Альманах «ЭВРИКА»
Часть I В ПОИСКАХ
«ГОВОРЯЩИХ» ЗВЕЗД
ПОИСКИ НЕВИДИМЫХ ЗВЕЗД
Природа
гамма-излучения та же, что и у видимого света, и то и другое —
электромагнитные волны. Однако энергия гамма-квантов высоких энергий в
десятки, сотни, тысячи миллионов раз превышает энергию фотонов.
Одна из
- центральных проблем астрофизики связана с происхождением космических лучей.
Где, в ходе каких процессов образуются в космосе быстрые протоны, другие
атомные ядра, максимальная энергия которых во много раз больше, чем у
получаемых в самых мощных земных ускорителях частиц? Оказалось, что место
рождения космических лучей можно обнаружить по гамма-излучению высоких
энергий. Дело в том, что при взаимодействии энергичных ядер с газом или пылью
межзвездной среды образуются элементарные частицы (пиноль-мезоны), которые
затем распадаются на гамма-кванты. Чем больше плотность космических лучей,
тем ярче в гамма-диапазоне светится среда, окружающая их источник. Таким
образом, гамма-астрономия позволяет прозондировать, определить интенсивность
космических лучей в далеких участках Галактики. Источником этих лучей и гамма-квантов
могут быть взрывы звезд или галактик.
Гамма-астрономия
может дать информацию и об объектах, где вещество находится в экстремальном
состоянии. К их числу относятся, например, нейтронные звезды. Кубический
сантиметр вещества такой звезды весит около 100 миллионов тонн. Некоторые
нейтронные звезды, вращаясь, испускают короткие периодические импульсы, за
что и получили название пульсаров. Гамма-кванты образуются и при
взаимодействии антивещества с веществом.
Уже этот
далеко не полный перечень проблем стимулирует активные исследования
космического гамма-излучения. Необходимость этого лет двадцать назад отметил
академик В. Гинзбург. Почему же освоение гамма-диапазона астрономы начали
лишь недавно? Гамма-излучение поглощается в атмосфере, и, конечно, спутники и
космические корабли — лучшие носители гамма-телескопов. 'Энергия гамма-квантов
велика, а поток их около Земли ничтожно мал. Астрономы буквально охотятся за
каждым гамма-квантом. Ведь в поле зрения гамма-телескопов, с помощью которых
велись измерения в последнее время, даже от самой яркой гамма-звезды попадал
всего один квант за несколько минут. Наконец, наблюдения космического
гамма-излучения приходится вести в условиях огромного фона вторичных, местных
гамма-квантов. Заряженная компонента космических лучей в десятки тысяч раз
превышает поток первичных гамма-квантов, и под действием быстрых протонов и
электронов атмосфера Земли и конструкции спутника сами сияют в гамма-лучах,
мешают регистрации гамма-квантов, приходящих из далекого космоса.
Рождение
наблюдательной гамма-астрономии было обеспечено, с одной стороны, созданием
эффективных гамма-телескопов, а с другой — запуском специально
предназначенных для этих целей спутников. Прототипом современных гамма-телескопов
высоких энергий стал прибор, работавший на спутниках «Космос-251» и
«Космос-264». Этот телескоп совсем непохож на те, какие используются для
оптических измерений. Его основу составляют искровая камера, черен-ковский
счетчик, другие детекторы ядерных излучений.
Как же
выглядит небо в гамма-лучах? Прежде всего на этом небе не видно не только
привычных для нас звезд, но и самого Солнца, пока не удалось обнаружить
идущего от него гамма-излучения высоких энергий. Зато Млечный Путь на карте гамма-неба
выглядит как яркая узкая полоса. Его изображение, распределение/, яркости
гамма-излучения соответствуют модели нашей Галактики в виде тонкого диска,
блина, где Солнце занимает скромное место ближе к периферии, чем к центру
звездной системы. Анализ рассеянного галактического гамма-излучения позволил
сделать вывод, что плотность космических лучей на краю Галактики меньше, чем
в окрестностях Солнца, а это значит, что основные источники космических
лучей, как это предположил академик В. Гинзбург, по-видимому, находятся в
Галактике, а не за ее пределами.
В
каталоге источников гамма-излучения, зарегистрированных европейским спутником
КОС-Б, перечислены характеристики 25 гамма-звезд. Точность измерений пока
такова, что некоторые из этих источников могут оказаться не звездами, а
протяженными светящимися областями. Самая яркая звезда на гамма-небе —
пульсар в созвездии Паруса. Он не виден в оптические телескопы, однако в радио-
и гамма-диапазонах этот пульсар, подобно маяку, с высочайшей точностью
посылает периодические импульсы с интервалом около десятой доли секунды.
Другая гамма-звезда совпадает с пульсаром в Крабовидной туманности. Эта
туманность и пульсар — остатки взрыва звезды, происшедшего в 1054 году.
Подобные явления названы взрывами сверхновых звезд. В максимуме блеска
такая звезда излучает энергии в сотни миллионов раз больше, чем Солнце.
Советским
физикам в 1972 году удалось зарегистрировать переменное гамма-излучение от
рентгеновского источника в созвездии Лебедя. Вскоре этот результат был
подтвержден данными с американского спутника. Источник в Лебеде — тесная
система пары звезд, одна из которых, как полагает советский ученый Р. Сюняев,
является пульсаром. Нестационарность, вспышечность процессов, характерных для
этих звезд, приводит то к появлению, то к затуханию испускаемых ими радио- и
гамма-излучений. Казалось бы, найдена разгадка источников космических лучей —
это пульсары, остатки сверхновых. Однако полученные о гамма-излучениях от
пульсаров экспериментальные данные дают основания полагать, что они продукт
взаимодействия быстрых электронов. Что же касается энергичных ядер, то прямых
доказательств их рождения в пульсарах пока нет. Гамма-телескопом обследовано
88 известных остатков сверхновых, но лишь у двух из них обнаружено
гамма-излучение.
Один из гамма-источников
совпадает с плотным газопылевым облаком в созвездии Змееносца. В окрестностях
этого объекта нет остатков сверхновых, зато внутри облака содержится целая
группа молодых, горячих, вспыхивающих звезд, совсем юных «звездных младенцев»
типа звезды Т-Тельца. Недавно опубликовано сообщение об избытке
гамма-излучения, приходящего от огромного газопылевого облака в созвездии
Ориона. Может быть, возникновение космических лучей прежде всего связано не
со смертью, а с рождением звезд, с формированием ассоциаций молодых звезд,
впервые открытых академиком В. Амбарцумяном? Ответ на этот вопрос дадут
эксперименты.
Зарегистрированы
внегалактические гамма-источники, расстояния до которых исчисляются
сотнями миллионов световых лет. Это активные галактики и квазары. По мощности
происходящие в них взрывные процессы в десятки миллионов раз превышают взрывы
сверхновых. Возможно, что, когда мы говорим о гамма-звездах, речь идет о
принципиально новом классе космических объектов.
Чтобы
разобраться в природе источников как галактического, так и межгалактического
гамма-излучения, необходимо, с одной стороны, улучшить технику наблюдения —
повысить чувствительность гамма-телескопов, улучшить их угловое и
энергетическое разрешение, а с другой — проводить комплексные измерения в
разных диапазонах электромагнитного спектра. Ведь для гамма-источников характерна
нестабильность, вспышечность, и важно получить разностороннюю информацию о
каждом конкретном явлении.
Большие
перспективы перед этой областью знания открыли успехи космонавтики. Появились
возможности выводить на орбиты обсерватории для изучения гамма-излучения
высоких энергий. Это позволит точно определять местоположение источников, их
размеры.
Чтобы
найти наиболее эффективный режим измерений, необходимо, в частности, хорошо
знать, какие изменения претерпевают вторичные — рождаемые вблизи и внутри
космического корабля — частицы гамма-излучения в зависимости от положения
аппарата в пространстве, состояния магнитосферы Земли и т. д. С этой целью на
орбитальной станции «Са-лют-6» проводился эксперимент «Гамма-фон» с помощью
малогабаритного гамма-телескопа «Елена». Четкая работа экипажей станции
обеспечила получение информации для конструирования будущих обсерваторий.
Измерения с телескопом «Елена» представляют самостоятельный интерес для
физики ближнего космоса: полученные сотрудниками Московского инженерно-физического
института данные свидетельствуют в пользу существования в окрестностях Земли
пояса захваченных нашей планетой электронов высоких энергий.
Интересная
область исследования мягкого гамма-излучения охватывает ядерные спектры —
линии излучения атомных ядер. Точные измерения позволят не только определить
«сорт» ядра, посылающего сигналы из глубин космоса, но и его скорость.
Детектор
мягких гамма-квантов, как и рентгеновский телескоп, который можно установить
на орбитальной обсерватории, сможет регистрировать и так называемые гамма-всплески.
Природа этого явления пока неясна. Твердо установлено, что мощные вспышки
гамма-излучения длительностью от десятых долей до нескольких десятков секунд
не связаны с Солнечной системой и происходят сравнительно редко. Ключ к
пониманию этого явления, возможно, содержится в данных, полученных на межпланетных
станциях «Венера» сотрудниками Физико-технического института АН СССР и
Института космических исследований АН СССР. Ими выявлена периодическая
структура вспышки, отмеченной в созвездии Золотой Рыбы.
Гамма-астрономия
позволяет глубже понять явления природы. Однако покорить новые вершины
познания трудно. Необходимы сложнейшие экспериментальные установки, требуется
напряженная работа исследователей. Но разве наука ищет легкие пути?
|