Размышлизм

Ducunt volentem fata, nolentem trahunt.
Одни историю творят, другие в ней живут, а третьи уверены, что она им не писана, и поэтому в нее регулярно и больно вляпываются, всякий раз очень этому удивляясь.

Мимоходом

Инфляция как залог устойчивости развития.
Иные скажут - Кейнс. А я скажу - космология.

И кое-что о длинных гамма-всплесках, послесвечениях, а еще о жаре в паровозе

О том, что скорость света является фундаментальной постоянной, определяемой свойствами нашего физического пространства, и определяет максимально возможную скорость движения объекта и/или сигнала во Вселенной, знают все. Ну, или почти все - кроме тех немногих, кто еще не знает (вспомним, к примеру, кандидата улароведческих наук, некоего Джабраила Базиева, который, защитив диссертацию об экологии уларов (есть на Кавказе такие птицы), начал именовать себя физиком и посредством обыкновенного фотоаппарата и секретной приставки к нему повадился фотографировать лучи красного света. В результате своих занятий он обнаружил, что они, лучи красного света, распространяются в восемь раз быстрее скорости света. С тех пор уже больше десяти лет человек уныло жалуется на официальную науку, не оценившую, как он "разбил теорию Эйнштейна").

Но, увы, не все все помнят, что эта самая скорость света - это не просто отношение пути, пройденного фотонами, к времени, за которые они этот путь проделали. Вспомним https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/9499.html - например, в Солнце фотонам на то, чтобы добраться от его ядра до внешних областей, требуется сто семьдесят тысяч лет. Скорость света - это скорость распространения фотонов в вакууме. Точнее, говоря, скорость света - более общее понятие, и правильно говорить, что только в вакууме фотоны распространяются со скоростью света. В любой же среде скорость фотонов снижается. Если вспомнить школьный курс физики, именно на этом, в частности, основана работа любой линзы.

Если заряженная частица начинает двигаться в какой-то среде со скоростью, превышающей нормальную скорость света в ней, она начинает тормозиться и при этом генерировать излучение (излучение Черенкова) - в сущности, это очень сильно напоминает по эффекту и описанию движение тела в среде со сверхзвуковой скоростью с торможением и излучением ударной волны.
Если же в среде оказывается высокоэнергетический фотон, он при взаимодействии с атомами среды может порождать такие заряженные частицы, которые в свою очередь генерируют излучение Черенкова.

Если быстровращающаяся звезда-гипергигант незадолго до взрыва сбросила оболочку, то эта оболочка с точки зрения распространения электромагнитного излучения представляет собой среду, скорость распространения фотонов в которой, как и положено, ниже скорости света. И если после этого происходит взрыв звезды, то случится то, что я уже описывал в https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/9114.html - длинный гамма-всплеск. И при этом излучаются не только фотоны (гамма-лучи), но и заряженные частицы джета, вылетающие с околосветовой скоростью (скорость движения частиц в джете может превышать 99,996% скорости света). Собственно, как раз эти ульрарелятивистские частицы, разогнанные в процессе коллапса, и выбрасываются с полюсов коллапсара - а гамма-лучи уже генерируются за счет их торможения в мощнейшем, фактически, предельно физически возможном магнитном поле, возникающем в последние мгновения перед коллапсом.
(Почему предельно возможном? Потому что при большей напряженности происходит так называемая поляризация вакуума - магнитное поле само начинает генерировать пары "частица-античастица", и в результате повысить его напряженность уже невозможно: сколько ни старайся, в результате будет только рождаться все больше пар). Замечу кстати, что именно потому, что гамма-лучи генерируются торможением заряженных частиц в сверхмощном магнитном поле (такое излучение называется синхротронным. Напомню, кстати, что оно еще отвечает за излучение блазаров https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/13868.html), фотоны излучения оказываются строго поляризованными. Именно это обстоятельство помогает анализом поляризации фотонов гамма-всплеска проверять однородность пространства, см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/176136.html.

Разумеется, догнав ранее сброшенную оболочку, и гамма-лучи, и ультрарелятивистские частицы джета начинают двигаться в ней со скоростями, превышающими скорость распространения света в самой оболочке. Оболочка по описанным причинам вспыхивает ярким светом (это называется послесвечением, afterglow. Мощное послесвечение является самым ярким оптическим объектом Вселенной: самое яркое послесвечение гамма-всплеска, как я не раз рассказывал, наблюдалось 19 марта 2008 года при гамма-всплеске GRB 080319B и могло полминуты быть видным невооруженным глазом с чудовищного расстояния в 7,5 миллиардов световых лет; оно было в два с половиной миллиона раз ярче ярчайшей из когда-либо наблюдавшихся сверхновых), а джет, излучая в ней, проходит ее насквозь и улетает дальше.

Доля энергии самого гамма-всплеска, израсходованной на его послесвечение, очень невелика. Сами послесвечения, увы, наблюдаются достаточно редко.
Почем наблюдаются редко? Во-первых, как мы помним, коллапсар - звезда быстро вращающаяся, и оболочку он сбрасывает, соответственно, в экваториальной плоскости - а джет излучается в направлении полюса (и наблюдается нами "в лицо"), а в эту сторону в норме оболочка не сбрасывается, а если что и сбрасывается, то в небольшом количестве. А во-вторых, даже то, что было сброшено, обычно еще до коллапса успевает более или менее рассеяться. Так что при дальнем гамма-всплеске даже если оболочка не полностью рассеялась, увидеть послесвечение обычно не удается. В результате зафиксировать гамма-всплеск легко - за сутки их подчас обнаруживается четыре - а вот увидеть при гамма-всплеске оптическое послесвечение - это нечастая удача.
Почему удача? Потому что именно по послесвечению, точнее, по его красному смещению, можно весьма точно измерить расстояние до гамма-всплеска. Другие способы сугубо оценочны,точность очень низка, гарантии результата - никакой.

А теперь прочитав это, оцените фразу, которая, увы, встречается достаточно часто - даже во внешне серьезных популяризаторских рассказах: "Ученые доказали, что взрывы гамма-всплесков могут превышать скорость света". Ага... Жар в паровозе.

А при чем тут обещанный в заголовке и упомянутый только что жар в паровозе? - можете спросить Вы. И если Вы действительно это спросите, то получите ответ.
( О жаре в паровозе )

И еще кое-что об истории звездообразования и галактик

Увы, я, оказывается, был неправ, в чем и каюсь. Впрочем, формально говоря, не так уж неправ...

Я неоднократно рассказывал, что нынешний темп звездообразования (SFR, star formation rate) во Вселенной в нынешние времена уступает максимальному более, чем в тридцать раз. В последний раз говорил я об этом совсем недавно - https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/218308.html

Ну, а недавнее комплексное исследование уточнило, что такое "более, чем в тридцать раз".
Сразу оговорюсь - в нем исследовалась SFR не всей Вселенной: комплексное исследование касалось только галактик со звездными массами свыше десяти миллиардов солнечных. Впрочем, по крайней мере, сейчас (да и в более древние времена) подавляющее большинство звезд в мире рождается именно в таких галактиках, так что принципиально картина существенно не изменится.

И в результате проведенного исследования оказалось, что в среднем во Вселенной скорость звездообразования в галактиках со звездными массами свыше десяти миллиардов солнечных примерно подчиняется закону SFR ~ (1+z)^3,2 (понятно, что z - показатель красного смещения https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/7963.html)

Что это означает...
Оказывается, если принять нынешний темп звездообразования во Вселенной за единицу, то одиннадцать миллиардов лет назад (z = 2,5) темп звездообразования в более или менее крупных галактиках Вселенной (максимум за всю ее историю) был выше нынешнего в пятьдесят пять раз.
10,3 миллиарда лет назад (красное смещение z = 2) звезды образовывались чаще, чем сейчас, примерно в тридцать три раза.
9,4 миллиарда лет назад (z = 1,5) - почти в двадцать раз.
7,5 миллиардов лет назад - примерно в восемь раз.
4,5 миллиардов лет назад (как раз Солнце только родилось)- примерно в три с половиной раза.
3 миллиарда лет назад - в два с небольшим раза.
И даже всего лишь полтора миллиарда лет назад - в полтора раза.

Вот так...

Кстати, это результат поучительно сравнить с другими - уже не относящимися к SFR непосредственно. О некоторых из них я рассказывал.

В первую очередь, стоит вспомнить интересный факт: несмотря на то, что Вселенная расширяется, плотность расположения в ней эллиптических галактик изменялась за многие миллиарды лет незначительно. А это означает, что эллиптические галактики в течение большей части жизни Вселенной появлялись практически в том же темпе, в каком она расширялась, то есть, в темпе падения ее плотности. Причин тому несколько - достаточно вспомнить https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/207970.html: раньше мерджинги https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/3161.html были мокрыми, потому что в галактиках было много свободного газа, и при них образовывались дисковидные галактики; теперь же газа в галактиках стало мало, мерджинги стали сухими, в лучшем случае, влажными, и формируют эллиптические галактики.

Заодно становится очевидным объяснение известного и многим кажущегося парадоксальным факта - чем больше эллиптическая галактика, тем, как правило, в более раннее время она сформировалась и при этом, тем меньше времени потребовалось на ее формирование (даунсайзинг). То есть, формирование сверхгигантской эллиптической галактики, как правило, происходило раньше и в несколько раз быстрее, чем формирование просто гигантской. Все объясняется просто - в древнейшие времена расстояния между галактиками были намного меньшими, места во Вселенной было мало, и более тесные скопления галактик чрезвычайно быстро, порой за две-три сотни миллионов лет успевали слиться в одну сверхгигантскую галактику. А в более поздние времена происходили менее бурные слияния меньших и более "рыхлых" скоплений, оставлявшие после себя более молодые и менее крупные эллиптические галактики.

Вообще, о том, насколько за последние времена упала интенсивность взаимодействия галактик, позволяют судить следующие статистические данные: шесть миллиардов лет назад доля галактик, морфология которых была грубо искажена процессами взаимодействия с соседями, превышала современную примерно в пять-шесть раз, и такие галактики составляли около трети всех галактик Вселенной.

В целом, по данным наблюдений и моделирования считается, что темп мерджингов и взаимодействий галактик со временем падает примерно обратно пропорционально третьей-четвертой степени красного смещения (точнее, пропорционально (1+z)^(3...4)). Похоже, правда?
Отсюда можно увидеть, что, к примеру, пять миллиардов лет назад галактики взаимодействовали примерно в четыре-пять раз чаще, чем сейчас, восемь миллиардов лет назад - раз в пятнадцать-двадцать, а одиннадцать миллиардов лет назад (поздняя эпоха формирования сверхгигантских эллиптических галактик) - так уже на два порядка чаще. (Кстати, вот тут и появляется связь с первой частью этого поста: соответственно, и темп звездообразования был в это время максимальным).
Ну, а двенадцать миллиардов лет назад частота взаимодействия галактик и вообще превосходила нынешнюю во много сотен раз... Так что удивляться нечему - нынешние большие мерджинги типа грядущего слияния Млечного пути с галактикой Андромеды - это уже редкие реликты бурных процессов былого.

И PS - Вы же понимаете, что процессы слияния галактик и формирования их структур определяются, первую очередь, темной материей, а вовсе не теми компонентами галактик, которые мы можем наблюдать (барионной материей)!

Еще кое-что о том, что может оказаться внутри звезд

Об объектах Торна-Житков, сиречь, о нейтронных звездах, "утонувших" в недрах обычных, я уже рассказывал https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/17189.html. Даже целый детектив написал https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/221737.html - о том, как боролись, искали, не сдавались - и в результате нашли вовсе не там, где искали.

Там же, в рассказе об объектах Торна-Житков, я упомянул о гипотетической возможности захвата звездой не нейтронной звезды, а черной дыры.

А недавно промоделировали еще более экстравагантную конфигурацию - нейтронную звезду, захватившую черную дыру.
Конечно, можно поинтересоваться, откуда она там возьмется и каким образом там заведется: ведь "нормальные" черные дыры, появившиеся в результате эволюции массивных звезд, заведомо более массивны, чем нейтронные звезды - да и горизонт событий у них не меньше нейтронной звезды.
Но на этот вопрос есть ответ. Вернее, есть возможные ответы.
Во-первых, это могут быть дожившие до наших дней сугубо гипотетические первичные дыры, образовавшиеся еще в процессе рождения Вселенной https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/216999.html, массами в сотни миллионов - миллиарды тонн. Во-вторых, мы все еще не знаем, что такое темная материя - и теоретически, в некоторых моделях ее частицы могут накопиться внутри нейтронной звезды, а потом сколлапсировать внутри нее в небольшую черную дыру. А потом эта дыра сольется с нейтронной звездой-компаньоном.
Словом, придумать можно - достаточно обладать фантазией. Достаточно богатой и нездоровой.

Ну, а результат моделирования опубликовали в статье с трагическим названием "Fate of a neutron star with an endoparasitic black hole and implications for dark matter" - судьба нейтронной звезды с эндопаразитической черной дырой и последствия для темной материи.
Замечу - слово какое некрасивое нашли! Не знаю, как кто, а я бы на месте черной дыры на такое обиделся. Исследователи явно (и не зря) уверены в своей безнаказанности. От людей, готовых моделировать захват нейтронной звездой черной дыры, и не такого можно ожидать.

В общем - люди задались вопросом, что было бы с нейтронной звездой, в которой завелся такой паразит.
Оказалось, было бы кое-что интересное.
Понятно, что эндопаразитическая черная дыра родится с моментом импульса и, стало быть, будет вращаться https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/19109.html. И выясняется, что, попав в нейтронную звезду, она немедленно начнет поглощать изнутри нейтронную звезду, и при этом ее вращение быстро и эффективно затормозится. А выброс материала при аккреции на черную дыру будет погашен материалом нейтронной звезды, заодно тормозя саму аккрецию. В результате такой объект исчезнет далеко не мгновенно - но самое интересное, что практически бесшумно: если внутри нейтронной звезды заведется черная дыра, звезда рано или поздно незаметно, практически без видимых эффектов (по крайней мере, издалека видимых - типа вспышки сверхновой, гамма-всплеска или выброса материала) сгинет. Разве что, тонкие внешние слои разлетятся с релятивистскими скоростями и небольшим, незаметным уже в нескольких десятках световых лет (и безопасным практически на любом мыслимом расстоянии) "хлопком" гамма-излучения, унося с собой значительную часть магнитного поля. И останется от всей конфигурации лишь очень медленно вращающаяся черная дыра.

Замечу также, что обещанных в заголовке последствий для темной материи, в сущности, не последует - теоретически, в результате этого процесса в составе темной материи появится больше черных дыр, но мы же знаем, что их там нет во вселенских масштабах. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/216999.html