CC BY
23
Краткие сообщения по физике ФИ АН
номер 2, 1999 г.
УДК 576.15
ГАММА-ВСПЛЕСКИ И ВОЗМОЖНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ "КИРАЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ"
В. А. Царев
Возбужденные нейтронные звезды могут быть источниками как наблюдаемых гамма-всплесков, так и продольно поляризованных электронов. Потоки этих электронов, взаимодействуя с органикой в межзвездных газопылевых облаках, могут приводить к избытку молекул с одной ки-, ральностью.
Более столетия тому назад Л. Пастером была открыта "зеркальная асимметрия' биосферы. Однако до сих пор природа биологической гомокиральности остается невы ясненной (см., например, обзоры [1 - 4]). В последнее время были предложены несколько космических сценариев возникновения гомокиральности. Обычно предполагается, что на стадии иредбиологической химической эволюции в межзвездном газопылевом облаке некоторые астрофизические источники могут дать первоначальный "киральный импульс", способствующий предпочтительному синтезу или разложению левых или пра вых зеркальных изомеров (энантиомеров). В дальнейшем биологически важные молекулы с избытком среди них левых или правых энантиомеров могут попасть на Землю различными путями: (а) за счет аккреции и адсорбции в процессе формирования планет Солнечной системы, (б) путем транспортировки из облака кометами, (в) при прохожде нии через облако Земли при ее движении в Галактике (время обращения Земли вокруг галактического центра около 250 млн лет), и т.п. Последующая химическая (и биоло гическая) эволюция могла бы привести к накоплению и усилению кирального избытка и, в конечном счете - к киральной чистоте биосферы.
В качестве возможных космических источников кирального воздействия предлага лись следующие три: (1) циркулярно поляризованное электромагнитное излучение от намагниченных вращающихся объектов типа нейтронных звезд или белых карликов [5, 6]. (2) поляризованные электроны и позитроны, которые могут возникать при взрывах
номер 2, 1999 г.
Краткие сообщения по физике ФИАН
сверхновых в результате радиоактивных распадов нестабильных изотопов, выбрасываемых в космическое пространство [7], и потоки нейтрино, испускаемые при взрывах сверхновых [8].
В настоящей работе мы обсуждаем еще один, возможно наиболее эффективный класс источников, связанных с так называемыми гамма-всплесками (см. недавний обзор [9]). Напомним, что гамма-всплески - это кратковременные (порядка нескольких секунд) повышения интенсивности гамма-лучей в диапазоне 0.1 - 1 МэВ. Источники этого излучения изотропно распределены по небесной сфере, и частота их регистрации со ставляет приблизительно одно событие в сутки. Природа источников гамма-всплесков к настоящему времени окончательно не установлена, однако целый ряд эксперименталь ных особенностей излучения указывает на их вероятную тесную связь с нейтронными звездами. (Нас будут интересовать галактические источники; для галактики оценки дают: частота рождения нейтронных звезд ~ (100 лет)-1, их общее число > 106.)
13 качестве механизмов, ответственных за излучение нейтронными звездами гамма-всплесков, рассматриваются возмущения, связанные с (а) термоядерными вспышками вещества в поверхностном слое нейтронной звезды, которое аккрецируется со второго компаньона или из межзвездной среды, (б) столкновениями нейтронных звезд с меж -звездными кометами или астероидами (полное число комет в галактике с гало оценивается как 1032 — 1035), (в) аккрецией на нейтронную звезду малых тел из околозвездного планетного или кометного облака, (г) спорадическими "звездотрясениями", обусловленными неравновесным составом нейтронной звезды, возможными фазовыми переходами или вихрями вращения сверхтекучего ядра нейтронной звезды; (д) для более мощных гамма-всплесков были предложены модели столкновений и слияния компаньонов гее ных двойных систем (нейтронной звезды с нейтронной звездой или черной дырой), сопровождающихся образованием и разлетом "файербола" - сгустка фотонов, электрон-позитронных пар и барионов (в основном нейтронов).
Рассмотрим теперь, как подобная возбужденная нейтронная звезда, находясь вблизи или внутри газопылевого облака, могла бы оказать селективное киральное воздействие на молекулы-энантиомеры, входящие в состав облака.
Вне зависимости от конкретного механизма возбуждения нейтронной звезды, приводящего к видимому энерговыделению 1036 — 1042 эрг (в том случае, если источник гамма-всплеска имеет галактическую природу), можно ожидать выброса в окружающее космическое пространство некоторой доли б массы адронного вещества нейтронной звезды (в основном в виде нейтронов). Ожидаемая величина с в разных моделях воз-
Краткие сообщения по физике ФИАН
номер 2, 1999 г.
буждения различна. Предположим для определенности, что е — 10~3. Для типичной массы нейтронной звезды, равной солнечной массе, это соответствует выбрасыванию около 10нейтронов. Распадаясь, нейтроны будут испускать левополяризованные электроны с энергиями порядка 0.4 МэВ. В газопылевом облаке с типичной плотностью 104 атомов/см3 эти электроны будут пробегать расстояние » 1019 см до их останов кн. Предполагая [7], что доля органики в облаке составляет Ю-3, и что только одно из столкновений каждого электрона с молекулой может привести к спиновому обмену, найдем, что полное число асимметричных взаимодействий электронов с органическими молекулами типичного облака размером в несколько парсек составляет около 1051. Это примерно на порядок превосходит ожидаемое число подобных столкновений при выбросе радиоактивных продуктов при взрывах сверхновых и на много порядков превосходич минимальное число столкновений с органическими молекулами, при котором асимметричное взаимодействие (радиолиз) является статистически важным. Поскольку асимметрия в рассеянии, обусловленная слабым взаимодействием, составляет Ю-11 — 10_6 (в зависимости от энергии электронов [10]), то это минимальное число равно ~ 1022.
Заметим, что имеется существенное отличие предлагаемого здесь механизма кираль ного воздействия нейтронных звезд (посредством поляризованных электронов) от рас сматривавшегося ранее воздействия циркулярно поляризованным электромагнитным излучением [5, 6]. Последнее имеет противоположную поляризацию от противополож ных полюсов нейтронной звезды, и при воздействии на облако многих звезд суммарный эффект стремится к нулю. В противоположность этому электроны, импускаемые возбужденной нейтронной звездой, всегда имеют поляризацию одного знака (левую) и эффек действия многих звезд суммируется.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Mason S. Chem. Soc. Rev., 17, 347 (1988).
[2] Mac Dermott A. J., T г a n t e r G. E. Croatica Chemica Acta, 62 (2A), 165 (1989).
[3] Г о л ь д а н с к и й В. И., К у з ь м и н В. В. УФН, 157, в. 1, 3 (1989).
[4] К e s z t h e 1 y i L. Quarterly Rev. Biophysics, 28, 4, 473 (1995).
[5] В о n n e r W. A. Orig. Life Evol. Biosphere, 21, 59 (1991).
[6] Greenberg J. M. et al. J. Biol. Phys., 20, 61 (1994).
[7] С 1 i n e D. Comments Nucl. Part. Phys., 22, no. 3, 131 (1997).
[8] Царев В. A. Краткие сообщения по физике ФИАН, N 1, 18 (1999).
номер 2, 1999 г._Краткие сообщения по физике ФИ АН
[9] JI у ч к о в Б. И., М и т р о ф а н о в И. Г., Р о з е н т а л ь И. Л. УФН, 166. N
7, 743 (1996). [10] Hegstrom R. A. Nature, 297, 643 (1982).
Поступила в редакцию 4 декабря 1998 г.
