Когда две нейтронные звезды сталкиваются или сверхмассивная звезда коллапсирует сама в себя, создается черная дыра. Это рождение сопровождается яркой вспышкой гамма-лучей – очень мощным светом, например, испускаемым радиоактивными источниками, – называемым гамма-всплеском (GRB).
Организована или хаотична среда рождения черной дыры??
Как и где производятся гамма-лучи, до сих пор остается загадкой, существуют две разные школы их происхождения. Первый предсказывает, что фотоны от гамма-всплесков поляризованы, то есть большинство из них колеблются в одном направлении. Если бы это было так, источником фотонов, вероятно, было бы сильное и хорошо организованное магнитное поле, образовавшееся во время бурных последствий образования черной дыры.
Вторая теория предполагает, что фотоны не поляризованы, что подразумевает более хаотичную эмиссионную среду. Но как это проверить?
«Наши международные команды вместе создали первый мощный специализированный детектор под названием POLAR, способный измерять поляризацию гамма-лучей от гамма-всплесков. Этот инструмент позволяет нам больше узнать об их источнике », – сказал Синь Ву, профессор кафедры ядерной физики и физики элементарных частиц факультета наук UNIGE.
Его операционная система довольно проста. Это квадрат 50×50 см2, состоящий из 1600 стержней сцинтиллятора, в котором гамма-лучи сталкиваются с атомами, составляющими эти стержни. Когда фотон сталкивается в стержне, мы можем измерить его, впоследствии он может произвести второй фотон, который может вызвать второе видимое столкновение. «Если фотоны поляризованы, мы наблюдаем направленную зависимость между положениями столкновения фотонов, – продолжает Николя Продюит, исследователь отдела астрономии факультета наук UNIGE.
Напротив, если поляризации нет, второй фотон, возникший в результате первого столкновения, уйдет в совершенно случайном направлении."
Порядок в хаосе
За шесть месяцев POLAR зарегистрировал 55 гамма-всплесков, а ученые проанализировали поляризацию гамма-лучей от 5 самых ярких. Результаты, мягко говоря, удивительны. «Когда мы анализируем поляризацию гамма-всплеска в целом, мы видим в лучшем случае очень слабую поляризацию, что явно подтверждает несколько теорий», – говорит Мерлин Коле, исследователь из отдела ядерной физики и физики частиц Факультет наук UNIGE и один из основных авторов статьи. Столкнувшись с этим первым результатом, ученые более подробно рассмотрели очень мощный 9-секундный гамма-всплеск и разрезали его на временные отрезки продолжительностью 2 секунды каждый. «Там мы с удивлением обнаружили, что, наоборот, фотоны поляризованы в каждом срезе, но направление колебаний в каждом срезе разное!,"Синь Ву восторгается.
Именно это меняющееся направление делает полный гамма-всплеск очень хаотичным и неполяризованным. «Результаты показывают, что когда происходит взрыв, происходит что-то, что вызывает испускание фотонов с другим направлением поляризации, что это может быть, мы действительно не знаем», – продолжает Мерлин Коле.
Эти первые результаты ставят теоретиков перед новыми элементами и требуют от них более подробных прогнозов. «Теперь мы хотим построить ПОЛЯР-2, который больше и точнее.
Благодаря этому мы сможем глубже погрузиться в эти хаотические процессы, чтобы, наконец, обнаружить источник гамма-лучей и разгадать тайны этих высокоэнергетических физических процессов », – объясняет Николас Продуит.