Занимательная астрофизика - Виктор Комаров

Естественно возникает вопрос: связан ли обнаруженный эффект с условиями наблюдения? Вопрос, который всегда задают себе наблюдатели и экспериментаторы для того, чтобы убедиться, что изучаемое ими явление носит реальный характер, а не искажается какими-либо побочными обстоятельствами. В ситуации, о которой идет речь, такое побочное влияние мог бы оказывать так называемый эффект Фарадея — эффект вращения плоскости поляризации под воздействием внешнего магнитного поля. Не вызвано ли обнаруженное различие свойств двойных радиоисточников, расположенных в противоположных областях небесной сферы, влиянием магнитного поля нашей Галактики?

Однако эта возможность была весьма тщательно учтена исследователями и последствия, связанные с эффектом Фарадея, были исключены из результатов наблюдений. Таким образом, обнаруженное различие свойств носит явно внегалактический характер, и, следовательно, породившая его причина кроется в самых общих закономерностях нашей Вселенной.

Попутно был зарегистрирован еще один интересный факт. Радиоизлучающие компоненты двойных радиоисточников связаны друг с другом газовыми перемычками. Наблюдения показали, что в одной полусфере эти перемычки изогнуты в одну сторону, а в противоположной — в другую. Наконец, двойные радиоисточники вращаются вокруг собственных осей. И эти оси имеют некое преимущественное направление в пространстве.

О чем говорят все эти факты? Видимо, о том, что существуют некоторые весьма общие свойства нашей Вселенной, которые нарушают ее изотропию. В частности, одной из причин обнаруженных явлений могло бы служить вращение Вселенной с угловой скоростью, обеспечивающей один оборот за 100 триллионов лет.

Небезынтересно заметить, что в свое время советский ученый Р. М. Мурадян разработал оригинальную гипотезу, согласно которой наша Метагалактика произошла в результате взрыва сверхмассивного суперадрона (с массой порядка 1056 г) — элементарной частицы из числа участвующих в так называемых сильных взаимодействиях[11]). Его распад на относительно более мелкие адроны привел к образованию протоскоплений галактик, а последующие распады на адроны еще меньшей массы — к образованию галактик. Если эта гипотеза верна, то Метагалактика должна обладать собственным вращением. Правда, такое вращение является лишь необходимым, но еще недостаточным условием справедливости того механизма образования галактик, который предложен Мурадяном. Поэтому вращение Метагалактики само по себе еще не может служить доказательством того, что его гипотеза верна.

Однако возможность объяснения тех фактов, которые были обнаружены в связи с наблюдением двойных радиоисточников, вращением нашей Вселенной заставляет об этой гипотезе вспомнить.

Правда, справедливость требует заметить, что в научной печати появились сообщения, авторы которых подвергают результаты Берча сомнению. Сам Берч настаивает на их обоснованности. Впрочем, в этой дискуссии нет ничего удивительного. Когда речь идет о научных результатах, способных заметно повлиять на существующие фундаментальные представления о мироздании, необходимо их всестороннее обсуждение. Поэтому факты, свидетельствующие об отсутствии во Вселенной изотропии, нуждаются в самой тщательной проверке и перепроверке. Но если они подтвердятся, то это будет иметь огромное значение для современного естествознания.

И звезда с звездою «говорит»

В последние, годы в центре внимания современной астрофизики оказались так называемые «сильные» явления, во Вселенной, т. е. такие явления, которые сопровождаются выделением чрезвычайно большого количества энергии. Их исследование позволяет глубже понять особенности строения Вселенной, обнаружить неизвестные физические эффекты, познать новые фундаментальные законы.

Несколько лет назад аппаратура, установленная на искусственных спутниках Земли и высотных аэростатах, зарегистрировала загадочное явление — мощные вспышки гамма-излучения, идущего из глубин космического пространства. Эти вспышки носили характер коротких всплесков продолжительностью от долей секунды до нескольких десятков секунд. За год отмечалось от пяти до восьми подобных вспышек. Поражала их огромная мощность: мощность, выделяемая во время вспышек таинственными источниками, примерно в миллион раз превосходила мощность светового излучения Солнца и в десять раз мощность гамма-излучения всей нашей звездной системы — Галактики, в состав которой входят сотни миллиардов звезд. И это при том предположении, что неизвестные космические объекты, порождающие гамма-вспышки, расположены сравнительно недалеко в пределах нашего звездного острова. А если бы оказалось, что они находятся где-то в других галактиках, то выделяемая ими мощность достигала бы фантастического значения.

Довольно долго природа космических объектов, «ответственных» за возникновение гамма-вспышек, оставалась неизвестной. И только сравнительно недавно кое-что начало проясняться…

В конце 1978 г. к нашей космической соседке Венере были направлены две советские автоматические межпланетные станции — «Венера-11» и «Венера-12». На каждой из них, кроме аппаратуры для исследования планеты, были установлены специальные устройства для регистрации космического гамма-излучения — аппараты «Конус», созданные учеными Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе АН СССР. Чувствительность этих приборов примерно в пятьдесят раз превосходила чувствительность гамма-аппаратуры, применявшейся раньше. Каждые два-три дня приборы отмечали всплески гамма-излучения глубин Вселенной. Всего за три месяца путешествия по маршруту Земля-Венера удалось зарегистрировать тридцать шесть гамма-вспышек — больше, чем за несколько предыдущих лет наблюдений.

Но самое интересное открытие было сделано 5 и 6 марта 1979 г. В эти дни аппаратура космических станций и искусственных спутников зарегистрировала две гамма-вспышки от одного и того же источника в созвездии Золотой Рыбы. Особенно любопытной оказалась первая из них: по своей мощности она примерно в тысячу раз превосходила все вспышки, отмечавшиеся когда-либо прежде. Излучение максимальной мощности длилось всего около четверти секунды. Однако чувствительный «Конус» сумел достаточно подробно зафиксировать всю картину — не только максимум, но и, как его называют астрофизики, «хвост» всплеска.

Когда ученые взглянули на график, они с изумлением увидели хорошо знакомую картину излучения рентгеновского пульсара…

Применение космических аппаратов, как уже было отмечено в гл. I, дало возможность приподняться над плотными слоями земной атмосферы, задерживающими подавляющее большинство космических электромагнитных излучений, и получить доступ к богатейшей информации, содержащейся в инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучениях.

Особенно большой интерес представили астрофизические исследования в рентгеновском и гамма-диапазонах электромагнитных волн.

Изучение «рентгеновской Вселенной» началось в 1962 г., и к настоящему времени обнаружено уже большое число космических рентгеновских источников. Что они собой представляют? Какие космические объекты за ними скрываются? Какие физические процессы их порождают?

Оказалось, довольно разнообразные. Например, рентгеновское излучение может возникать при вспышках сверхновых звезд. Расширяющаяся оболочка «вспыхнувшей» звезды нагревает окружающую среду до очень высокой температуры, при которой возникает рентгеновское излучение.

Рентгеновское излучение порождается также перемещениями сгустков вещества в межзвездных магнитных полях и некоторыми другими физическими процессами в космосе.

Но, пожалуй, наибольший интерес представляют явления, происходящие в двойных системах. Как показывают наблюдения, почти половина всех звезд образует пары. Особенно любопытен тот случай, когда один из компонентов пары является нейтронной звездой.

Как известно, чтобы преодолеть земное притяжение, любое тело должно развить вторую космическую скорость 11.2 км/с. И наоборот, если неподвижное тело начнет издалека свободно падать на нашу планету, то у поверхности оно разовьет как раз вторую космическую скорость — 11.2 км/с. При ударе выделится энергия, равная той потенциальной энергии, которую тело имело в начальный момент.

Нейтронная звезда в сотни тысяч раз массивнее Земли, и вторая космическая скорость достигает для нее огромной величины — примерно 100 тыс. км/с. Поэтому и энергия, которая должна выделиться при аккреции вещества на такую звезду, колоссальна.

Откуда же это вещество берется? Его поставляет второй Член двойной системы — обычная звезда. Выброшенные ею заряженные частицы плазмы вырываются в магнитосферу нейтронной звезды и выпадают на ее поверхность в районе магнитных полюсов. В этих местах происходит выделение гравитационной энергии, и на поверхности нейтронной звезды возникают «горячие пятна» с температурой в миллионы кельвинов. А при таких температурах генерируется электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне. Так как нейтронная звезда вращается, то эти излучающие зоны могут попадать в поле зрения земного наблюдателя попеременно через промежутки времени, зависящие от периода вращения звезды.