Павел Власов - Беседы о рентгеновских лучах (второе издание)

«Пожалуй, наиболее впечатляющими достижениями внеатмосферной астрономии были выдающиеся успехи рентгеновской астрономии», — считает член-корреспондент Академии наук СССР И. Шкловский. «Наиболее впечатляющими…» …Не сказалась ли тут естественная пристрастность астрофизика к милой его сердцу науке? Судите сами.

Если бы наши глаза каким-то волшебством обрели вдруг способность воспринимать рентгеновские лучи (и только их), то, очутившись за пределами атмосферы, скажем, на борту космического корабля, мы увидели бы поразительную картину. Большинство знакомых нам светил померкло или погасло вообще. Зато многие засияли бы ослепительнее Солнца. А некоторые мигали бы, притом по непонятной на первый взгляд причине (известно, что обычные звезды мерцают только для наземного наблюдателя: тот ведь смотрит на них через «дрожащую» воздушную кисею).

Внимательный наблюдатель заметил бы, что иные из них меняют свою яркость строго периодически, с точностью часового механизма. Например, Геркулес Х-1 — раз в 1,2378 секунды, Центавр Х-3 — раз в 4,84239 секунды… Откуда такая пунктуальность?

Можно подумать, будто нам сигнализируют таинственные «зеленые человечки», как полушутливо называют гипотетических представителей внеземных цивилизаций. Надо сказать, всполошились не только фантасты, когда были открыты пульсары — невидимые в обычный телескоп небесные «маяки», которые регулярно, нередко с удивительной правильностью через равные промежутки времени изменяют интенсивность своего излучения, радиоволнового или рентгеновского. Сердце екнуло даже у здравомыслящих ученых, подвергающих сомнению само существование инопланетного разума.

А что, если бы мы отправились к такому пульсару посмотреть вблизи, как действует естественный «хронометр»? «Если бы астронавт, скорее безрассудный, чем храбрый, отважился приблизиться к нейтронной звезде настолько, чтобы ее видимые размеры сравнялись с лунными на земных небесах, он был бы убит частицами высоких энергий, испепелен рентгеновскими лучами, разорван в клочья силами притяжения», — рисует воображаемую трагедию один из докладов, подготовленных Национальной академией наук США.

Спрашивается: при чем тут нейтронная звезда ? Как полагают, именно она виновница смертоносного рентгеновского излучения, которое испускает Геркулес Х-1 или Центавр Х-3. Правда, действует она не в одиночку, а вдвоем с напарником, подобным нашему Солнцу, только в несколько раз более крупным. Будучи сравнительно с ним карлицей, но зато сверхплотной и весьма массивной, она непрестанно перетягивает на себя вещество своего компаньона — раскаленного газообразного шара. На нее беспрерывно переливается целая река плазмы, притом с колоссальной скоростью (100 тысяч километров в секунду). При столь стремительном падении огненной Ниагары выделяется огромное количество лучистой энергии. Преимущественно в рентгеновском диапазоне.

Что касается мигания, то его объясняют, конечно же, не вмешательством неких «зеленых человечков», включающих-выключающих космический сверхфонарь, а просто-напросто вращением нейтронной звезды вокруг своей оси. Очень быстрым: у Геркулеса Х-1 — с периодом в 1,24 секунды, у Центавра Х-3 — 4,84 секунды. При каждом таком пируэте в том же темпе поворачивается и поток рентгеновской радиации, ибо источник ее испускает не равномерно во все стороны, а направленно, узким коническим пучком. Точь-в-точь как земной маяк с вращающимся прожектором.

Надо сказать, на эти быстрые пульсации интенсивности наложены медленные, плавно изменяющие ее за 1,7 суток у Геркулеса Х-1 и за 2,1 дня у Центавра Х-3. (Поясняющая аналогия: если гитару дернуть за струну и начать потом покачивать за гриф, то наряду с обычными звуковыми колебаниями, имеющими высокую частоту, мы услышим и наложенные на них дополнительные вибрации.) Этот эффект вызван тем, что двойная система вращается около общей промежуточной точки — центра обеих масс, причем источник незримой радиации периодически заслоняется от нас видимым светилом, как Солнце Луной во время затмения.

Читатель уже обратил внимание: рентгеновская звезда кружится, словно волчок, необычайно быстро. Почему же она не разрывается на куски чудовищными центробежными силами? Именно потому, что она нейтронная, необычайно плотная и сравнительно небольшая (10–20 километров в поперечнике).

За этим понятием — гордость теоретической мысли XX века. Нейтронные звезды были открыты сперва в кабинете, «на кончике пера», причем физиком, не астрономом. А уж потом, треть столетия спустя, — в небо, притом астрономией невидимого.

Возможность их существования первым предвосхитил советский физик Л. Ландау, впоследствии академик, лауреат Ленинской и Нобелевской премий. Свою идею он высказал сразу же после того, как был открыт нейтрон (1932 г.). Вслед за физикой, в 1934 году, сказала свое слово и астрономия: они могут возникать при вспышках сверхновых (о них речь впереди), — эту гипотезу выдвинули американские астрономы У. Бааде и Ф. Цвикки.

Что мы знаем о нейтронных звездах сегодня? Они образуются из обычных, когда у тех постепенно выгорает термоядерное топливо и нарушается равновесие между противоборствующими стихиями тепла и тяготения. Гравитационное сжатие, еще недавно сбалансированное термическим расширением, одолевает сопротивление конкурирующих сил, распирающих изнутри гигантскую, больше нашего Солнца, звезду.

И вот результат — коллапс (от латинского «падать»). За несколько секунд газообразный огненный шар превращается в твердое тело, поперечник которого примерно в 100 тысяч раз меньше первоначального. Катастрофа сопровождается вспышкой, при которой сбрасывается часть массы, в основном из поверхностных слоев. Но то, что остается, стремительно упаковывается в ничтожную долю прежнего объема. Плотность возрастает в миллиарды миллиардов раз.

Трудно представить подобные метаморфозы, тем более что они протекают мгновенно. Атомы стискиваются так, что не остается пустот между ядрами и электронными оболочками. Одни элементарные частицы вдавливаются в другие (скажем, электроны — в протоны с образованием нейтронов). Происходит нейтронизация вещества. Получается сгусток материи с фантастически жесткой корой километровой толщины. Он спрессовав до невообразимой плотности, которая у него может оказаться больше, чем даже у атомного ядра.

Ядро диаметром 20 километров! Вот что такое рентгеновская звезда. Если бы случилось невозможное — наша планета каким-то чудом столь же быстро перешла в такое состояние, ее поперечник в мгновение ока уменьшился бы в 130 тысяч раз, до 100 метров Одна ее чайная ложечка была бы тяжелее миллиарда тонн.