TheEye

На наших глазах происходит настоя­щая революция в астрономии. Вместо единственного «окна», через которое раньше астрономы наблюдали вселен­ную, одно за другим «прорубаются» новые — вслед за радиодиапазоном пришел черед ультрафиолетовых, ин­фракрасных, рентгеновских лучей, на­чинает формироваться гамма-астро­номия.

Благодаря появлению ракет и спут­ников ученые могут сейчас наблюдать и изучать вселенную с помощью волн всех диапазонов…

В любом электромагнитном излуче­нии зашифрована информация о про­цессе, в котором она рождалась. Гамма-лучи в семействе электромаг­нитных излучений обладают наимень­
шей длиной волны. А, как известно, чем меньше длина волны, тем выше энергия квантов излучения: гамма-лу­чи — самая   высокоэнергетическая часть электромагнитного излучения. Значит,  они  «содержат»  информацию о процессах, в которых выделяется громадная энергия. Такие процессы во вселенной чрезвычайно интересуют астрономов и астрофизиков. Этот ин­терес особенно возрос после того, как были обнаружены гигантские взрывы целых галактик. Гамма-лучи могут принести новую информацию и о дав­но известных взрывах отдельных звезд — вспышках «сверхновых».

Гамма-излучение может, например, порождаться сильно возбужденными ядрами атомов звездного вещества. Переходя в нормальное состояние, яд­ра будут высвечивать гамма-кванты. Исследуя их, мы можем прочесть но­вые, неизвестные нам страницы био­графии звезд.

Гамма-излучение может рождаться, когда электроны с высокой энергией искривляют свою траекторию в силь­ных магнитных полях. При этом возни­кают еще и радиоволны, а также рентгеновские лучи. Мощность этого излу­чения, именуемого синхротронным, зависит от количества электронов и от напряженности магнитного поля. Зна­чит, измеряя интенсивность гамма-из­лучения (а также радиоволн и рентге­новского излучения), можно опреде­лять концентрацию электронов и, глав­ное, магнитные поля во вселенной. Здесь исследование гамма-излучения может играть как бы роль дополни­тельного уравнения, с помощью кото­рого находится  неизвестное.

Правда, такие гамма-лучи возника­ют, когда имеются либо очень силь­ные магнитные поля, либо электроны громадной энергии. Оказалось, что и то и другое можно найти вблизи пуль­саров — вращающихся намагниченных нейтронных звезд.

Сравнительно недавно появилось со­общение, что пульсар, находящийся в знаменитой Крабовидной туманности (его радиосветовое и рентгеновское излучение уже было исследовано), ис­пускает также жесткие гамма-лучи с энергией больше двухсот пятидесяти миллиардов   электрон-вольт.   На   Зем ле даже с помощью самых мощных со­временных ускорителей получить гам­ма-лучи такой энергии еще не удава­лось. Гамма-лучи пульсара в Крабо-видной туманности, вероятно, имеют как раз синхротронную природу или порождаются родственным механиз­мом — излучением электронов высо­кой энергии в переменном электро­магнитном поле.

Существуют и другие, помимо упо­мянутых, механизмы гамма-излучения. Какие из них особенно важны и инте­ресны? Ответ на этот вопрос можно дать, лишь подходя к проблеме с ка­ких-то определенных позиций. Как правило, новое научное направление особенно жизнеспособно в том слу­чае, если оно в чем-то дополняет су­ществующие методы и открывает ка­кие-то уникальные возможности иссле­дования.

Гамма-астрономия вполне отвечает этому требованию. Уже сейчас видны задачи, для решения которых гамма-лучи являются практически единствен­ным инструментом исследования. В частности, так обстоит дело с изуче­нием космических лучей (протонов и ядер высокой энергии) вдали от Земли и даже в других галактиках. А ведь, как сейчас известно, энергия, заклю­ченная в космических лучах, огромна и, естественно, играет во вселенной большую роль, уступая, да и то далеко не везде и не всегда, лишь силам все­мирного тяготения.

Космические лучи «сообщают» нам сведения о себе, порождая гамма-из­лучения. Происходит это таким обра­зом. Входящие в состав космических лучей протоны и ядра соударяются с атомными ядрами в межзвездной и межгалактической среде. В результате рождаются нестабильные частицы, ко­торые очень быстро распадаются на гамма-кванты. Эти кванты можно ре­гистрировать на Земле. Точнее, за пре­делами земной атмосферы, так как толща воздуха не пропускает их к по­верхности   планеты.   И   именно   иссле дование таких гамма-квантов, возни­кающих при ядерных соударениях, в сущности, единственный способ из­учения взаимодействий космических лучей, происходящих на громадных расстояниях от нашей планеты.

Гамма-астрономия позволяет в прин­ципе измерить поток космических лу­чей в любом месте вселенной, будь то центр нашей Галактики или межгалак­тическая среда. Благодаря этому, как можно надеяться, будет решена в кон­це концов довольно-таки древняя — примерно шестидесятилетнего возра­ста — проблема происхождения кос­мических лучей, приходящих к Земле. Сейчас все еще конкурируют две ги­потезы: галактическая и метагалакти-ческая. Сторонники первой утвержда­ют, что падающие на Землю космиче­ские лучи образуются в нашей Галак­тике, скажем, в результате вспышек сверхновых звезд. С точки зрения вто­рой гипотезы, космические лучи рож­даются в метагалактике, то есть во всей известной нам вселенной и, в частности, в таких объектах, как ра­диогалактики и квазары, а затем «вте­кают» и в нашу Галактику.

На мой взгляд, галактическая гипо­теза гораздо более вероятна, чем ме-тагалактическая. Однако сделать уве­ренный выбор между ними еще нель­зя именно потому, что мы не знаем, каков поток космических лучей в меж­галактическом пространстве. Во всех метагалактических моделях происхож­дение космических лучей предпола­гается, что их поток вблизи Галактики и между ближайшими к нам галакти­ками должен быть примерно таким же, как у Земли. В галактических же мо­делях этот поток в межгалактическом пространстве очень мал. Значит, «пробным камнем» должно стать измерение потока космических лу­чей за пределами Галактики. И гам­ма-астрономия позволяет это сде­лать.

По-видимому, участники экспедиции Магеллана    первыми    из    европейцев обратили внимание на две малень­кие близкие туманности южного неба. Оказалось, что это ближайшие к нам небольшие галактики. Их назвали Магеллановыми облаками. Эти две соседки нашей гигантской звезд­ной системы могут теперь стать «судьей» в затянувшемся турнире ги­потез.

Метагалактическая гипотеза позво­ляет подсчитать, какой поток гамма-квантов должен был бы идти от каж­дой из этих галактик. Остается «самое простое» — измерить этот по­ток экспериментально, сравнить его с расчетной величиной, и тогда уже можно выносить приговор гипо­тезам.

К сожалению, эксперимент этот до­статочно сложен. Мало того, что его нужно проводить в космосе, необхо­димо регистрировать очень слабые потоки, в сотни раз слабее тех, кото­рые пока удалось измерить. Но в принципе задача эта вполне разре­шима.

Я думаю, что все же в первую оче­редь будет подробно исследовано гам­ма-излучение, идущее не от Магелла­новых облаков, а от центра нашей Галактики. Гамма-излучение от центра Галактики уже наблюдалось на воз­душных шарах и спутниках. Но полу­ченные сведения противоречивы. Если в дальнейших экспериментах будет точно установлено, что из централь­ных областей нашей Галактики идет мощный поток гамма-излучений, это с очень большой степенью вероятно­сти будет свидетельствовать о том, что там же находится и мощный источник космических лучей. В последнее вре­мя как раз появились веские указания на то, что десять миллионов лет назад в центре нашей Галактики произошел гигантский взрыв, после которого остались активное ядро и, возмож­но, мощные потоки космических лу­чей.

Казалось бы, чего проще проверить, идут  ли эти   потоки  от  центра  Галак тики или нет? Но, увы, межгалактиче­ские магнитные поля так искривляют траектории заряженных частиц — кос­мических лучей, что они «забывают» о своем первоначальном направлении и приходят к Земле равномерно со всех сторон. Незаряженные гамма-лу­чи лишены этого недостатка — они идут прямо из места рождения, «не плутая» по дороге. И это обстоятель­ство поможет нам приоткрыть за­весу загадок над центром нашей Га­лактики.

Гамма-астрономия — это, по суще­ству, новый оригинальный способ уви­деть вселенную, причем с такой сто­роны, с которой другим способом на нее не посмотришь. А это верный за­лог того, что мы на таком пути уви­дим много интересного и важного для развития науки.

Популярность: 8%