Нове в астрофізиці космічних променів

Астрофізика, або, точніше, астрономія, – одна з найдавніших наук. Але вона не старіє і особливо бурхливо розвивається в останні роки. Нещодавно було зроблено кілька важливих, я б навіть сказав, приголомшливих, відкриттів. Але перш, ніж розповісти про них, треба пояснити, чим викликаний цей розквіт астрономії.

Астрономію до початку XVII століття можна назвати «дотелескопною». У 1610 році Г. Галілей побудував підзорну трубу і направив її на небо. Так в астрономію увійшов новий метод дослідження простору – за допомогою телескопа. Навіть те невелике збільшення, яке давав перший телескоп, дозволило Галілею побачити гори на Місяці, фази Венери і відкрити чотири найбільш яскравих супутника Юпітера.

Сучасні телескопи переглядають Всесвіт на відстань приблизно в п’ять мільярдів світлових років. Це приблизно половина радіуса Метагалактики. Як бачите, з часів першого телескопа багато що змінилося. Але ще порівняно недавно так само, як і в часи Галілея, основним джерелом інформації про космос служило видиме випромінювання. А бачимо ми в дуже вузькій ділянці спектру. Наші очі сприймають електромагнітні хвилі довжиною 0,00004-0,00008 см. (Деякі тварини бачать в більш широкому діапазоні довжин хвиль.) За допомогою приладів або фотографії можна «побачити» також невидимі оком ультрафіолетові та інфрачервоні промені. Але й тут можливості для спостережень із земної поверхні обмежені у зв’язку з впливом атмосфери.

Справа в тому, що атмосфера добре пропускає електромагнітні хвилі лише в порівняно вузькому «вікні прозорості» – 0,00003-0,0001 см. Ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі коротше 0,00003 см і інфрачервоне випромінювання з хвилями довше 0,0001 см сильно поглинаються атмосферою.

Для астрономії останніх років характерне розширення спектра випромінювання, що приймається, включення в розгляд нових видів випромінювання, що приходять до нас з космосу. Саме це в першу чергу і призвело до прогресу астрономії в останні роки. Що ж це за нові джерела інформації?

Радіоастрономія почала розвиватися з 1945 року, хоча перші кроки в цій області були зроблені ще в 1932 році. У радіоастрономії в основному використовуються хвилі в діапазоні від сантиметрів до кількох метрів, але можуть застосовуватися і більш довгі хвилі – з довжиною хвилі до сотень метрів, далі заважає іоносфера. (Вона сильно впливає на хвилі довше 20-30 м). Якщо апаратуру, приймаючу випромінювання, підняти на супутнику за межі іоносфери, можна приймати радіохвилі завдовжки до двох-трьох кілометрів.

Методами радіоастрономії ми можемо досліджувати широкий спектр випромінювань, що приходить з космосу. Є така міра ширини спектра – «октава». Так от, якщо видимий спектр має ширину в одну октаву (довжина хвилі змінюється в два рази), то в радіоастрономії ми приймаємо спектр шириною в 17-18 октав. Зрозуміло, що, вивчаючи такий широкий спектр, ми отримуємо багату інформацію про космос.

Наступний канал інформації – космічні промені, тобто швидкі заряджені частинки, які потрапляють до нас на Землю з космосу. Зараз починає зароджуватися гамма-астрономія, в ній використовується саме «жорстке» електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі менше десятимільярдної частки сантиметра, тобто менше сотої частини ангстрема. Поки був проведений всього один дослід, так як експериментування в цій області пов’язано з великими труднощами: апаратуру доводиться піднімати на супутнику за межі атмосфери.

Хоча гамма-астрономія знаходиться поки ще в дитячому віці, фізики вже розробляють методи нейтринної астрономії, тобто методи дослідження навколишнього простору за допомогою нейтральних частинок – нейтрино.

Різні методи дослідження дозволяють подивитися на одне і те ж явище чи об’єкт з різних сторін і отримати відомості про абсолютно різні області цього об’єкта. Вони не дублюють один одного. Особливо добре це можна показати на прикладі Сонця.

Сонце являє собою розпечену газову кулю. Ми бачимо так звану фотосферу – область, що випускає видиме випромінювання. Але існують ще зовнішні області Сонця (корона), які настільки прозорі в оптичному відношенні, що ми їх зазвичай не бачимо. Корону без особливих зусиль можна бачити тільки під час повних сонячних затемнень. У діапазоні ж метрових радіохвиль все випромінювання приходить від корони. (Температура корони дорівнює приблизно одному мільйону градусів, а температура фотосфери – «всього» 6000 °).

Якщо на Сонці з’являються плями, його світність змінюється незначно (без приладів ви навіть не помітите цієї зміни). Радіояскравість ж при появі плям змінюється іноді в мільйони разів. Відбувається це тому, що основне джерело радіохвиль, що йдуть від Сонця, корона. Вона являє собою дуже розріджений іонізований газ. Коли щось відбувається на Сонці, це сильно впливає на корону.

Випромінювання, що виходить з внутрішніх областей Сонця, ми не бачимо. Нейтрино астрономія дозволить «побачити» центральну, найгарячішу частину Сонця, ту область, де йдуть ядерні реакції. Так різні методи дослідження, доповнюючи один одного, розширюють межі наших знань про навколишній світ.

Тепер я розповім про відкриття останніх років. Всі космонавти, повертаючись на Землю, розповідали, що небо чорне. Але якби вони дивилися на нього через «радіоокуляри», то бачили б світле небо. На хвилі 15 метрів небо сяє з яскравістю, що досягає 100 000 °, а на хвилі 30 метрів небо навіть яскравіше сонячної корони, яка, як відомо, має температуру 1000000 °. Чорна пляма на світлому фоні – так сприймається на цій хвилі Сонце; воно загороджує потужне радіовипромінювання неба.

Наше Сонце – потужне джерело радіохвиль. Але в радіодіапазоні, крім Сонця, ми бачимо ще два потужних джерела радіохвиль. Один з них в сузір’ї Кассіопеї, інший – в сузір’ї Лебедя. Яскравість цих джерел порівнянна з яскравістю Сонця, тобто в радіодіапазоні ми бачимо три «сонця». Обидва ці джерела радіовипромінювання були відкриті в 1948 році (втім, менш впевнено радіоджерело в Лебеді спостерігалося з 1946 року). Коли стали дивитися на гарні знімки тих ділянок неба, де знаходилися ці джерела, нічого не побачили. Думали, що відкрили новий тип астрономічних об’єктів, але виявилося, що це не так. Були зроблені спеціальні фотографії на кращих інструментах. При цьому в Кассіопеї була відкрита оболонка наднової зірки, що з’явилася в нашій Галактиці 250 років тому, а в Лебеді – далека галактика, яка знаходиться від нас на відстані 660 000 000 світлових років.

Що таке, наднова зірка? Це вибух (спалах) зірки. Такі вибухи відбуваються в нашій галактичній системі (наша галактична система налічує 100 мільярдів зірок) приблизно раз на сто років.

Назва «наднова» не зовсім вдала. Іноді спостерігається, що яскравість зірки несподівано зростає в мільйони разів. Тоді кажуть, що спалахнула «нова» зірка. Якщо яскравість зірки зросла в мільярди разів, кажуть, що спалахнула «наднова» зірка. Така зірка може виявитися навіть яскравіше тієї галактики, в якій стався її спалах. Наприклад, спостерігають деяку галактику. Потім її яскравість зросла рази в два. Тоді можна з впевненістю сказати, що в галактиці спалахнула наднова зірка.

Далі буде.

Автор: В. Гінзбург.