Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

• Название: Занимательная астрофизика
• Автор: Виктор Комаров
• Издательство: Наука. Главная редакция физико-математической литературы
• Жанр: Научпоп
• Год: 1984

Книга в популярной и занимательной форме знакомит читателей с наиболее интересными проблемами современной астрофизики, с не обычными физическими объектами в космосе: пульсарами, квазарами, радиогалактиками, черными: дырами, источниками: рентгеновского и гамма-излучения, а также с наиболее интересными вопросами современной космологии. В книге рассказывается о новых методах познания Вселенной, об открытиях, сделанных в последние годы. Специальный раздел посвящен проблеме поиска разумной жизни во Вселенной.

Для иллюстрации вопросов астрофизики авторы в ряде случаев прибегают к помощи научной фантастики.

Под редакцией В, М. Чаругина.

---

Так явления, о которых идет речь, выглядят в теории, А в действительности — во Вселенной?

Рентгеновские пульсары были в самом деле обнаружены в 1972 г. с помощью специальной аппаратуры, установленной на одном из искусственных спутников Земли. Но правомерен вопрос: а может быть, это одиночные объекты и механизм генерации рентгеновского излучения у них совсем иной?

Однако по меньшей мере два факта говорили в пользу изложенной выше модели.

Во-первых, оказалось, что излучение некоторых рентгеновских пульсаров иногда «выключается», а потом появляется вновь. Это явление можно объяснить затмениями в двойной системе, когда обычная звезда закрывает от нас нейтронную, преграждая путь ее рентгеновскому излучению. Разумеется, такие затмения могут происходить только в тех случаях, когда Земля расположена в той же плоскости, в которой движутся вокруг центра масс оба члена двойной системы.

Второе свидетельство в пользу двойных систем — периодические изменения частоты импульсов, испускаемых рентгеновским пульсаром. Обращаясь в двойной системе, нейтринная звезда то приближается к нам, то удаляется. Поэтому и рентгеновские импульсы приходят то чаще, то реже.

Правда, оба эти свидетельства являются в какой-то мере косвенными, однако в дальнейшем были получены и прямые подтверждения. С помощью оптических телескопов удалось обнаружить светящиеся звезды, составляющие пары с невидимыми нейтронными источниками рентгеновского излучения.

Не надо думать, что рентгеновский пульсар в двойной системе — это нечто абсолютно стабильное, раз навсегда данное. Как считают астрофизики, взаимодействие вещества, выброшенного обычной звездой, с магнитосферой нейтронной звезды проходит ряд последовательных этапов. Сперва генерируется импульсное радиоизлучение, похожее на радиоизлучение одиночного пульсара.

Но, видимо, развитие физических процессов в двойных системах далеко не всегда протекает строго последовательно.

В 1967 г. в созвездии Центавра неожиданно вспыхнул новый рентгеновский источник. В течение некоторого времени интенсивность его излучения постепенно нарастала, а затем стала также постепенно убывать. Затем тот же источник обнаружил себя еще дважды — в 1969 и 1974 гг. В последнем случае он наблюдался на протяжении десяти суток. При этом были обнаружены периодические колебания его «рентгеновской яркости» с периодом около семи минут. Иными словами, был открыт «кратковременный» рентгеновский пульсар.

Но самый интересный «кратковременный» рентгеновский источник был зарегистрирован в созвездии Единорога 3 августа 1975 г. Сперва он был едва заметен, однако уже через пять суток его блеск в рентгеновских лучах превзошел блеск самого яркого объекта рентгеновского неба — источника Скорпион Х-1, а через следующие пять суток он светил еще в пять раз ярче. Ничего подобного за все годы рентгеновских наблюдений Вселенной астрономы не отмечали.

А еще через несколько дней в том же месте была обнаружена слабенькая звездочка. Ее стали усиленно изучать и пришли к выводу, что и возникновение «кратковременных» рентгеновских источников также связано с какими-то физическими явлениями именно в двойных системах, где одним из компонентов является компактный объект, собирающий на себя вещество, выбрасываемое второй звездой. Вероятно, время от времени в силу еще не известных нам причин скорость аккреции может изменяться. В тех случаях, когда она резко возрастает, создаются условия, способствующие кратковременной вспышке рентгеновского излучения.

Правда, наблюдательных данных, прямо доказывающих, что все «кратковременные» источники рентгеновского излучения связаны с двойными системами, пока нет. И все же большинство астрономов склонны придерживаться именно такого объяснения. Тем более что мы не знаем вообще ни одного источника рентгеновского космического излучения в нашей Галактике, о котором можно было бы с уверенностью утверждать, что он является «одиночкой», т. е. не входит в двойную систему.

Но какие события в двойной системе могут вызвать усиление аккреции и кратковременную вспышку рентгеновского излучения?

Одно из возможных объяснений состоит в том, что соседом нейтронной звезды в двойной системе является пульсирующая звезда, которая то сжимается, то расширяется. В момент расширения такая звезда выбрасывает большое количество вещества, которое, попадая на нейтронную звезду, генерирует излучение в рентгеновском диапазоне.

Возможно также, что нейтронная звезда движется вокруг обычной по сильно вытянутой орбите, то удаляясь от нее, то приближаясь, вызывая тем самым периодические усиления и ослабления аккреции.

Таким образом, появление космических аппаратов, сделавших возможными наблюдения в рентгеновских и гамма-лучах, привело к открытию нового физического эффекта — механизма аккреции в двойных системах, который может оказаться ключом к объяснению целого ряда необычных явлений во Вселенной. Наблюдения с помощью гамма-аппаратуры на борту межпланетных станций «Венера-11» и «Венера-12» подтвердили это предположение.

Как уже говорилось, гамма-всплеск 5 марта оказался очень мощным — в течение четверти секунды поток гамма-излучения из созвездия Золотой Рыбы в несколько тысяч раз превосходил свечение в гамма-диапазоне всего неба! Затем в течение следующих шести минут излучение сделалось примерно в сто раз слабее, и в этот промежуток времени была отмечена его пульсация с периодом 8,1 с.

Таким образом, к тем одиннадцати рентгеновским пульсарам, которые считались надежно зарегистрированными к марту 1979 г., прибавился еще один пульсар, открытый советскими учеными. Но пульсар совершенно особого типа, первый космический объект подобного рода, обнаруженный астрофизиками.

Многое из того, что относится к этому объекту, связано со словом «впервые». Впервые зарегистрирована гамма-вспышка, при которой светимость источника нарастала столь стремительно — за тысячные доли секунды она увеличилась в три тысячи раз! Впервые был зафиксирован повторный гамма-всплеск от одного и того же объекта с интервалом всего четырнадцать часов! И наконец, впервые удалось прояснить физическую природу источника гамма-вспышки. Анализ полученных данных не оставлял никакого сомнения в том, что во время вспышки 5 марта действовал тот же самый физический механизм, который порождает и рентгеновские пульсары, — аккреция вещества, выброшенного одной из звезд в двойной системе, на нейтронную звезду.

Что же касается повторной вспышки, которая была примерно в сто раз слабее первой, то ее возникновение, по-видимому, связано с термоядерным процессом. При падении на нейтронную звезду вещество может разгоняться до огромных скоростей, достигающих одной трети скорости света. В результате удара вещества с такой скоростью о поверхность звезды выделяется колоссальная энергия. Вероятно, этот процесс аккреции и породил гамма-излучение, зарегистрированное 5 марта. Но вещество обычной звезды, падающее на нейтронную, — это главным образом водород и гелий. Оказавшись на поверхности нейтронной звезды, они нагреваются до очень высоких температур, при которых возникают термоядерные реакции. Правда, водородная реакция протекает довольно медленно, зато гелиевая может приводить к кратковременному выделению энергии, как раз примерно в сто раз меньшей, чем энергия, выделяющаяся при аккреции. Вполне возможно, что именно гелиевая термоядерная вспышка и породила повторный гамма-всплеск 6 марта.

В эти дни был впервые получен еще один чрезвычайно интересный результат. Дело в том, что одновременные наблюдения с борта нескольких космических станций, находящихся на значительных расстояниях друг от друга, позволяют намного повысить точность, с которой определяются положения источников гамма-излучения на небесной сфере.

Кроме «Венер» в космосе в это же время находился и советский искусственный спутник Земли «Прогноз-7», также оснащенный гамма-аппаратурой.

Гамма-всплеск 5 марта был отмечен всеми тремя космическими аппаратами. Благодаря этому удалось выяснить, что источник излучения находится в районе созвездия Золотой Рыбы и проецируется на окраинный район одной из ближайших к нам галактик — Большого Магелланова Облака. Но где источник расположен на самом деле — в нашей Галактике или в соседней?

Современные приборы еще не позволяют получить прямой ответ на этот вопрос. Поэтому приходится прибегнуть к логическим соображениям. Предположим, что источник гамма-всплеска 5 марта находится в Большом Магеллановом Облаке. Исходя из мощности зарегистрированного сигнала и зная расстояние до Большого Магелланова Облака, нетрудно подсчитать, что в подобном случае этот источник во время вспышки должен был излучать 1044 эрг/с (1037 Вт) — чудовищную энергию, в несколько тысяч раз превосходящую энергию излучения Большого Магелланова Облака во всех диапазонах электромагнитных волн, вместе взятых! А ведь эта галактика состоит из миллиардов звезд. Очевидно, что подобное предположение выглядит весьма фантастично. Таким образом, скорее всего, счастливым обладателем этого феномена является наша собственная Галактика.