Эндррю Коллинз - Мистерия созвездия Лебедя

Еще интереснее оказался метод, при помощи которого регистрировались «дети Лебедя» в подземных экспериментах. Обычно первичные частицы, или нуклоны высоких энергий, от одного из галактических или внегалактических источников распадались при столкновении с ядрами атомов в верхних слоях атмосферы Земли. В результате от ядра атома отделялись электроны и протоны, что приводило к распаду первичной частицы и появлению короткоживущих вторичных частиц, в том числе так называемых мезонов или мюонов. Они низвергались на Землю в виде космических ливней, именно их распад стремились зарегистрировать наземные устройства, разбросанные по всему миру. Глубин земли достигала лишь малая часть мезонов или мюонов, и поэтому глубоко под землей ускорители частиц не испытывают влияния космического излучения.

Отличие «детей Лебедя» состоит не только в том, что они генерируют феноменальное количество мюонов в верхних слоях атмосферы, которые способны пробиваться сквозь толщу земли к детекторам частиц, что было отмечено в эксперименте в Лос-Аламосе по изучению источника Геркулес Х-1, но и в том, что некоторое количество первичных частиц непосредственно от источника Лебедь Х-3 проникали через плотную скалу на глубину «нескольких сотен метров» {745} 745 Kolb, стр. 429. , прежде чем сталкивались с атомными ядрами, порождая вторичные частицы. Факт рождения мюонов глубоко под землей подтверждал угол их распространения, ранее не регистрировавшийся детекторами распада нуклонов {746} 746 Там же; Ruddick, стр. 532. . Это было невероятное открытие, поскольку, как отмечалось выше, единственными космическими частицами, регистрируемыми на такой глубине, были нейтрино либо со сверхновой звезды, либо с Солнца, пронизывавшие Землю, не вступая во взаимодействие с материей. До сих пор не было выявлено ни одного космического объекта, испускавшего такие экзотические частицы, как источник Лебедь Х-3, что делало их уникальными с точки зрения физики.

В дополнение к этим загадкам я обнаружил сообщения о по меньшей мере двух других подземных экспериментах, зарегистрировавших аномальное космическое излучение от источника Лебедь Х-3 в период с 1986 по 1994 год. Один из них проводился на японском детекторе космических ливней в Охиа, расположенном в подземном туннеле на глубине 33 метров {747} 747 Muraki et al, ‘Search for Ultra High Energy Photons from Cygnus X-3’, Proceedings of 2nd Int. Conf, on Grational Microvensis Surveys at Paris, 1995, стр. 426–429. , а второй на детекторе в Готарде, защищенном 1460-метровой толщей скалы в пещере неподалеку от туннеля Сен-Готард в Швейцарских Альпах {748} 748 Czapek, Hahn, Krebs and Muller, ‘Measurement of the muon flux in the Gotthard underground laboratory’, JPGNPP 16:7 (July 1990), стр. 1101–1108. . Кроме того, эксперимент «Soudan II», разработанный как продолжение эксперимента «Soudan I», выявил уже знакомый всплеск активности мюонов, совпадавший со вспышками радиоизлучения от источника Лебедь Х-3, сначала в январе 1991 года {749} 749 Thomson et al, ‘The Observation of Underground Muons from the Direction of Cygnus X-3 During the January 1991 Radio Flare’, PRL В 269 (1991), стр. 220. , а затем в апреле 2000 года {750} 750 Marshak, ‘Underground Muons Observed during the April 2000 Flare of Cygnus X-3’, ICHEP 2000, выдержки доступны на сайте ichep2000.hep.sci.osaka-u.ac.jp/abs_PA-1 l.html . В 1999 году был опубликован отчет о «Soudan II», где указывалось, что на протяжении первых десяти лет работы установки, с 1989 по 1999 год, исследователи регулярно регистрировали космические частицы из источника Лебедь Х-3, которые они рассматривали как «либо необычное взаимодействие известных первичных частиц, либо необычные первичные частицы, либо очень мощные потоки нейтронов или позитронов» {751} 751 Allison et al, ‘Cygnus X-3 revisited: 10 years of muon and radio observations’, Proceedings of the 26th International Cosmic Ray Conference (ICRC 99), Salt Lake City, Utah, 17–25 Aug 1999. .

Тем не менее даже ученые, принимавшие участие в эксперименте «Soudan II», признавали, что интерес к этой проблеме практически пропал. За последние пять лет не было опубликовано ни одного отчета по этой теме, а исследования источника Лебедь Х-3 вновь вернулись к регистрации рентгеновского, гамма- и радиоизлучения. Но затем вдруг все изменилось.

В 1997 году Майк Маккаллах из центра космических полетов Маршалла, принадлежащего НАСА, составил подробную карту излучения источника Лебедь Х-3, использовав для этого систему VLBA, которая представляла собой «радиоинтерферометр размером с континент», когда несколько телескопов направлялись на один объект и их сигналы объединялись для получения более достоверного результата. В данном случае VLBA состоял из десяти антенн радиотелескопов с диаметром отражателя 25 метров, распределенных на территории от Мауна Кеа на Большом острове Гавайев до Сен-Крокс на принадлежащих США Виргинских островах, отделенных друг от друга расстоянием в 8000 километров.

Полученная картина чрезвычайно заинтересовала Мак-каллаха — он обнаружил односторонний выброс частиц длиной около 50 миллисекунд угловой дуги (в них измеряется параллакс, видимое смещение объекта относительно неподвижного фона из-за изменения положения наблюдателя) из нейтронной звезды (черной дыры) источника Лебедь Х-3, которая захватывает облако газа от своей соседки по двойной системе. Эти «релятивистские выбросы» уже были известны астрофизикам (см. фото 30). На самом деле это узкие лучи плазмы, или ионизированного газа, и потоки частиц, вырабатываемые черными дырами и нейтронными звездами, которые захватывают газ.

Эти потоки частиц, которые считаются одними из самых разрушительных явлений во Вселенной, способны сохранять свою трубчатую или коническую форму на протяжении многих световых лет благодаря сильной магнитной оболочке. Они похожи на гигантские прожектора, уничтожающие все на своем пути, в результате чего возникает мощное радиоизлучение. Их также можно сравнить с космическими пушками, стреляющими зарядами из частиц, которые могут пересекать целые галактики, сохраняя скорость, силу и импульс практически бесконечно. Движение их останавливается лишь под влиянием галактического магнитного поля или в результате разрушения постоянными столкновениями с небольшим количеством водорода, рассеянного в пустоте космоса.

В этом открытии радиоастронома не было ничего особенного. Однако два дня спустя релятивистский выброс источника Лебедь Х-3 увеличился до 120 миллисекунд (то есть до поистине гигантских размеров), а затем исчез. Теперь Маккаллах и его коллеги были действительно взволнованы — они наблюдали одно из самых удивительных явлений, которые были зарегистрированы современной астрономией. В официальном пресс-релизе НАСА, вышедшем в феврале 2000 года, Маккаллах объявил о том, что источник Лебедь Х-3 является микроблазаром, поскольку «мы смотрели прямо на выброс» 29— другими словами, поток частиц был направлен непосредственно на Землю.