Рентгеновские лучи и черные дыры.
Мы уже знаем, что если масса нейтронной звезды более чем в 3,2 раза превышает массу Солнца, то ничто не способно удержать коллапс, и ядро сверхновой превращается в черную дыру. Мы уже ознакомились с теоретическими представлениями о черной дыре, которые родились гораздо раньше, чем это можно было бы ожидать. Впрочем, в науке доказательство того, что нечто может существовать, вовсе не означает, что оно действительно рождается в природе. Однако в то время как радиоастрономия доказала существование нейтронных звезд, рентгеновская астрономия обнаружила свидетельства реальности черных дыр.
Рентгеновская астрономия вынуждена проводить измерения за пределами земной атмосферы. Воздух поглощает ультрафиолетовый свет и рентгеновские лучи, приходящие из космического пространства (к счастью для нас, ибо мы не выдержали бы такие дозы облучения). Работа наблюдателей в УФ- и рентгеновском диапазонах трудна и обходится дорого, поскольку их измерительные приборы приходится устанавливать на космических аппаратах. Другим сложным спектральным диапазоном является инфракрасный. И хотя некоторые ограниченные области инфракрасного спектра доступны для наблюдения с Земли — с высоких гор и при сухом климате, в целом инфракрасная астрономия тоже является предметом космической астрономии.
Первый небесный рентгеновский источник был открыт в 1948 году во время полета ракеты, и этим источником было Солнце. Рентгеновское излучение от Солнца ожидали. Внешний слой Солнца — корона — тянется на миллионы километров над его поверхностью (рис. 19.10). Слабое свечение короны видно только во время солнечных затмений, когда Луна закрывает яркую поверхность Солнца. Еще до рентгеновских наблюдений было ясно, что газ в короне очень горячий, его температура составляет миллионы градусов, а такой газ в основном должен излучать в рентгеновском диапазоне (см. врезку 12.2). Этот газ настолько горячий, что его не может удержать даже притяжение Солнца. Поэтому корона расширяется в окружающее пространство, и даже Земля попадает во внешнюю часть солнечной короны.
Хотя Солнце для нас выглядит ярким рентгеновским источником, но на межзвездном расстоянии мы бы его вряд ли заметили. Если бы не существовало более интересных источников, то вся рентгеновская астрономия осталась бы лишь наукой о Солнце. Однако не все звезды похожи на Солнце и не все рентгеновские источники — звезды. В 1963 году группа Герберта Фридмана из Морской лаборатории США обнаружила два новых источника — Скорпион Х-1 и Крабовидную туманность. Источник в Крабе в 1000 раз мощнее Солнца. Его рентгеновские лучи испускаются высокоскоростными электронами, которые постоянно ускоряются пульсаром в центре туманности (такое же происхождение имеет и его радиоизлучение).
Рис. 19.10. Изображение солнечной короны, подученное во время затмения 1999 года.
Гораздо труднее было отождествить Скорпион Х-1 в созвездии Скорпиона. Только когда положение источника рентгеновских лучей определили с точностью 2', была выявлена тусклая голубая звезда, которая могла иметь отношение к рентгеновскому излучению. Звезда оказалась настолько далека от нас, что ее рентгеновское излучение должно быть мощнее солнечного в 10 млрд раз, разумеется, если отождествление проведено верно. Вскоре выяснилось, что эта звезда, а точнее — звездная пара, отождествлена правильно, причем источником рентгеновских лучей служит более слабая (практически невидимая) звезда из этой пары. Она стаскивает газ у более яркой звезды и в своем сильном гравитационном поле нагревает его до температуры в миллионы градусов. Горячий газ вращается вокруг невидимой звезды и излучает в рентгеновском диапазоне. Когда в 1966 году отождествили Скорпион Х-1, единственной идеей о природе невидимой звезды было предположение, что это белый карлик. Но с момента открытия пульсаров более подходящим кандидатом стала нейтронная звезда. Вещество, падающее на поверхность нейтронной звезды, разгоняется до скорости около 80 % скорости света. Это крайне эффективная машина для производства рентгеновских лучей.
До того момента вся информация об источниках рентгеновского излучения добывалась с помощью ракет вертикального полета, длительность пребывания которых вне атмосферы составляет всего несколько минут. Но поскольку результаты оказались интересными, Риккардо Джаккони предложил НАСА создать постоянную рентгеновскую обсерваторию на спутнике, обращающемся вокруг Земли. В 1970 году с космодрома в Кении на околоземную орбиту над экватором был запущен спутник, названный «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода».
За два года «Ухуру» открыл более 150 источников. Одним из наиболее интересных стал рентгеновский источник Лебедь Х-1. Он обращается вокруг звезды в 15 раз более массивной, чем Солнце. Но рентгеновская звезда не демонстрирует регулярных пульсаций, которые могли бы указывать, что это вращающаяся нейтронная звезда. Орбитальное движение этой двойной звезды показывает, что масса рентгеновского источника как минимум в 5, а может быть, и в 10 раз превосходит массу Солнца. Нейтронная звезда не может иметь такую большую массу, поэтому остается единственная возможность — предположить, что рентгеновским источником в Лебеде Х-1 является черная дыра (рис. 19.11). С той поры обнаружены и другие похожие кандидаты в черные дыры. И это еще не всё. В центрах галактик существуют гораздо более массивные черные дыры (см. главу 26). Теперь мы переходим от звезд к галактикам и начнем с нашего Млечного Пути.
Рис. 19.11. Система Лебедь X-1. Потерянный звездой HDE 226868 газ попадает на диск, окружающий черную дыру. Приближаясь к черной дыре, газ нагревается и становится источником рентгеновских лучей.
Глава 20 Тайна Млечного Пути
Темной ясной безлунной ночью вдали от городских огней можно заметить, что небосвод пересекает усыпанная звездами и подернутая дымкой полоса. Она делит небо на две половины, проходя через созвездия Кассиопеи и Персея, далее следует между Орионом и Близнецами. По другую сторону от Кассиопеи на этом небесном пути расположены Лебедь и Орел, а наиболее красивая южная его часть видна в Стрельце. На многих языках эту полосу называют «путем»: например, по-английски Млечный Путь называется Milky Way, что тоже согласуется с греческим названием «galaktos», молоко. На финском языке это Птичий Путь, на шведском — Зимний Путь. Китайцы называют его Серебристая Река, а индейцы-чероки — Путь Убегающей Собаки. В отличие от блуждающих планет. Млечный Путь не меняет своего положения относительно звезд; в этом он похож на созвездия.
Античные идеи.
Астрономы Античности более всего стремились найти закономерности движения Солнца, Луны и планет. Равномерно вращающаяся сфера звезд, включающая Млечный Путь, не вызывала у них большого интереса. Телескоп еще не изобрели, так что, если философы высказывали какие-либо гипотезы о природе звезд, не было способа их проверить.
