Уолтер Левин - Глазами физика. От края радуги к границе времени

В апреле 1963 года группа Герберта Фридмана из Военно-морской научно-исследовательской лаборатории в Вашингтоне существенно уточнила местоположение источника. Ученые определили, что он находится в созвездии Скорпион, поэтому его назвали Sco X-1 (от названия Scorpio): х означает рентгеновские лучи, а цифра 1 указывает на то, что это первый источник рентгеновского излучения, обнаруженный в созвездии Скорпион. Кстати, любопытный, хоть и крайне редко упоминающийся факт: Sco X-1 расположен почти в 25 градусах от центра окна ошибки, которое Джаккони и другие ученые указали в отчете, ознаменовавшем рождение рентгеновской астрономии. Когда астрономы обнаружили новые источники в созвездии Лебедь (Cygnus), те получили имена Cygnus X-1 (сокращенно Cyg X-1), Cygnus X-2 (Cyg X-2) и т. д.; первый источник, выявленный в созвездии Геркулес (Hercules), назвали Her X-1; в созвездии Центавр (Centaurus) – Cen X-1. За следующие три года с помощью ракет было найдено с десяток новых источников, но за одним важным исключением, а именно Tau Х-1, расположенным в созвездии Телец (Taurus), никто не имел ни малейшего представления, что они собой представляют или как испускают рентгеновское излучение в таких огромных количествах, что мы смогли обнаружить его на расстоянии в тысячи световых лет.

Исключением же был один из самых необычных объектов в небе – Крабовидная туманность. Если вам кажется, что вы ничего о ней не слышали, не поленитесь найти ее в интернете и посмотрите, как она выглядит – подозреваю, что вы ее сразу узнаете. В Интернете полно ее впечатляющих фотографий. Это действительно замечательный объект, находящийся на расстоянии около 6 000 световых лет от Земли, – потрясающие остатки вспышки сверхновой в 1054 году, записи о которой нам оставили древнекитайские астрономы (кстати, вполне возможно, упоминание о ней содержится и в пиктограммах коренных американцев). В результате этой вспышки на небе в созвездии Телец вдруг практически ниоткуда появилась сверхъяркая звезда. (Есть разные мнения насчет точной даты этого события, но многие астрономы утверждают, что это случилось 4 июля.) В том месяце это был самый яркий после Луны объект в небе, и на протяжении нескольких недель он был виден даже днем и еще два года оставался видимым по ночам.

После того как он поблек, ученые, судя по всему, забыли о его существовании вплоть до XVIII века, когда его независимо друг от друга обнаружили сразу два астронома, Джон Бивис и Шарль Мессье. К этому времени остатки вспышки сверхновой (астрономы называют их остатками сверхновой) превратились в небулярный (облакоподобный) объект. Позже Мессье составил важный астрономический каталог небесных тел, таких как кометы, туманности и звездные скопления, и Крабовидная туманность стала его первым пунктом, M-1. А в 1939 году Николас Мэйолл из Ликской обсерватории (в Северной Калифорнии) определил, что М-1 является остатком вспышки сверхновой в 1054 году. Сегодня, через тысячу лет после взрыва, в Крабовидной туманности продолжают происходить настолько потрясающие вещи, что некоторые астрономы посвящают ее изучению всю свою карьеру.

Группа Херба Фридмана определила, что 7 июля 1964 года Луна будет проходить прямо перед Крабовидной туманностью и перекроет ее в поле зрения. Астрономы используют для обозначения такого блокирования термин «покрытие» – Луна попросту заслоняет Крабовидную туманность. Фридман не только хотел подтвердить, что Крабовидная туманность действительно источник рентгеновского излучения, но и надеялся продемонстрировать кое-что еще – нечто куда более важное.

Дело в том, что к 1964 году среди астрономов возродился интерес к объектам звездной природы, существование которых было впервые постулировано в 1930-х, но пока никем не подтверждено, – к нейтронным звездам. Высказывалось предположение, что эти странные объекты, которые мы обсудим подробнее в главе 12, представляют собой один из заключительных этапов жизни звезды; возможно, они рождаются во время взрыва сверхновой и состоят в основном из нейтронов. Если они на самом деле существуют, то их плотность настолько велика, что нейтронная звезда с массой нашего Солнца будет иметь радиус всего около 10 километров – можете себе представить? В 1934 году (через два года после открытия нейтронов) Вальтер Бааде и Фриц Цвикки придумали термин «сверхновая» и предположили, что нейтронные звезды могут формироваться в результате вспышки сверхновой. Так вот, Фридман считал, что источником рентгеновского излучения в Крабовидной туманности может быть только такая нейтронная звезда. И если астроном был прав, то наблюдаемое им рентгеновское излучение должно было внезапно исчезнуть, когда перед ним будет проходить Луна.

Ученый решил запустить серию ракет, одну за другой, как раз в тот момент, когда Луна будет проходить перед Крабовидной туманностью. Поскольку точное положение Луны по мере ее передвижения по небу было уже известно, астрономы могли направить датчики точно в нужном направлении и наблюдать за ослаблением рентгеновского излучения по мере исчезновения Крабовидной туманности. Их детекторы действительно зарегистрировали ослабление, и это наблюдение стало первым убедительным оптическим опознаванием источника рентгеновского излучения (то есть его отождествлением с оптически наблюдаемым объектом). Это было чрезвычайно важное достижение, так как первая оптическая идентификация вселила в астрономов оптимизм, и они начали верить, что скоро найдут механизм, лежащий в основе этих загадочных и мощных рентгеновских источников.

Но сам Фридман был разочарован. Вместо того чтобы резко «отключиться», когда Луна проходила над Крабовидной туманностью, рентгеновские лучи исчезали постепенно, а значит, их излучала туманность в целом, а не какой-то единичный малый объект. Получалось, что ему не удалось найти нейтронную звезду. А между тем весьма особая нейтронная звезда в Крабовидной туманности есть, и она действительно испускает рентгеновские лучи. Эта нейтронная звезда вращается вокруг своей оси около тридцати раз за одну секунду! Если хотите получить истинное удовольствие, зайдите на сайт Космической рентгеновской обсерватории Чандра ( http://chandra.harvard.edu/) и найдите фотографии Крабовидной туманности. Обещаю, они в самом деле потрясающие. Но сорок пять лет назад у нас не было космических рентгеновских телескопов и приходилось быть более изобретательными. (После открытия Джоселин Белл в 1967 году радиопульсаров, то есть пульсаров, излучающих в радиодиапазоне, в 1968 году группа Фридмана наконец обнаружила рентгеновские пульсации – около тридцати в секунду – нейтронной звезды в Крабовидной туманности.)

Пока Фридман наблюдал покрытие Крабовидной туманности, в Техасе мой (тогда еще будущий) друг и коллега по МТИ Джордж Кларк готовился к ночному полету на высотном аэростате, чтобы найти высокоэнергетическое рентгеновское излучение от Sco X-1. Но когда Джордж услышал о результатах Фридмана – даже без интернета новости тогда распространялись довольно быстро, – он полностью изменил свои планы и переключился на дневной полет, решив найти рентгеновские лучи, исходящие из Крабовидной туманности и превышающие 15 кэВ. И он их нашел!