Вера Черногорова - Загадки микромира

Энергия теплового излучения горячих звезд столь велика, что в ее глубине постоянно возникают пары легких частиц — электронов и позитронов. Сталкиваясь, они аннигилируют, и опять возникают фотоны теплового излучения. Кажется, что эта игра, в которой фотоны и электрон-позитронные пары, как мяч, перебрасывают друг другу энергию, может продолжаться бесконечно долго. Но нет. Как только температура звезды достигает сотен миллионов градусов, в ее жизни наступает перелом. Некоторые электрон-позитронные пáры превращаются уже не в фотоны, как раньше, а в пáру нейтрино — антинейтрино, которые покидают звезду. Нарушая правила игры, нейтрино уносят с собой полученную от электронно-позитронных пар энергию. Никакими способами возвратить ее обратно звезда не может. Энергия эта потеряна навсегда.

Чем выше температура звезды, тем больше нейтрино она испускает. Нейтрино играют роль окна, распахнутого на улицу из жарко натопленной комнаты. А каждый знает, чтобы при открытом окне комната не остыла, в печь надо подкладывать все больше дров. Звезда все интенсивнее расходует свое термоядерное топливо.

Ученые предполагают, что в последние столетия своей жизни звезды в основном теряют энергию не в виде света, а в виде нейтрино. Наступает момент, когда энергетические запасы звезды оказываются «расхищенными», и ей уже нечем восполнить эту убыль: горючее звезды — водород — полностью «выгорело».

Но звезда не остывает. Она расходует гравитационную энергию своей массы. Начинается катастрофически быстрое сжатие звезды — коллапс. В течение сотых долей секунды она выбрасывает огромное количество нейтрино. Значительно больше, чем их было выброшено за всю ее жизнь. Иногда во время коллапса от звезды отделяется небольшая часть ее вещества, которая с громадной скоростью расширяется. Тогда-то астрономы и наблюдают вспышку сверхновой — свечение этого облака. Вместе с тем есть звезды, которые коллапсируют «спокойно», обходясь без «фейерверка».

Если ученые сумеют обнаружить нейтринные вспышки от коллапсирующих звезд, то мы узнаем, что происходит с ними в тот момент, когда они кончают свое развитие.

Нейтринную волну от сверхновой, если она вспыхнет в центре нашей Галактики, можно зарегистрировать в счетчике, содержащем сотни тонн жидкости. Достаточно несколько таких счетчиков расположить в разных местах земного шара, и по последовательности зарегистрированных ими нейтринных сигналов станет ясно, откуда пришла нейтринная волна.

Вспышка сверхновой в нашей Галактике — довольно редкое явление: примерно одна вспышка за 300 лет. Но есть еще «тихие» коллапсы, и если предположение об их существовании верно, то нейтринное цунами должно обрушиваться на Землю почти раз в месяц!

А что произойдет, если направленный поток звездных нейтрино, несущихся со скоростью света, встретит какое-нибудь космическое тело? Масса покоя нейтрино равна нулю. Но, двигаясь со скоростью света, она приобретает инерционную массу, а вместе с ней и чувствительность к воздействию гравитационного поля.

Параллельный пучок света, падающий на оптическую линзу, фокусируется в некоторой точке. Точно так же гравитационное поле случайно встреченного космического тела сфокусирует нейтринный поток. Место, где появится нейтринное «изображение» звезды, зависит только от радиуса и плотности космического тела.

Солнце тоже может играть роль гравитационной линзы. Оно сфокусирует нейтринное изображение звезды на расстоянии ста миллиардов километров от своего центра, то есть на расстоянии в двадцать раз больше радиуса орбиты самой удаленной планеты солнечной системы — Плутона.

Линза-Земля, обращаясь вокруг Солнца, так же непрерывно фокусирует солнечные нейтрино. Нейтринное изображение Солнца вслед за движением Земли перемещается в пространстве на расстоянии в тысячу миллиардов километров от ее центра. Остается поставить там «пленку» и получить изображение звезды, увиденной «глазами» нейтрино.

К сожалению, пленки для такого космического «фотоаппарата» не существует, да и самого аппарата тоже. Но советский ученый И. Лапидес предполагает, что, используя фокусирующие свойства массивных космических тел, можно было бы «построить» нейтринный телескоп для поисков источников нейтринного излучения. Например, так.

Большой космический корабль, на борту которого установлен хорошо защищенный от космических лучей нейтринный детектор, выведен на околосолнечную орбиту с радиусом, равным нейтринному фокусному расстоянию Солнца. При перемещении корабля по поверхности сферы такого радиуса его приборы будут прощупывать участки пространства, расположенные за Солнцем. Как только на линии, соединяющей космический корабль с центром Солнца, окажется звезда, испускающая нейтрино, детектор зарегистрирует резкое увеличение потока этих частиц.

Для такой цели подошел бы космический корабль, движимый взрывами водородных бомб, в проектировании которого участвовал Ф. Дайсон. Он считает, что корабль грузоподъемностью в десятки и сотни тысяч тонн — а именно такому под силу поднять нейтринный счетчик с защитой — можно построить уже сегодня, при современном уровне науки и техники. Однако стоимость корабля еще столь велика, что его постройка пока недоступна даже самым развитым странам.

Мы не знаем, что происходит на Солнце в этот миг. Только через восемь минут световые лучи, или солнечные нейтрино, сообщат, что Солнце работает нормально.

Последний сигнал от коллапсирующей где-то на краю Галактики звезды дойдет до нас через много тысяч лет мощным всплеском нейтринной волны или «судорогой» гравитационного поля. Как ни долог путь этих вестников далеких событий, голос уже знакомой нам вселенной мы узнаем.

А какой она была миллиарды лет назад? Вот «вопрос вопросов» космологии, которая, по словам академика В. Гинзбурга, «принадлежит к числу тех очень немногих научных направлений (другим таким направлением является физика элементарных частиц), где мы сталкиваемся с глубочайшими принципиальными вопросами. Здесь проходит граница между светом знания и абсолютной темнотой неведомого».

В 1929 году Э. Хаббл обнаружил, что галактики разбегаются во все стороны с постоянной скоростью, как осколки взорвавшейся бомбы. Если мысленно прокрутить назад с такой же скоростью пленку вымышленного фильма, фиксирующего это явление, то окажется, что возраст вселенной от того момента, когда ее плотность была бесконечно велика, до современного состояния весьма почтенный — около 10 миллиардов лет. Но как складывалась «история» вселенной?