космические загадки сольются в одну и, возможно, помогут найти их общее решение.  

ОБ АВТОРЕ: Сергей Иванович Блинников, доктор физ.-мат. наук, сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ), Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга (ГАИШ МГУ).

15 Июня 2011, 9:46    Oleg    4081    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.