Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Со временем технологии начали приближаться к решению этой задачи. В 1991 г. NASA запустило гамма-обсерваторию им. Комптона (Compton Gamma-Ray Observatory) с детекторами гамма-всплесков на борту. Способность обсерватории Комптона находить положение источников гамма-всплесков по-прежнему была не слишком выдающейся — обсерватория могла лишь определить, что они находятся на участке неба размером с 25-центовую монету [32] Примерно соответствует размеру двухрублевой монеты. — Прим. ред. , если держать ее на вытянутой руке, — но определенно это был прогресс. За все время работы миссии было зарегистрировано свыше 2700 гамма-всплесков. И, даже если направления были неточными, количество наблюдений само по себе было огромным достижением; когда наблюдений накопилось достаточно, начали проявляться закономерности.

Прежде всего, эта большая коллекция всплесков позволила ученым определить, что, насколько можно было судить, существовало два вида всплесков: короткие, обычно длящиеся менее двух секунд; и длинные, которые продолжались более двух секунд. Были даже обнаружены всплески, длящиеся несколько минут. По мере того как число наблюдаемых гамма-всплесков росло, выяснилось, что более короткими, как правило, были всплески более мощного — «жесткого» — гамма-излучения, а более длительными — менее мощного — «мягкого» — гамма-излучения. Несмотря на то что причины явления не были ясны, это был важный ключ к его происхождению.

Однако, возможно, более значимым для решения этой загадки был важный научный результат наблюдений обсерватории Комптона: было обнаружено, что гамма-всплески распределены по всему небу равномерно. На первый взгляд может показаться, что от этого факта мало толку, однако на деле он исключает многие возможные источники их происхождения.

Представьте, что вы стоите в поле и вокруг вас жужжат насекомые. Если вы находитесь в центре поля, то, в какую бы сторону вы ни посмотрели, вы бы предполагали увидеть примерно одинаковое количество насекомых. Но если вы ближе к восточной кромке поля, то увидите гораздо больше насекомых к западу (если смотреть через все поле), чем к востоку (если смотреть в сторону ближайшей кромки поля). Количество насекомых, которых вы видите в определенном направлении, говорит кое-что о вашем положении в рое мошкары (сделаем допущение, что рой относительно хаотичный и равномерный).

Поэтому информация от Комптона о том, что гамма-всплески распределены беспорядочно по всему небу, сразу же говорит нам о важном факте: мы находимся в центре распределения гамма-всплесков в космосе .

Если бы гамма-всплески происходили в нашей Солнечной системе, мы бы ожидали увидеть их больше в одном направлении, чем в другом, потому что в центре Солнечной системы не мы, а Солнце. Мы смещены от центра на сотню миллионов километров, поэтому можно ожидать, что это отразится на распределении гамма-всплесков. Но смещения нет, значит, они приходят не от объектов в нашей Солнечной системе.

Но это также означает, что гамма-всплески приходят не от источников, разбросанных по нашей галактике Млечный Путь. Так как Земля находится на полпути между центром и краем Галактики, гамма-всплески в этом случае наблюдались бы преимущественно со стороны ее центра, если смотреть с Земли. Но это не так, значит, они также не галактического происхождения.

Остается не так уж много вариантов. Возможно, они приходят от звезд, находящихся очень близко к Солнцу, например на расстоянии всего несколько световых лет, но не от далеких звезд, находящихся на расстоянии, скажем, более нескольких сотен световых лет, потому что тогда мы бы видели больше гамма-всплесков по направлению к центру Галактики. Другой вариант — гамма-всплески возникают очень, очень далеко, совсем не в нашей Галактике, а на расстоянии миллионов световых лет от нас.

Все эти варианты также были не вполне удобоваримыми. Звезды не в состоянии производить такие мощные всплески, а если бы всплески возникали действительно очень далеко, испускаемая в виде всплеска энергия должна была быть непомерно высокой.

Тем не менее астрономы делали ставки на оба варианта решения этой проблемы, бешено публикуя свои работы и споря, иногда также бешено, о ней. Они даже организовали знаменитые дебаты на эту тему между двумя заслуженными учеными, занимавшими разные позиции: один защищал идею, что всплески приходят от ближних звезд, второй утверждал, что они приходят с дальних рубежей Вселенной. Но ко времени дебатов дело уже шло к тому, чтобы получить настоящие ответы.

В 1996 г. был запущен совместный голландско-итальянский спутник Beppo-SAX. У него не было специальной цели отслеживать гамма-всплески, но он мог это делать. Что более важно — он был готов совершить революцию: на борту имелись детекторы, которые на самом деле могли довольно хорошо устанавливать направление приходящего к нам из космоса рентгеновского излучения (его, как и направление более мощных собратьев, гамма-лучей, сложно с точностью определить). Кроме того, у аппарата было широкое поле обзора, что повышало шансы на обнаружение всплеска, возникающего на произвольном участке неба, даже если сначала его положение не было хорошо известно.

В феврале 1997 г. прибор контроля Beppo-SAX зарегистрировал длинный гамма-всплеск. По счастливой случайности он также попал в поле обзора детекторов рентгеновского излучения. Выполнили наблюдения, а спустя несколько дней еще раз. Прорыв! Результаты были однозначными — за тот период яркий источник рентгеновского излучения существенно потускнел. Астрономы знали, что это должно было быть затухающее послесвечение от всплеска. И что еще лучше — детекторы рентгеновского излучения смогли достаточно точно определить положение всплеска, который сейчас называют GRB 970228 (гамма-всплеск, наблюдавшийся 28 февраля 1997 г.).

Не прошло и месяца, как космический телескоп «Хаббл» нацелился на точку, в которой наблюдался гамма-всплеск, и прорыв получил дополнительный импульс: было зарегистрировано затухающее свечение в видимом диапазоне спектра, и, похоже, оно находилось прямо у тусклой, далекой галактики. Для простого совпадения это было слишком близко.

Затем, наконец, решающий фактор. В мае того же года циклопический 10-метровый телескоп «Кек» на Гавайях получил спектры [33] Спектр — это то, что вы получаете, когда пропускаете свет через призму или дифракционную решетку с узкими щелями. Свет расщепляется на составляющие цвета, как радуга. Если все очень тщательно измерить, можно получить богатую информацию об источнике света, включая его температуру, химический состав и для некоторых объектов, таких как галактики и гамма-всплески, даже расстояние до них. послесвечения гамма-всплеска. Это позволило астрономам точно определить расстояние до гамма-всплеска GRB 970228, и они с изумлением узнали, что источник находился на поражающем воображение расстоянии в 9 млрд световых лет . Это дальше, чем половина Вселенной!