Галина Железняк - Чудеса и катастрофы Вселенной

Использовались мощнейшие радиотелескопы, чтобы обследовать тысячи квазаров. Квазары, как вы помните, это удаленные (на краю видимой Вселенной) компактные источники излучения и источники рентгеновских лучей. Предполагается, что они представляют собой супермассивные черные дыры, ядра галактик, «питающиеся» межзвездным газом и веществом поглощаемых звезд.

Радиотелескопы позволяют достичь высочайшей разрешающей способности, недоступной более традиционным оптическим телескопам, даже поднятым на околоземную орбиту. Изображение каждого из 700 таких объектов искажалось присутствием на пути следования лучей неких скрытых массивных объектов, оказывающих воздействие, подобное гигантским гравитационным линзам. Радиолучи изгибаются вокруг гравитирующего объекта, и это приводит к тому, что на снимках появляются два (или даже больше) изображения одного и того же квазара. Сравнивая модели, в которых присутствовали разные оценки для темной энергии, заполняющей Вселенную, подбирали ту, которая лучше всего соответствовала бы работе реально наблюдающихся гравитационных линз.

Итак, около 2/3 Вселенной состоит из темной энергии. Оставшаяся треть приходится в основном на темную материю, состав которой до сих пор точно не прояснен. И только малая часть остается на долю обычной, видимой материи звезд и планет. Гравитация действует на все формы вещества, а антигравитация темной энергии проявляется только на дальних расстояниях, заставляя Вселенную расширяться ускоренными темпами, немыслимыми в том случае, если бы гравитация была доминирующей силой.

Орбитальная гамма-обсерватория ESA «ИнтеГРАЛ» (InteGRAL) проделала большую работу по составлению обширной карты нашей Галактики в важнейших для астрофизиков волновых диапазонах, в частности в гамма-лучах. Это дает возможность составить самую точную на сегодняшний день картину текущих изменений в химическом составе Млечного Пути. Кроме всего прочего, подтверждается присутствие таинственного антивещества в нашем галактическом центре.

Международная астрофизическая гамма-обсерватория «ИнтеГРАЛ» (INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory — InteGRAL) — первая орбитальная обсерватория, которая позволяет наблюдать астрономические объекты одновременно в гамма-лучах, рентгеновском излучении и видимом свете. «ИнтеГРАЛ» был запущен на российском ракетоносителе «Протон» 17 октября 2002 г. на вытянутую эллиптическую орбиту вокруг Земли. Его основной целью считаются те регионы Галактики, где рождаются химические элементы, и массивные компактные объекты вроде черных дыр.

Со времен своего рождения из облака водорода и гелия приблизительно 12 млрд лет назад Млечный Путь постепенно накапливал более тяжелые химические элементы. На каком-то этапе из них смогли сформироваться планеты и в конечном счете появилась жизнь на Земле. В природе теперь известно свыше 100 типов атомов или элементов, таких как железо, кислород, водород и т. д. Реакции ядерного синтеза, происходящие внутри звезд и при взрывах сверхновых, приводят к образованию новых элементов при объединении более легких элементов в тяжелые. Этот процесс, называемый также ядерным горением, не прекращается и по сей день.

В большинстве звезд, включая наше Солнце, водород непрерывно переплавляется в гелий. После полного выгорания водорода топливом для процесса горения становится сам гелий. На этом процесс горения в большинстве звезд заканчивается, звезда сбрасывает свои внешние слои в окружающее пространство, так что этот обогащенный газ может стать сырьем для следующего поколения звезд и планет. Звезда, масса которой в несколько раз превышает массу Солнца, может пойти дальше, производя внутри себя углерод, кислород, кремний, серу и железо. Если до этого момента процесс шел с выделением энергии, теперь для образования элементов более тяжелых, чем железо и никель, в условиях, когда все имевшееся в ядре звезды топливо уже выгорело, требуется новый подвод энергии. Такие более тяжелые элементы, как, например, золото, свинец и уран, образуются при взрывах сверхновых и выбрасываются в космическое пространство, где могут стать строительным материалом для новых небесных объектов.

В настоящее время один из наиболее тяжелых элементов — радиоактивный изотоп алюминия (А1 26) — присутствует в Галактике буквально всюду, причем в результате его распада образуется магний и выделяется гамма-излучение с длиной волны, известной как линия 1809 кэВ. «ИнтеГРАЛ» позволяет составить карту этого излучения и идентифицировать таким образом, источники, производящие весь этот алюминий. В частности, «ИнтеГРАЛ» изучает алюминиевые «горячие пятна» на карте Галактики, с тем чтобы определить, конкретными ли астрономическими объектами они образованы или случайно выстроившимися вдоль одной линии несколькими источниками.

Астрономы полагают, что наиболее вероятными источниками такого алюминия являются вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Учитывая, что время распада алюминия — около одного миллиона лет, можно таким образом выяснить, сколько звездных катастроф произошло за последнее время (по астрономическим меркам). Другими возможными источниками алюминия считаются крупные звезды — красные гиганты или горячие голубые звезды, которые также порождают этот элемент.

Чтобы выбрать между этими двумя вариантами и разрешить таким образом загадку, «ИнтеГРАЛ» одновременно картирует распределение по Галактике радиоактивного железа, которое производится исключительно в «горниле» сверхновых. Теории показывают, что во взрывающейся звезде алюминий и железо должны рождаться вместе, в одних и тех же областях. Таким образом, если распределение железа совпадет с распределением алюминия, это и будет служить доказательством, что подавляющее большинство алюминия рождается в результате именно вспышек сверхновых. Впрочем, эти измерения пока затруднены тем, что гамма-излучение от радиоактивного железа приблизительно в шесть раз слабее, чем от алюминия. Однако когда обсерватория в течение следующего года накопит больше данных, такая возможность наконец появится.

Кроме того, на основе полученных данных можно будет составить самую детальную в истории исследований карту распределения антивещества. Антивещество образуется за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например в ходе радиоактивного распада того же алюминия. Его «подпись» известна как аннигиляционная линия 511 кэВ (гамма-фотоны такой энергии образуются при аннигиляции электронов и позитронов). Даже при том, что наблюдения «ИнтеГРАЛа» еще не полны, они дают понять, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества — оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.