ОКНО ВО ВСЕЛЕННУЮ (Статья 75 года)
| автор: admin | 9 апреля2009 | рубрика: Мой алкоголизм | нет комментариев
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: 18%