Во время образования черной дыры происходит яркий всплеск очень энергичного света в форме гамма-лучей, эти события называются гамма-всплесками. Физика, стоящая за этим явлением, включает в себя многие из наименее изученных областей в современной физике: общая гравитация, экстремальные температуры и ускорение частиц, выходящие далеко за пределы энергии самых мощных ускорителей частиц на Земле.
Чтобы проанализировать эти гамма-всплески, исследователи из Университета Женевы (UNIGE) в сотрудничестве с Институтом Пола Шеррера (PSI) в Виллигене, Швейцария, Институтом физики высоких энергий в Пекине и Национальным центром ядерных исследований Сверк в Польше построил прибор POLAR для анализа гамма-всплесков, который был отправлен в 2016 году в китайскую космическую лабораторию Tiangong-2. Вопреки господствующим теориям, первые результаты POLAR показывают, что фотоны высоких энергий, приходящиеся от гамма-всплесков, не являются ни полностью хаотичными, ни полностью организованными, а представляют собой смесь двух: в течение коротких промежутков времени обнаруживаются колебания фотонов в то же направление, но направление колебаний меняется со временем. Об этих неожиданных результатах сообщается в недавнем выпуске журналаПрирода Астрономия .
Когда две нейтронные звезды сталкиваются или сверхмассивная звезда падает в себя, создается черная дыра. Это рождение сопровождается гамма-всплеском (GRB) — очень энергичной длиной волны света, такой как излучаемая радиоактивными источниками.
Является ли среда рождения черной дыры организованной или хаотичной?
Как и где производятся гамма-лучи, до сих пор остается загадкой, и есть две школы мысли об их происхождении. Первый предсказывает, что фотоны из гамма-всплесков поляризованы, то есть большинство из них колеблются в одном и том же направлении. Если бы это было так, источником фотонов, вероятно, было бы сильное и хорошо организованное магнитное поле, сформированное во время сильных последствий образования черной дыры. Вторая теория предполагает, что фотоны не поляризованы, что подразумевает более хаотическую эмиссионную среду. Но как это проверить?
«Наши международные команды создали первый мощный и специализированный детектор, названный POLAR, способный измерять поляризацию гамма-лучей от GRB. Этот инструмент позволяет нам больше узнать об их источнике», — сказал Синь Ву, профессор в Департаменте ядерных исследований. Физика частиц факультета наук УНИГЕ. Его работа проста. Это квадрат 50 х 50 см 2состоящий из 1600 сцинтилляционных стержней, в которых гамма-лучи сталкиваются с атомами, составляющими эти стержни. Когда фотон сталкивается в баре, мы можем измерить его. После этого он может произвести второй фотон, который может вызвать второе видимое столкновение. «Если фотоны поляризованы, мы наблюдаем направленную зависимость между ударными позициями фотонов, — продолжает Николас Продит, исследователь в Отделе астрономии факультета наук UNIGE. Наоборот, если поляризация отсутствует, вторая Фотон, возникший в результате первого столкновения, уйдет в совершенно случайном направлении ».
Порядок в хаосе
За шесть месяцев POLAR обнаружил 55 гамма-всплесков, и ученый проанализировал поляризацию гамма-лучей из пяти самых ярких. Результаты удивительны, если не сказать больше. «Когда мы анализируем поляризацию гамма-всплеска в целом, мы видим, самое большее, очень слабую поляризацию, которая, кажется, явно поддерживает несколько теорий», — говорит Мерлин Коле, исследователь из Отделения ядерной физики и физики частиц факультета. наук UNIGE и один из основных авторов статьи.
Столкнувшись с этим первым результатом, ученые более подробно рассмотрели очень мощный девятисекундный гамма-всплеск и разрезали его на временные интервалы в две секунды. «Там мы с удивлением обнаружили, что, напротив, фотоны поляризованы в каждом срезе, но направление колебаний в каждом срезе различно», — говорит Синь Ву. Именно это изменяющееся направление делает полный GRB очень хаотичным и неполяризованным. «Результаты показывают, что когда происходит взрыв, происходит что-то, что приводит к излучению фотонов с другим направлением поляризации. Что это может быть, мы действительно не знаем», — говорит Коле.
Эти первые результаты дают теоретикам новую информацию, требующую от них более подробных прогнозов. «Теперь мы хотим построить ПОЛАР-2, который будет больше и точнее. Благодаря этому мы сможем глубже проникнуть в эти хаотические процессы, чтобы обнаружить источник гамма- лучей и разгадать тайны этих высокоэнергетических физических процессов», — объясняет Николас.
