Нейтронные звезды - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



Нейтронные звезды

Естественно, встает вопрос, какую часть этого электромагнитного спектра охватывают спектры Солнца и звезд. Несомненно, солнечный спектр не ограничен октавой видимого света — ведь и инфракрасные и ультрафиолетовые лучи были сначала открыты именно в солнечном спектре.
Но продвинуться за концы видимого спектра мы можем только до очень резко определенной границы — во всяком случае, на Земле. Атмосфера, вполне прозрачная для видимого света, абсолютно непроницаема для электромагнитного излучения почти всех других диапазонов. Возможно, солнечное излучение в дальней инфракрасной и дальней ультрафиолетовой областях очень мощно — оно все равно не может пробиться к нам через воздушное одеяло толщиной в десятки километров, и с этим фактом приходилось мириться почти до середины XX в.
Однако к середине XX в. атмосфера благодаря развитию техники перестала быть непроницаемым барьером. Самолеты начали забираться в стратосферу и оставаться там часами; воздушные шары могли подниматься еще выше и оставаться на этой высоте сутками; ракеты и спутники вообще уходили за пределы атмосферы и оставались там недели, месяцы, даже годы.
Астрономические наблюдения, производившиеся в стратосфере и за ее пределами, имели то преимущество, что для них можно было использовать фотоны со всем диапазоном энергий, а не только те немногие их разновидности, которые способны без особенных помех проникать на дно воздушного океана, где мы живем.

Например, в 1954 г. с помощью поднятого на воздушном шаре телескопа была изучена инфракрасная часть света, отражаемого Венерой. Линии поглощения в инфракрасном спектре этой планеты совершенно ясно показали, что в ее облаках присутствуют кристаллы льда и, следовательно, вполне вероятно, что они состоят из водяных паров. С поверхности Земли безошибочно установить такой факт трудно или вообще невозможно, поскольку соответствующая часть спектра оттуда совершенно недоступна наблюдению, а любые признаки присутствия воды в атмосфере Венеры, имеющиеся в видимой на Земле части ее спектра, неизбежно маскируются водяными парами собственной атмосферы Земли.
И фотографии Солнца, сделанные с высотных воздушных шаров, получаются гораздо более четкими, чем сделанные с поверхности Земли. Солнечный спектр удалось проследить далеко в ультрафиолетовый диапазон, а после появления ракет удалось обнаружить и отождествить тысячи линий поглощения, которые с Земли остались бы невидимыми.
В 1949 г. совершенно неожиданно оказалось что солнечный спектр заходит в диапазон рентгеновских лучей гораздо дальше, чем можно было предположить. Как правило, чем выше температура тела, тем больше фотонов большой энергии оно испускает Собственно говоря, это было доказано еще Вином в дни, когда о существовании фотонов даже не подозревали. А поверхность Солнца, без сомнения, недостаточно горяча, чтобы испускать рентгеновские лучи.
Температура поверхности Солнца равна 6000° С, и, следовательно, максимум его излучения находится в области видимого света, а основная масса испускаемых его поверхностью фотонов должна обладать энергией порядка нескольких электровольт. Для испускания большого количества фотонов рентгеновских лучей с энергией в сотни и даже тысячи электровольт требовались значительно более высокие температуры. На поверхности спокойного Солнца таких температур не наблюдалось, но они имелись в солнечной короне (его разреженной атмосфере). Ее частицы под влиянием ударных волн из нижних слоев атмосферы приобретали чрезвычайно высокие скорости. Энергия, придаваемая этим частицам, была эквивалентна температуре по меньшей мере в 500 000° С. В момент же солнечной вспышки температура короны в этом месте поднималась до нескольких миллионов градусов.
Конечно, хотя отдельные частицы короны обладали чрезвычайно высокими энергиями, общая энергия, испускаемая короной, была очень невелика, так как количество этих частиц относительно мало. Поэтому жар короны не представляет для Земли никакой опасности. (Собственно говоря, есть основания полагать, что внешние языки короны тянутся от Солнца далеко за пределы земной орбиты, так что в некотором смысле Земля обращается вокруг Солнца внутри его атмосферы, но это не оказывает на нее какого-либо заметного воздействия.)
Источником солнечных рентгеновских лучей как раз и являются корона и вспышки. Именно благодаря огромным скоростям частиц в этих областях, эквивалентным очень высоким температурам, атомы и теряют столько электронов, что возникают абсолютно новые спектральные линии, которые прежде приписывались новому элементу коронию.
Были проведены поиски и других источников фотонов большой энергии, помимо Солнца. Фотоны большой энергии имеют одно огромное преимущество перед космическими лучами, также обладающими высокой энергией. Фотоны не заряжены, и потому магнитные поля на них не действуют и не отклоняют их траекторий. Поэтому источники фотонов возможно отождествить — во всяком случае, можно определить направление, с которою эти фотоны приходят. В 1956 г. и позже были открыты области неба, особенно богатые ультрафиолетовым изучением, и оказалось, что наиболее мощное излучение приходит из созвездий Ориона и Девы.
В Орионе излучение большой энергии, казалось, было связано со светящимися туманностями, которые окружают наиболее горячие звезды. В некоторых отношениях эти туманности похожи на чрезвычайно протяженные короны, разогретые энергией находящихся внутри них звезд, так же как солнечная корона получает свою энергию от Солнца.

И вновь фотоны рентгеновских лучей преподнесли сюрприз. Солнце излучало их и тогда, когда не было вспышек, хотя и в незначительном количестве. Солнечные рентгеновские лучи удалось обнаружить только потому, что Солнце очень близко к нам. Если остальные звезды были в этом отношении похожи на Солнце, то их рентгеновские лучи не смогли бы добраться до нас через гигантские межзвездные просторы.
Тем не менее группа исследователей, в частности Бруно Росси, попыталась установить, не отражаются ли солнечные рентгеновские лучи от Луны (поверхность которой в отличие от земной не защищена атмосферой). Специальные ракеты с аппаратурой для рентгеновских лучей сумели в 1962 г. обнаружить такие лучи, но они приходили не от Луны, а откуда-то из центра Галактики.
В следующем году запуски ракет предприняла группа под руководством американского астронома Герберта Фридмана (род в 1916 г). Они намеревались отыскать в небе источники рентгеновских лучей и как можно точнее засечь их местоположение. В следующие два-три года таким способом было обнаружено около десятка областей— источников рентгеновских лучей. Наиболее мощные источники были обнаружены в созвездии Скорпиона, и, возможно, именно это обмануло приборы при первом запуске 1962 г. Этот источник не связан ни с каким видимым объектом.
Второй источник, в восемь раз менее мощный, чем источник в Скорпионе, находится, видимо, в Крабовидной туманности.
Чрезвычайно интересно было бы установить природу объектов, излучающих рентгеновские лучи столь мощно, что их удается обнаружить на расстоянии во много световых лет. Это опять говорило о температуре в миллионы градусов, но общая энергия таких источников должна была во много раз превышать общую энергию солнечной короны. Впечатление было такое, словно мы имеем здесь дело непосредственно с обнаженными ядрами звезд.
Подобные температуры могли возникать при катастрофическом сжатии, далеко превосходящем по масштабам даже то, при котором Сверхновая превращается в белою карлика. Вырожденное вещество, из которого состоит белый карлик, слагается из протонов, нейтронов и электронов. Важнейшей ею составной частью являются электроны. Они крупнее, чем протоны и нейтроны, а потому больше них сопротивляются сжатию. Если масса белою карлика не превышает 1,4 массы Солнца, звезда благодаря электронам может сохранять размеры, близкие к размерам планет, несмотря на чудовищною силу ее поля тяготения. Но если масса белого карлика превышает 1,4 массы Солнца, то даже электроны не могут сопротивляться силе еще более могучего поля тяготения.
Обычная звезда с массой больше 1,4 массы Солнца вспыхивает как Сверхновая и теряет большую часть своей массы; и чаще всею можно ожидать, что оставшаяся масса окажется меньше того критического предела, при котором уже возможно образование белого карлика. А если этою не случится?
В этом случае сжатие не останавливается на стадии белого карлика. Оно продолжается, электроны сливаются с протонами, образуя нейтроны, и все вещество превращается в единую массу спрессованных нейтронов. Такая нейтронная звезда вместит массу двух солнц в шар с диаметром в два десятка километров. Шар этот будет состоять из нейтроиия, или гамовского "илема". Он станет крохотным кусочком субстанции, из которое по мнению сторонников теории Большого Взрыва, состояло «космическое яйцо». Поэтому самое существование таких нейтронных звезд было бы косвенным подтверждением теории Большого Взрыва.
Теоретики считают, что некоторое время после своего образования нейтронная звезда должна иметь по всему своему объему равномерною температуру примерно 10 000 000° С. Вследствие этого она начнет излучать гигантский поток рентгеновских лучей и окажется, таким образом, самым мощным их источником. Такая нейтронная звезда будет одновременно и рентгеновской звездой.
Если бы источниками рентгеновского излучения действительно были нейтронные звезды, то эти источники должны были бы сосредоточиваться в плоскости Млечного Пути. Там и были открыты первые источники рентгеновского излучения. Однако к 1966 г. было открыто по крайней мере два новых источника связанных, по-видимому, с галактиками Лебедь А и М87. Это были первые рентгеновские галактики, и обе они, кроме того, излучают радиоволны. Число доступных для обнаружения рентгеновских галактик во Вселенной может достигать 10 000.
Вопрос о существовании нейтронных звезд желательно было бы решить с помощью наблюдений. Если источник рентгеновского излучения — действительно нейтронные звезды, то оно должно исходить из точки в пространстве. Если тело с диаметром в каких-нибудь 20 км находится от нас, как Крабовидная туманность на расстоянии в тысячи световых лет, то даже самый чувствительный прибор, какой мы можем создать, покажет нам это тело в виде точки. С другой стороны если рентгеновские лучи испускаются относительно протяженной областью пространства, то их источником скорее всего является турбулентное скопление газа и пыли, а предположение о существовании нейтронных звезд становится сомнительным. (Однако и в этом случае его нельзя считать полностью опровергнутым, ибо такое скопление газа и пыли может окружать нейтронную звезду и испускать рентгеновские лучи вместе с ней).
Определить протяженность источника рентгеновского излучения удалось благодаря любопытной астрономической случайности. Крабовидная туманность расположена так, что ее периодически закрывает (затмевает) Луна. Когда Луна проходит перед ней рентгеновское излучение может оборваться сразу (если оно исходит из точечного источника) или же будет убывать постепенно (если источник протяженный).
В 1964 г. Луна должна была затмить Крабовидную туманность. Если бы астрономы пропустили этот случай, следующего им пришлось бы ждать восемь лет. Но группа Фридмана успела запустить ракету вовремя и все приборы благополучно сработали. Оказалось, что поток рентгеновских лучей иссякал постепенно и источником их, по видимому, была область в центре Крабовидной туманности поперечником примерно в 1 световой год.
Еще более серьезный удар гипотезе нейтронных звезд был нанесен в том же 1964 г. когда новые расчеты показали, что нейтронная звезда уже через несколько недель после возникновения должна была бы остыть настолько, что больше не смогла бы испускать рентгеновские лучи. Шансы же обнаружить нейтронную звезду за тот короткий период, пока она еще испускает рентгеновские лучи, настолько ничтожны, что их вообще можно не учитывать.
Таким образом, в настоящее время представляется более вероятным, что рентгеновское излучение возникает в результате тех же процессов (только протекающих в несравненно больших масштабах), которые происходят в солнечной короне. Это кажется вполне правдоподобным в отношении Крабовидной туманности, где еще дает себя чувствовать бешеная ярость Сверхновой, но как быть с другими источниками рентгеновского излучения, где нет признаков столь бурных процессов?
Тут на сцену выступает теория стационарной Вселенной. Я указывал выше, что она допускает непрерывное творение атомов водорода (1 протон+1 электрон) или нейтронов. В первом случае атомы водорода занимают свое место во Вселенной без дальнейших изменений (пока они не окажутся в недрах звезды). Это теория холодной стационарной Вселенной. Если же создаются нейтроны, то, едва возникнув, они уже через несколько минут распадаются на протоны и электроны, высвобождая энергию. Это теория горячей стационарной Вселенной.
Энергии, излучаемой при распаде нейтронов, может быть вполне достаточно для возникновения рентгеновских лучей во всем пространстве; она могла бы по неизвестным нам причинам скапливаться в определенных областях, которые и стали бы источниками рентгеновского излучения, открытого в 60-х годах. К несчастью, самые точные расчеты показывают, что общий рентгеновский фон, создаваемый горячей стационарной Вселенной, должен был бы по крайней мере в 100 раз превышать существующий. Следовательно, в настоящее время гипотеза горячей стационарной Вселенной должна быть отброшена: если стационарная Вселенная и существует, то это холодная стационарная Вселенная.
А при этом, разумеется, остается без ответа вопрос о природе рентгеновского излучения.

 
< Пред.   След. >