Компьютерра - Журнал Компьютерра №725

Из четырнадцати объектов тринадцать наблюдаются в широком диапазоне частот, от радио- до гамма-излучения СВЭ, но вот для источника Cyg gamma-2 есть данные только в гамма-диапазоне СВЭ. Он - классический "невидимка".

Земная атмосфера не прозрачна для гамма-излучения практически во всем диапазоне его энергий, поэтому для регистрации гамма-квантов в диапазоне от 105 эВ до 109 эВ (так называемые высокие энергии - ВЭ) используются приборы, устанавливаемые на спутниках и стратостатах (баллонах). Регистрация гамма-квантов с энергией Е > 1011 эВ (это уже сверхвысокие энергии - СВЭ) осуществляется на наземной аппаратуре с использованием промежуточного физического явления - черенковского излучения [Черенковское излучение - свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Открытие было сделано в 1934 году Павлом Черенковым в лаборатории Сергея Вавилова, а теоретическое объяснение разработали И. Тамм и И. Франк в 1937 году].

Надо сказать, что поток частиц в этом энергетическом диапазоне очень мал. В круг диаметром 400 метров попадает приблизительно одна частица в секунду, причем ожидаемые гамма-кванты от источника, который мы собрались наблюдать, составят лишь доли процента от общего числа частиц.

Падение фрагментов кометы Шумейкер-Леви 9 на Юпитер в 1994 г. дало возможность впервые наблюдать и изучать эффекты, связанные со взрывами кометных тел в атмосфере планет. Комета Шумейкер-Леви 9 за два года до ее падения распалась в поле тяготения Юпитера более чем на двадцать осколков, постепенно вытянувшихся в своеобразный "поезд". В течение недели в июле 1994 г. осколки друг за другом врезались в атмосферу Юпитера. Место падения было в южном полушарии на обратной стороне планеты. Вследствие вращения Юпитера область падения появлялась на его лимбе только через 10–15 минут после взрывов осколков.

Хотя с Земли нельзя было наблюдать возникшие при этом взрывы, удалось зарегистрировать моменты падения некоторых из обломков, наблюдая отражение световой вспышки взрыва от спутника Юпитера Ио, находившегося в это время позади Юпитера. Спектральные и фотометрические наблюдения позволили оценить энергию, выделившуюся при взрывах, которая на два порядка превосходит энергию взрыва Тунгусского метеорита.

Исследователи В. В. Прокофьева и В. П. Таращук обратили внимание на многократность взрывов на Юпитере, наблюдавшуюся 20 июля 1994 г. при падении самого яркого фрагмента, получившего обозначение Q. Было достоверно обнаружено не менее семи взрывов, следствием которых стало увеличение яркости на лимбе Юпитера, зарегистрированное разными наблюдателями.

Случись подобное на нашей планете, это была бы трагедия глобального масштаба и имела бы самые катастрофические последствия для человечества и жизни на Земле.

Н. И. Шаховская

Для их наблюдения мы используем то обстоятельство, что гамма-кванты сверхвысокой энергии, взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, образуют вторичные быстрые электроны, которые испускают кванты черенковского излучения (черенковские вспышки) в оптическом диапазоне частот под малым (около одного градуса) углом к направлению движения первичного кванта. Это дает возможность определять область, из которой исходит поток гамма-излучения. Площадь, освещаемая черенковской вспышкой, кстати, довольно велика: десятки тысяч квадратных метров земной поверхности.

Впервые черенковское излучение в атмосфере стали наблюдать в 1950-х годах [Первые эксперименты по наблюдению черенковских вспышек от космических частиц были выполнены В. Голбрайтом и Дж. Джелли, а также Н. М. Нестеровой и А. Е. Чудаковым]. В Крымской астрофизической обсерватории первые черенковские вспышки были зарегистрированы в ночь на 14 декабря 1968 года. Регулярные наблюдения предполагаемых гамма-источников сверхвысокой энергии (E>1011 эВ) на гамма-телескопе первого поколения под руководством доктора физ.-мат. наук Арнольда Арташесовича Степаняна (1931–2005) были начаты в Крымской астрофизической обсерватории в марте 1969 года. Этот первый гамма-телескоп, сконструированный на базе армейских зенитных прожекторов, состоял всего из четырех светоприемников. Каждый светоприемник (детектор) представлял собой параболическое зеркало диаметром 1,56 метра, в фокусе которого располагался фотоумножитель с сопутствующей электроникой.

Наблюдения проводились путем сканирования двумя группами детекторов (двух секций), каждая из которых состояла из двух параллельно направленных приемников света, включенных в схему совпадения. Измерения проводились следующим образом: сначала на космический объект вручную наводились детекторы первой секции, и в течение двенадцати минут регистрировался возможный поток гамма-квантов от источника (регистрировалось число черенковских вспышек за этот интервал времени). Через двенадцать минут на наблюдаемый объект наводились детекторы второй секции. При этом на первой секции регистрировались черенковские вспышки небесного фона (источник вне поля зрения гамма-телескопа). Еще через двенадцать минут на наблюдаемый объект вновь наводилась первая секция и т. д. Таким образом, исследуемый объект постоянно находился в поле зрения одной из секций, причем другая секция в это время регистрировала фон вне объекта.

На этой установке были проведены наблюдения сорока трех небесных объектов различного типа: пульсаров, остатков сверхновых звезд, источников гамма-квантов с энергией 108 эВ и др. Зарегистрировано гамма-излучение СВЭ E>2х1012 эВ от пульсара CP 1133, от рентгеновского источника Cyg X-3 и объекта Cas g-1 с высокой степенью достоверности. Детальный анализ результатов наблюдений показал, что два типа объектов можно уверенно считать источниками гамма-квантов СВЭ - это пульсары и источники гамма-излучения в области 108 эВ. Особое внимание было уделено рентгеновскому источнику Cyg X-3, который наблюдали в Крыму с 1972 года по 1980 год включительно. В результате девятилетних наблюдений был определен с высокой точностью период излучения в 4,8 часа и его производная. Показано, что как в гамма-излучении СВЭ, так и в рентгеновском излучении источника Cyg X-3 присутствует составляющая с периодом 328 суток.

Для уверенного обнаружения гамма-квантов сверхвысоких энергий от определенного объекта при наблюдениях на простейших гамма-телескопах (гамма-телескопы первого поколения), которые регистрировали только само наличие черенковской вспышки, требовалось очень длительное время регистрации, при наблюдениях некоторых источников достигавшее нескольких лет. Это очень сильно затрудняло поиск новых объектов и особенно исследование переменных источников гамма-квантов, хотя именно такие объекты являются типичными и самыми распространенными. Наибольшим препятствием для обнаружения и исследования источников гамма-квантов СВЭ является значительный фон космических лучей, заряженные частицы которых вызывают в атмосфере Земли черенковские вспышки, трудно отличимые от вспышек, вызванных гамма-квантами. Тем не менее различия между ними есть. Используя этот факт, многие группы исследователей построили новые, конструктивно более сложные, гамма-телескопы. Главная особенность современных гамма-телескопов (телескопы второго поколения) - это применение многоканальных камер, а следовательно, и возможность строить изображение черенковских вспышек.