популярная астрономия

Добро пожаловать на наш сайт. Возможно он будет вам интересен

Механизмы гамма-излучения. Какие из них особенно важны и инте­ресны? Ответ на этот вопрос можно дать, лишь подходя к проблеме с ка­ких-то определенных позиций. Как правило, новое научное направление особенно жизнеспособно в том слу­чае, если оно в чем-то дополняет су­ществующие методы и открывает ка­кие-то уникальные возможности иссле­дования.

Гамма-астрономия вполне отвечает этому требованию. Уже сейчас видны задачи, для решения которых гамма-лучи являются практически единствен­ным инструментом исследования. В частности, так обстоит дело с изуче­нием космических лучей (протонов и ядер высокой энергии) вдали от Земли и даже в других галактиках. А ведь, как сейчас известно, энергия, заклю­ченная в космических лучах, огромна и, естественно, играет во вселенной большую роль, уступая, да и то далеко не везде и не всегда, лишь силам все­мирного тяготения.

Космические лучи «сообщают» нам сведения о себе, порождая гамма-из­лучения. Происходит это таким обра­зом. Входящие в состав космических лучей протоны и ядра соударяются с атомными ядрами в межзвездной и межгалактической среде. В результате рождаются нестабильные частицы, ко­торые очень быстро распадаются на гамма-кванты. Эти кванты можно ре­гистрировать на Земле. Точнее, за пре­делами земной атмосферы, так как толща воздуха не пропускает их к по­верхности планеты. И именно исследование таких гамма-квантов, возникающих при ядерных соударениях, в сущности, единственный способ из­учения взаимодействий космических лучей, происходящих на громадных расстояниях от нашей планеты.

Гамма-астрономия позволяет в прин­ципе измерить поток космических лу­чей в любом месте вселенной, будь то центр нашей Галактики или межгалак­тическая среда. Благодаря этому, как можно надеяться, будет решена в кон­це концов довольно-таки древняя — примерно шестидесятилетнего возра­ста — проблема происхождения кос­мических лучей, приходящих к Земле. Сейчас все еще конкурируют две ги­потезы: галактическая и метагалактическая. Сторонники первой утвержда­ют, что падающие на Землю космиче­ские лучи образуются в нашей Галак­тике, скажем, в результате вспышек сверхновых звезд. С точки зрения вто­рой гипотезы, космические лучи рож­даются в метагалактике, то есть во всей известной нам вселенной и, в частности, в таких объектах, как ра­диогалактики и квазары, а затем «вте­кают» и в нашу Галактику.

На мой взгляд, галактическая гипо­теза гораздо более вероятна, чем метагалактическая. Однако сделать уве­ренный выбор между ними еще нель­зя именно потому, что мы не знаем, каков поток космических лучей в меж­галактическом пространстве. Во всех метагалактических моделях происхож­дение космических лучей предпола­гается, что их поток вблизи Галактики и между ближайшими к нам галакти­ками должен быть примерно таким же, как у Земли. В галактических же мо­делях этот поток в межгалактическом пространстве очень мал. Значит, «пробным камнем» должно стать измерение потока космических лу­чей за пределами Галактики. И гам­ма-астрономия позволяет это сде­лать.

Джером Кристиан (Англия) считает, что в центрах минимум шести галактик расположе­ны квазары. Это в значительной степени под­крепляет предположение о том, что квазары не являются абсолютно новым типом косми­ческих объектов, а представляют собой просто яркие галактики.

После открытия квазаров астрономы счи­тали их самостоятельным классом объектов. Однако, отмечает Кристиан, накапливаются данные, свидетельствующие о наличии эволю­ционной связи между квазарами и галак­тиками. Проведенные в последнее время исследования выбранных квазаров показы­вают, что они расположены в скоплениях га­лактик.

За последние годы во вселенной был обнаружен целый ряд объектов, отличающихся чрезвычайно высокой плотностью. Например, средняя плот­ность вещества нейтронных звезд, от­крытых в-1968 году, достигает 100 мил­лионов тонн в одном кубическом сан­тиметре. А теоретические подсчеты показывают, что возможны и еще бо­лее высокие плотности.

Это обстоятельство побудило физи­ков и астрономов взяться за изучение одного необычного явления, на воз­можность которого еще раньше ука­зывали теоретики, — речь идет о так называемом гравитационном коллапсе. Если масса космического объекта достаточно велика и заключена в срав­нительно небольшом объеме, то под действием собственного притяжения такой объект начинает сжиматься. Дальнейшее развитие этого процесса зависит от того, как велика масса сжимающегося объема. Если масса та­кой звезды не превосходит 1—1,3 мас­сы Солнца, то в какой-то момент сила притяжения уравновешивается внут­ренними силами, и в результате сжа­тия образуется маленькая звезда — белый карлик, плотность вещества ко­торого может достигать нескольких десятков и даже сотен тони в кубиче­ском сантиметре.

8 том же случае, если масса звезды составляет от 1,3 до 2 солнечных масс, сжатие приводит к взрыву, получившему название вспышки Сверхно­вой, Взрыв сопровождается выделени-1н колоссальной энергии и распылении части вещества звезды. А из оставшейся части образуется нейтронная звезда с радиусом 20—30 километ­ров.

Наконец, если масса звезды превос­ходит 2 массы Солнца, то сжатие ста­новится неудержимым. Никакие внут­ренние силы уже не могут ему вос­препятствовать. Происходит как бы падение вещества в центральную точ­ку, где плотность может достичь чуть ли не бесконечной величины. Эта кос­мическая катастрофа и есть гравита­ционный коллапс.

Возможно, что подобное явление возникает на последнем этапе «жиз­ни» звезд, когда в их недрах прекра­щаются ядерные реакции.

Как известно, согласно общей тео­рии относительности пространство вселенной искривлено, и степень это­го искривления зависит от величины и распределения масс. Поэтому по мере сжатия кривизна пространства коллапсирующего объекта постепенно увели­чивается, и наконец наступает момент, когда пространство самозамыкается, «захлопывается». Другими словами, тяготение становится так велико, что ни световые сигналы, ни электромаг­нитные волны, ни любые другие части­цы не могут его преодолеть и вы­рваться изнутри сколлапсированного объекта наружу.

Благодаря этому для внешнего на­блюдателя такой объект как бы пере­стает существовать — он становится ненаблюдаемым. Сохраняется лишь гравитационное взаимодействие сжав­шегося вещества с окружающими мас­сами.

Это и есть «черная дыра» — место, куда все «проваливается», но откуда ничего не выходит.

В настоящее время астрономы заня­ты поисками реальных «черных дыр» в космосе. Согласно подсчетам их должно быть немало. Дело в том, что значительная часть звезд нашей Га­лактики обладает массами, превосхо­дящими две массы Солнца, и можно предположить, что ряд подобных звезд уже закончил свое существова­ние и превратился в «черные дыры».

С другой стороны, в последние го­ды во вселенной обнаружены некото­рые области (например, ядра галак­тик), где происходит истечение огром­ных масс вещества и энергии.

В связи с этим появилась весьма любопытная гипотеза, связанная с «чер­ными дырами». По существу, это об­ласть, которая поглощает сама себя м окружающую материю. Вещество, по­падающее в эту область, как бы без­возвратно проваливается в бездну. А может быть, в самом деле проваливается? В другую вселенную? Может

быть, в нашей есть своеобразные сто­ки, соединяющие ее с другой или с другими вселенными, которые гра­ничат с нашей каким-то сложным пу­тем? Много вопросов возникает теперь в связи с появлением теории о суще­ствовании «черных дыр». И мы наде­емся, что Современная астрономия сможет и на них дать ответ.

На наших глазах происходит настоя­щая революция в астрономии. Вместо единственного «окна», через которое раньше астрономы наблюдали вселен­ную, одно за другим «прорубаются» новые — вслед за радиодиапазоном пришел черед ультрафиолетовых, ин­фракрасных, рентгеновских лучей, на­чинает формироваться гамма-астро­номия.

Благодаря появлению ракет и спут­ников ученые могут сейчас наблюдать н изучать вселенную с помощью волн всех диапазонов…

В любом электромагнитном излуче­нии зашифрована информация о про­цессе, в котором она рождалась. Гамма-лучи в семействе электромаг­нитных излучений обладают наимень­шей длиной волны. А, как известно, чем меньше длина волны, тем выше анергия квантов излучения: гамма-лу­чи — самая высокоэнергетическая часть электромагнитного излучения. Значит, они «содержат» информацию о процессах, в которых выделяется громадная энергия. Такие процессы во вселенной чрезвычайно интересуют астрономов и астрофизиков. Этот ин­терес особенно возрос после того, как были обнаружены гигантские взрывы целых галактик. Гамма-лучи могут принести новую информацию и о дав­но известных взрывах отдельных звезд — вспышках «сверхновых».

Гамма-излучение может, например, порождаться сильно возбужденными ядрами атомов звездного вещества. Переходя в нормальное состояние, яд­ра будут высвечивать гамма-кванты. Исследуя их, мы можем прочесть но­вые, неизвестные нам страницы био­графии звезд.

Гамма-излучение может рождаться, когда электроны с высокой энергией искривляют свою траекторию в силь­ных магнитных полях. При этом возни­кают еще и радиоволны, а также рент­геновские лучи. Мощность этого излу­чения, именуемого синхротронным, зависит от количества электронов и от напряженности магнитного поля. Зна­чит, измеряя интенсивность гамма-из­лучения (а также радиоволн и рентге­новского излучения), можно опреде­лять концентрацию электронов и, глав­ное, магнитные поля во вселенной. Здесь исследование гамма-излучения может играть как бы роль дополни­тельного уравнения, с помощью кото­рого находится неизвестное.

Правда, такие гамма-лучи возника­ют, когда имеются либо очень силь­ные магнитные поля, либо электроны громадной энергии. Оказалось, что и то и другое можно найти вблизи пуль­саров — вращающихся намагниченных нейтронных звезд.

Сравнительно недавно появилось со­общение, что пульсар, находящийся в знаменитой Крабовидной туманности (его радиосветовое и рентгеновское излучение уже было исследовано), ис­пускает также жесткие ‘ гамма-лучи с энергией больше двухсот пятидесяти миллиардов электрон-вольт. На Земле даже с помощью самых мощных со­временных ускорителей получить гам­ма-лучи такой энергии еще не удава­лось. Гамма-лучи пульсара в Крабо­видной туманности, вероятно, имеют как раз синхротронную природу или порождаются родственным механиз­мом — излучением электронов высо­кой энергии в переменном электро­магнитном поле.