Новые звезды увидели в Африке

Гамма-астрономия добилась нового успеха

Гамма-астрономия добилась нового успеха: телескоп HESS, расположенный в Намибии, обнаружил первый внегалактический источник мощного гамма-излучения, не являющийся активным ядром галактики.

В XVII веке великий Галилео Галилей первым посмотрел на небо в телескоп и сделал ряд революционных открытий, в частности обнаружив пятна на Солнце, горы и кратеры на Луне, кольца у Сатурна и спутники у Юпитера. Спустя четыре сотни лет астрономы освоили не только оптический диапазон, но и другие виды электромагнитного излучения. По всему миру стоят гигантские тарелки радиотелескопов, а в космосе летают телескопы, улавливающие излучение, принимать которое на Земле мешает атмосфера: инфракрасное, рентгеновское и гамма-излучение.

В общем-то, гамма-диапазон человечество стало осваивать достаточно недавно, но значение исследований в этом диапазоне электромагнитного излучения трудно переоценить.

Гамма-излучение

вид электромагнитного излучения с чрезвычайно маленькой длиной волны — менее 5?10^-3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. Гамма-квантами являются фотоны высокой энергии. Обычно считается, что энергии квантов гамма-излучения превышают 10⁵ эВ, хотя резкая граница между гамма- и рентгеновским излучением не определена. На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий.

Непосредственно гамма-кванты можно «поймать» лишь в космосе: до Земли они не доходят, встречая на своем пути атомы газов атмосферы и порождая каскады быстрых частиц. Одним из основных источников гамма-излучения в космосе являются энергичные заряженные частицы, порожденные вспышками сверхновых. Эти частицы взаимодействуют с атомами межзвездного вещества, и результатом такого взаимодействия являются каскады частиц, в том числе и гамма-фотоны сверхвысоких энергий.

Механизм генерации гамма-фотонов был подтвержден, в частности, наблюдениями остатков вспышек сверхновых на наземном гамма-телескопе HESS, расположенном в Намибии.

Телескоп HESS

Для большинства наземных телескопов, которые работают в оптическом диапазоне, атмосфера Земли, которая защищает нас и создает условия для развития жизни, является помехой. Она рассеивает и поглощает свет и делает изображения размытыми. Для гамма-телескопа HESS, расположенного в Намибии, земная атмосфера по сути является его составной частью. Основная задача этого инструмента — регистрация гамма-излучения сверхвысоких энергий в пределах от 100 ГэВ до 100 ТэВ, то есть фотонов, энергия которых более чем в миллиарды раз больше энергии квантов видимого света.

Когда гамма-лучи входят в верхние слои атмосферы, они создают в воздухе ливни из частиц с высокой энергией. Состоящий из 382 отдельных зеркал диаметром 60 сантиметров каждое, и оснащенный быстродействующей камерой, этот телескоп подробно регистрирует короткие вспышки видимого света, называемые черенковским излучением, которые генерируются электронами и позитронами ливня частиц.

Телескоп HESS (сокращение от английского High Energy Stereoscopic System — стереоскопическая система высокой энергии) также назван и в честь Виктора Гесса, лауреата Нобелевской премии по физике 1936 года за открытие космических лучей. HESS состоит из четырех телескопов, объединенных в одну систему, которая получает многочисленные стереоскопические изображения ливней частиц. Это дает возможность определять энергию и направление влетающих в атмосферу космических гамма-лучей.

Телескоп HESS способен обнаруживать гамма-источники, величина потока от которых составляет тысячные доли от излучения Крабовидной туманности — остатки вспышки сверхновой 1054 года, самого яркого постоянного гамма-источника на небе.

В коллаборацию HESS входят 12 стран (в частности туда входит Армения). России среди них нет, но российские граждане работают с этим телескопом, в частности выпускник астрономического отделения физического факультета МГУ, ныне сотрудник Института астрономии и астрофизики Тюбингенского университета (Германия), Дмитрий Клочков.

Новое исследование, проведенное с помощью этого телескопа, позволило обнаружить первый, за исключением спутника нашей галактики, Большого Магелланова облака,

внегалактический источник сильного гамма-излучения (порядка ТэВ), не являющийся галактикой с активным ядром.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3220885",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3265002_i_3"
}

Таким источником является галактика NGC 253, которая видна только в самые крупные телескопы, а на небе расположена между известной переменной звездой Мира Кита и самой яркой звездой из созвездия Южная Рыба, Фомальгаут. Эта галактика находится на расстоянии 2,6–3,9 мегапарсеков и является одной из ближайших спиральных галактик, не входящих в Местную группу (группа из более чем 40 гравитационно-связанных галактик, в число которых входят наш Млечный путь, галактика Андромеды M31 и другие). По сравнению с нашей звездной системой NGC 253 имеет более высокий темп звездообразования. Галактики с высоким темпом звездообразования характеризуются большим количеством молодых горячих массивных звезд, сверхновых, большими плотностями вещества и излучения. И так как гамма-излучение порождается остатками вспышек сверхновых, то галактики с повышенным звездообразованием должны иметь высокоэнергичное гамма-излучение.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3218493",
    "incutNum": 4,
    "repl": "<4>:{{incut4()}}",
    "uid": "_uid_3265002_i_4"
}

Оно и было открыто в галактике NGC 253.

Для его обнаружения потребовались регулярные наблюдения на телескопе HESS в течение трех лет общей длительностью порядка 119 часов. Соответствующая работа опубликована в журнале Science.

Наблюдения подобных источников, которые, несомненно, ожидают нас в будущем, позволят больше узнать о происхождении гамма-излучения в частности и космических лучей в целом и оценить их параметры. Кроме того, наблюдения в гамма-диапазоне позволят подробнее исследовать процесс звездообразования и эволюции галактик, а, следовательно, и эволюции Вселенной.