Эндррю Коллинз - Мистерия созвездия Лебедя

Подземные детекторы не смогли обнаружить свидетельств распада протона, но с их помощью выявилось нечто абсолютно неожиданное. Кроме очень редкого явления распада нейтрино — элементарных частиц, возникающих в результате реакций ядерного синтеза на солнце или внутри сверхновой звезды, — они зарегистрировали присутствие мощного космического излучения из глубокого космоса. И это несмотря на то что детекторы частиц были расположены на глубине нескольких сот метров под землей, что должно было защитить их от космического излучения. Тем не менее приборы стали регистрировать распад каких-то непостижимых частиц, которых не должно было существовать.

Одно из таких устройств называлось NUSEX — 150-тонный куб из металлических пластин и световые датчики с фотоумножителем, регистрировавшие распад элементарных частиц в глубине Монблана во Французских Альпах. Лаборатория начала регистрировать странные космические лучи в 1981 году {725} 725 Dar, Lord and Wilkes, ‘Nature of the high-energy particles from Cygnus X-3’, PR D33:l (1 января 1986), стр. 303; Kolb, ‘Searching for Cygnets’, in Aubert and Montanet, стр. 428; Marshak et al, ‘Evidence for Muon Production by Particles from Cygnus X-3’, PRL 54:19 (13 мая 1985), стр. 2079–2082; Ruddick, ‘Model for the Underground Muons Associated with Cygnus X-3’ PRL 57: 5 (4 августа 1986), стр. 531. . На другой стороне Атлантики еще один новый протонный детектор «Soudan I», построенный в Миннесоте в старой шахте на глубине более 500 метров, также зарегистрировал присутствие тех же космических частиц {726} 726 Dar et al, стр. 303; Kolb, стр. 428; Marshak et al, стр. 2079–2082; Ruddick, стр. 531. .

Кроме того, не менее двух расположенных на поверхности земли детекторов космического излучения EAS начали фиксировать прохождение этих в высшей степени необычных космических лучей сверхвысоких и высоких энергий, причем нередко одновременно с ними регистрировались и гамма-лучи, исходившие из того же источника. Одним из таких приборов был «Fly’s Еуе», построенный в удаленной части пустыни Юта сотрудниками университета Юты. Он был введен в строй в 1981 году и первоначально состоял из 67 зеркал диаметром 1,5 метра, установленных под разным углом с тем расчетом, чтобы охватить все ночное небо. В фокусе каждого зеркала располагались 12–14 высокочувствительных фотоумножителей, предназначенных для того, чтобы регистрировать прохождение заряженных частиц атмосферного ливня, активирующих содержащийся в атмосфере азот {727} 727 Cassiday et al, ‘Evidence for 1018'eV Neutral Particles from the Direction of Cygnus X-3’, PRL 62:4 (23 января 1989), стр. 383–386; Sommers and Elbert, ‘Implications of the Fly’s Eye Evidence for Neutral Particles from Cygnus X-3’, ALC 27 (1990), стр. 397–402. .

Вместе с детектором расширенных ливней космических лучей в Западной Германии {728} 728 Dar et al, стр. 305; Kolb, стр. 429. «Fly’s Еуе» зафиксировал беспорядочные вспышки космического излучения в период с 1981 года {729} 729 Marshak et al, стр. 2079. по 30 октября 1985 года, когда они неожиданно прекратились. Осознав крайнюю необычность происходящего, физики сосредоточили свои усилия на том, чтобы зарегистрировать эти уникальные космические сигналы.

Источник сигналов определили довольно быстро, потому что вспышки активности были циклическими, с периодом 4,8 часа — характерный «отпечаток», или «сигнал», ранее зарегистрированный в отношении рентгеновского и гамма-излучения из двойной звездной системы (то есть двух звезд, вращающихся друг вокруг друга), получившей название Лебедь Х-3. Эта двойная система расположена на расстоянии около 30 000 световых лет от Земли и является одним из самых мощных источников гамма-излучения во всей галактике (см. фото 28) {730} 730 Kolb, стр. 424. . Кроме того, это один из самых мощных источников рентгеновского излучения, а также радиоволн. Лебедь Х-3 находится в середине галактической плоскости, которая представляет собой плотную полосу звезд и скоплений межзвездного газа в центральной части Млечного Пути. Наклонение источника Лебедь Х-3 составляет 40 градусов 50 минут, всходит он в 20 часов 52 минуты и, невидимый невооруженным глазом, располагается поблизости от Садра (Гаммы Лебедя) [26] В настоящее время наклонение Садра составляет 40 градусов 15 минут, а восход наблюдается в 20 часов 22 минуты. , звезды в самом центре креста созвездия Лебедя.

Лебедь Х-3 был открыт в 1967 году, после появления гамма-астрономии. В период аномальных сигналов 80-х годов астрономы ошибочно полагали, что это двойная рентгеновская звезда с небольшой массой. Однако появление в 90-е годы инфракрасной спектроскопии (измерительный метод получения инфракрасного спектра) заставило астрофизиков перевести Лебедь Х-3 в другой класс, отнеся этот источник к двойной звезде с большой массой, состоящей из двух отдельных звезд. Одна из них, получившая название «звезды Вольфа-Райе», действительно оказалась массивной звездой в десятки раз больше Солнца. Ее внешняя оболочка, состоящая из водорода, периодически захватывалась мощным гравитационным полем второй звезды, компактного объекта с большой массой, расположенного на расстоянии меньшем, чем диаметр первой звезды. Этот процесс аккреции (то есть заимствования) приводил к повышению температуры газа на миллионы градусов, результатом которого было мощное рентгеновское излучение, которое без труда регистрировалось на Земле.

Крошечный, по сравнению с первой звездой, второй компонент источника Лебедь Х-3 представляет собой сколлапсировавшее ядро звезды (его называют «коллапсар»), превратившееся либо в нейтронную звезду (плотную массу нейтронов с диаметром не более 15–20 километров), или в черную дыру. Звездную систему Лебедь Х-3 можно представить в виде легкого спортивного мяча (звезда Вольфа-Райе), соединенного изогнутой полосой светящегося газа с ярко светящейся тарелкой фрисби (диск из захваченного газа с нейтронной звездой или черной дырой в центре), которая вращается вокруг мяча с периодом 4,8 часа. Это крайне необычное явление.

Еще сложнее оказалось выяснить природу космических лучей источника Лебедь Х-3, которые получили название cygnets, что значит «дети Лебедя» — это выражение было использовано в 80-х годах по меньшей мере одним из авторов научно-популярной литературы {731} 731 См. Cramer, ‘Children of the Swan’, Analog (March 1986), доступно на сайте www.npl.washington.edu/AV/altvwl2. html . Дело в том, что они исходили непосредственно от источника Лебедь Х-3 и не отклонялись под воздействием магнитного поля галактики {732} 732 Dar et al, стр. 303; Kolb, стр. 429; Ruddick, стр. 531. , а значит, состояли из нейтральных частиц {733} 733 Dar et al, стр. 303; Kolb, стр. 429; Ruddick, стр. 531. , которые, подобно нейтрино, не имели заряда и поэтому не взаимодействовали с магнитным полем. И поскольку на своем пути они не взаимодействовали с небольшим количеством водорода, рассеянным в пустоте космоса, эти частицы должны были обладать практически нулевой массой покоя {734} 734 Kolb, стр. 429. .