Беседы о рентгеновских лучах

Ибо в 1054 году сигнал о катастрофе, преодолев расстояние в 5500 световых лет, только-только докатился до Земли.

Право, такому сюжету могли бы позавидовать" покойные А. Конан-Дойль и А. Кристи, ныне здравствующий Ж- Сименон и иже с ними. А ведь то была бы документальная повесть! Но перед ней побледнели бы многие выдумки, которыми восхищаются любители детективного жанра.

Если в 1604 году Сверхновой занимались такие корифеи, как И. Кеплер, в 1572-м - Т. Браге, то в 1054-м - звездочеты средневековья. "Гостья" XI века оказалась наименее изученной. И наиболее интересной.

И вот, словно заправский архивариус, листает и листает астрофизик И. Шкловский пожелтевшие страницы старинных изданий. Сопоставляет исторические свидетельства, проверяет, ищет в летописях все, что относится к волнующим его загадкам и догадкам. От исследований современных астрофизиков - к кабалистике древних астрологов и опять от средневековых документов - к формулам XX столетия.

Проходят годы, прежде чем картина становится более или менее ясной. Как же она выглядит сегодня, если забежать вперед?

Когда светило распылилось, его микрочастицы разлетелись во все стороны с колоссальными скоростями (10-20 тысяч километров в секунду). Протоны (положительно заряженные ядра водорода) сумели пробиться сквозь паутину магнитных силовых линий, опутавших туманность. И смешались с космическими лучами, которые заполняют вселенную.

А вот электроны, каждый из которых имеет куда меньшую массу (0,0005 протонной), не смогли вырваться на свободу. Их удержали цепкие клешни Краба, если можно назвать так его магнитные поля.

Однако, продолжая там свое движение по траектории, эти заряженные частицы не могут не испускать излучения. Притом сильного, ибо скорость (а значит, и энергия) у них весьма велика. Между тем белесая кисея туманности едва видна в обычный телескоп. Что ж, электромагнитные колебания, которые она генерирует, могут быть мощными совсем не в оптическом диапазоне. Тогда в каком же? Оказывается, у Краба они наиболее интенсивны в радиоволновом.

Проверить этот расчет экспериментально по просьбе И. Шкловского пытались еще в 1949 году сотрудники Крымской обсерватории. Но имевшийся у них тогда радибтелескоп мог "прослушивать" туманность, лишь когда она восходила над морем, а там ее закрывали горы... Все же радиоизлучение обнаружили. Это сделали австралийские ученые в том же 1949 году, подтвердив тем самым мысль, высказанную И. Шкловским годом раньше. Для них оно оказалось "неожиданно мощным".

Объяснил его происхождение И. Шкловский (1953 год). Помогла идея, сформулированная в 1950году шведскими физиками Альвеном и Херлфсоном и независимо немецким астрофизиком Кипенхойером. Но тщательно разработана она была главным образом в СССР, прежде всего И. Шкловским. Это позволило довести ее до уровня отточенной теории. Если не вдаваться в подробности, то суть ее такова.

Сильная незримая радиация, испускаемая остатками Сверхновой, генерируется сверхбыстрыми и сверхэнергичными электронами, "простреливающими" магнитные поля. Эффект этот именуется с_и_н_х_р_о_т_р_о_н_н_ы_м, по названию ускорителей, в которых протекает аналогичный процесс.

Ну а где же наши добрые старые знакомые?

В 1963 году были зарегистрированы довольно интенсивные потоки рентгеновских лучей, которые исходят от Крабовидной туманности. Как ни удивительно, они той же природы, что и радиоволны Краба. Не тепловой, как в случае Солнца, нейтронных звезд или "черных дыр" с их колоссальными температурами, а именно синхротронной, обусловленной торможением быстрых электронов магнитными полями. Таково же, кстати, происхождение и слабого видимого свечения этой туманности.

В 1968-1969 годах выяснилось, что в Крабовидной туманности упрятан самый замечательный из всех известных пульсаров. В отличие от всех остальных он тройной: и рентгеновский, и радиоволновой, и оптический. Мигает 30 раз в секунду, притом синхронно во всех диапазонах.

В 1967 году мир узнал о великом астрономическом открытии XX века открытии пульсаров. К 1976 году на карте неба их насчитывалось уже почти двести (из десятков тысяч, которые, вероятно, существуют в галактике). Они, главным образом, радиоволновые (практически все). И в ничтожном меньшинстве - рентгеновские (например, уже упоминавшиеся Геркулес Х-1, Центавр Х-3). Последние, как мы знаем, являют собой системы, вызывающие ассоциацию с каруселью, на которой вихрем кружатся рыхлый Гулливер и сверхплотный лилипут.

Вспомним, что представляет собой малютка в такой паре. Это нейтронная звезда. А теперь вообразите, что она одинока и вращается сама по себе, подобно волчку, вокруг собственной оси. Перед нами модель радиопульсара. Полный оборот он совершает гораздо быстрее, чем наша планета, - не за сутки и даже не за минуты.

Иной - за 3,75 секунды (максимум), иной - за 0,033секунды (минимум). И соответственно с той же периодичностью "мигает".

Разумеется, так лишь кажется тем, кто его наблюдает с Земли. Ибо сам пульсар, конечно, ничего не включает и не выключает, а только поворачивает, как маяк, свой прожекторный луч. Отсюда ясно: если такой источник существует в природе, скажем, в недрах туманности, оставленной той или иной Сверхновой, это еще не значит, что он непременно даст о себе знать землянам. Его собранная в пучок радиация может пробегать мимо, не задевая нашу планету. Понятно и другое: трудно переоценить роль космонавтики, открывшей перед учеными возможность забрасывать зонды с телескопами в далекие уголки вселенной.

Тройной "маяк" Крабовидной туманности виден, к счастью, хорошо. Полагают, что это сверхплотное шарообразное тело диаметром около 10 километров, оставшееся от Сверхновой 1054 года в результате коллапса.

Оно вращается с рекордной частотой - 30 раз в секунду. И с той же периодичностью - 1/30, точнее 0,033 секунды, - на Земле отмечаются всплески рентгеновского, видимого, радиоволнового излучения, синхронные во всех трех диапазонах.

Но вот что любопытно. Если пульсар столь компактен, то и наблюдаться должен в виде крохотной мерцающей звездочки. Между тем рентгеновский объект Телец Х-1, отождествленный с Крабом, как, впрочем, и радиоволновой (Телец А), - отнюдь не точечный, а диффузный, "размазанный" расплывающимся пятном.

Откуда это несоответствие?

Объяснение тут такое. Именно пульсар заставляет туманность светиться во всех трех упомянутых диапазонах. Ибо непрестанно впрыскивает в нее электроны, а те, как мы убедились, дают синхротронное излучение.

Делится он с ней и своим магнитным полем. Не будь этой "подкачки", Краб потух бы через сотню лет после вспышки Сверхновой. Между тем его мерцающая кисея наблюдается вот уже многие века. Расползается она опять-таки не без содействия непрерывно вливающихся в нее заряженных частиц и магнитных сил, распирающих ее изнутри.

Вот и получается, будто умершая звезда оставила после себя не только "прах", но и свое "сердце", которое не просто пульсирует, но поддерживает жизнь Краба, вливая в него "свежую кровь", помогая ему "ползти".

Картина, как видно, иная, чем в случае Геркулеса Х-1 или Центавра Х-3. Там сверхплотный лилипут "обирает" рыхлого Гулливера, оттягивая на себя плазму газообразного раскаленного партнера. Особенно ненасытна "черная дыра" Лебедя Х-1. Как бы то ни было, там и тут рождается рентгеновская радиация. У остальных ее небесных генераторов тоже, как правило, преобладает один из этих двух механизмов: либо тепловой, либо синхротронный.

Если вспомнить, что открытие пульсаров считают едва ли не величайшим в современной астрономии, то можно представить, как была воспринята весть о самом удивительном из них - тройном. Ошеломляющая новость! "Я никогда не забуду своего ощущения, когда узнал об этом, - признается профессор И. Шкловский. - И вот, пожалуйста: в дополнение ко всем связанным с этой туманностью "чудесам" там находится пульсар, да еще какой!"

Сенсация вызвала кипение страстей, и ученый вспоминает, как сам затеял спор с авторами открытия, двумя американцами. Оба уверяли, что внутри Краба - два пульсара. "Вот это уже не лезло ни в какие ворора! темпераментно рассказывает И. Шкловский в своей книге "Звезды: их рождение, жизнь и смерть". - Как раз в это время я был в США и, помню, заключил пари с американскими коллегами. Я утверждал, что з Крабовидной туманности может быть только один пульсар, а они, посмеиваясь и указывая на записи импульсов, говорили: два! Ставка была "принципиальная"; один доллар против одного рубля".