Уолтер Левин - Глазами физика. От края радуги к границе времени

По тем временам это было настолько неожиданно, что многие ученые просто не могли в это поверить. Порой ученые имеют большие ожидания, и им тяжело смириться с выводами, которые с этими ожиданиями не совпадают. Легендарный редактор журнала Astrophysical Journal Letters С. Чандрасекар послал нашу статью о Sco X-1 рецензенту, и тот вообще нам не поверил. Я до сих пор это помню, хотя прошло уже более сорока лет. Рецензент написал следующее: «Это не может быть правдой, ведь мы знаем, что столь мощные источники рентгеновского излучения просто не могут так изменяться в пределах десятиминутного интервала времени».

Нам пришлось уговаривать журнал напечатать статью. Через это, кстати, прошел даже Росси в 1962 году. Тогда редактор журнала Physical Review Letters Самуил Гаудсмит принял статью, благодаря которой родилась рентгеновская астрономия, только потому, что это был сам Росси и он был готов взять на себя «личную ответственность» за ее содержание.

Сегодня у нас есть гораздо более чувствительные инструменты и телескопы, и мы знаем, что многие источники рентгеновского излучения могут меняться в любом временн о м интервале, а это означает, что поток из наблюдаемого непрерывно изо дня в день источника каждый день будет другим. И если вы будете наблюдать его посекундно, он тоже будет меняться. Даже если анализировать данные миллисекунда за миллисекундой, можно обнаружить изменчивость некоторых источников. Но по тем временам даже десятиминутная изменчивость казалась идеей новой и неожиданной.

В феврале 1968 года я выступил в МТИ с докладом об этом открытии и был чрезвычайно взволнован, когда заметил среди слушателей Риккардо Джаккони и Херба Гурски. Я чувствовал себя настоящим везунчиком, человеком, который вышел на передний край своей области деятельности.

В следующих главах я познакомлю вас с множеством тайн Вселенной, которые позволила раскрыть рентгеновская астрономия, а также остановлюсь на ряде вопросов, ответы на которые мы, астрофизики, все еще пытаемся найти. В частности, мы совершим путешествие к нейтронным звездам и окунемся в глубины черных дыр. Так что держите крепче ваши шляпы, господа!

Нейтронные звезды находятся в самом центре истории рентгеновской астрономии. И они действительно, как говорят, горячие штучки. И не только с точки зрения температуры, хотя их поверхностные температуры нередко достигают свыше миллиона кельвинов, а это более чем в сто раз горячее, чем поверхность Солнца.

Джеймс Чедвик открыл нейтрон в 1932 году, за что получил Нобелевскую премию по физике в 1935-м. После этого экстраординарного открытия, которое, по мнению многих физиков, стало завершающим мазком в картине атомной структуры, Вальтер Бааде и Фриц Цвикки выдвинули гипотезу, что нейтронные звезды формируются в результате вспышек сверхновых. И как впоследствии оказалось, были совершенно правы. Нейтронные звезды возникают в результате поистине катастрофических событий в самом конце жизни массивной звезды, одного из самых быстрых, потрясающих и жестоких происшествий в изученной нами Вселенной – коллапса ядра сверхновой.

Нейтронная звезда начинается не со звезды, похожей на наше Солнце, а со звезды как минимум в восемь раз массивнее. В нашей Галактике приблизительно миллиард нейтронных звезд, но в ней так много звезд самых разных видов, что миллиард следует считать редкостью. Звезды, как и многие другие объекты в мире и во Вселенной, могут «жить» только благодаря своей способности обеспечивать приблизительный баланс безмерно мощных сил. В звездах со сгорающим ядром, в котором термоядерные реакции, проходящие при температурах в десятки миллионов градусов по Кельвину, вырабатывают колоссальное количество энергии, создается огромное внутреннее давление. Температура в ядре Солнца, например, около 15 миллионов кельвинов, и оно вырабатывает за одну секунду энергию, эквивалентную энергии более миллиарда водородных бомб.

В стабильной звезде это давление сбалансировано действием силы тяготения, генерируемой огромной массой звезды. Если же эти две силы – направленное наружу давление термоядерного реактора и направленная внутрь сила гравитации – не сбалансированы, звезда не будет стабильной. Мы знаем, что Солнце существует в известном нам виде уже около пяти миллиардов лет и будет продолжать так жить еще пять миллиардов. Когда звезда собирается умирать, она меняется, и весьма существенно. Если звезда израсходовала б о льшую часть ядерного топлива в ядре, она, как правило, приближается к заключительному этапу своей жизни и показывает настоящее огненное шоу. Это особенно верно в отношении массивных звезд. В некотором смысле сверхновые напоминают трагических театральных героев, которые обычно заканчивают свою великую жизнь в пароксизме катарсических эмоций, пламенно и зачастую весьма громко взывая к жалости аудитории.