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

Рентгеновские вспышки Rapid Burster, обнаруженные с использованием SAS-3 осенью 1977 года. Высота линии отображает количество выявленных рентгеновских лучей в одну секунду, а горизонтальная ось – время. На каждой панели представлено около 300 секунд данных. Быстро повторяющиеся вспышки Типа II пронумерованы последовательно. На каждой панели видна одна «особая вспышка»; все они имеют разные номера. Это вспышки Типа I (термоядерные). Рисунок взят из статьи Хоффмана, Маршалла и Левина в Nature, от 16 февраля 1978 г.

Осенью 1978 года мой коллега из МТИ Пол Джосс произвел тщательные расчеты, чтобы выяснить природу термоядерных вспышек на поверхности нейтронных звезд, и пришел к выводу, что накопленный водород сначала постепенно сливается с гелием, но этот гелий, достигнув критической массы, давления и температуры, может взорваться, следствием чего становится термоядерная вспышка (то есть вспышка I типа). В связи с этим была высказана идея, что энергия рентгеновских лучей, высвобождаемая в результате стабильной аккреции, должна примерно в 100 раз превосходить энергию, выделяемую термоядерной вспышкой. Иными словами, доступная гравитационная потенциальная энергия была примерно в 100 раз больше, чем доступная ядерная энергия.

Мы измерили общее количество энергии, излученной Rapid Burster в форме рентгеновских лучей за пять с половиной дней наших наблюдений осенью 1977 года, и обнаружили, что вспышки II типа излучают в 120 раз больше энергии, чем «особые» вспышки I типа. Это стало для нас решающим аргументом! Теперь мы точно знали, что Rapid Burster – рентгеновская двойная, что вспышки I типа – результат термоядерных вспышек на поверхности аккрецирующей нейтронной звезды, а вспышки II типа – следствие освобождения гравитационной потенциальной энергии материей, перетекающей из звезды-донора в нейтронную звезду. Во всем этом больше не было никаких сомнений; с того момента мы знали, что все барстеры I типа представляют собой рентгеновские двойные системы нейтронных звезд. В то же время мы окончательно утвердись во мнении, что черные дыры не могут быть источником термоядерных вспышек, поскольку они не имеют поверхности.

Хотя к 1978 году большинство астрофизиков убедились, что источниками вспышек были аккрецирующие нейтронные звезды, Гриндлей в Гарварде продолжал настаивать на том, что эти вспышки – продукт массивных черных дыр. Он даже опубликовал в 1978 году статью, в которой пытался объяснить, как очень массивные черные дыры это делают. Я же вам говорил, что ученые порой чрезвычайно сильно привязаны к своим теориям. Кембриджская газета The Real Paper опубликовала длинную статью под названием «Гарвард и МТИ на краю пропасти», разместив в ней фото Гриндлея и мое.

Окончательные доказательства бинарного характера источников вспышек были получены в 1981 году, когда мы с моим датским другом Хольгером Педерсеном и Йаном ван Парадийсом обнаружили 3,8-часовой орбитальный период обращения источника вспышек MXB 1636-53. Тем не менее Гриндлей согласился с нашей теорией только в 1984 году.

Получилось, что именно самый странный источник рентгеновского излучения, Rapid Burster, помог нам подтвердить теорию нормальных (I тип) вспышек рентгеновского излучения, которые были таинственными и загадочными сами по себе. По иронии судьбы, несмотря на все, что объяснил нам Rapid Burster, сам он во многом остается загадкой. Не столько для наблюдателей, сколько для теоретиков на этот вопрос пока нет ответа. Лучшее, что мы смогли сделать, и в некотором роде лучшее, что мы вообще пока сделали, – предложить объяснение данного явления, назвав его «пульсирующей аккрецией». Знаю, это напоминает название инфекционной болезни, которую можно подхватить во время поездки в экзотическую страну. И правда, это всего лишь слова, а не физика. Так или иначе, материя, направляющаяся к нейтронной звезде, временно удерживается на диске, прежде чем ее сгусток или кольцо отделится от диска и помчится к поверхности звезды, очередями вспышек высвобождая гравитационную потенциальную энергию. Мы называем это нестабильностью диска, но и это всего лишь слова; никто не имеет ни малейшего понятия, почему и как это работает.

Откровенно говоря, мы пока не понимаем, какой механизм лежит в основе периодического характера кратковременных источников рентгеновского излучения. Почему они то «включаются», то «выключаются», и так помногу раз? Нам это просто неизвестно. Однажды в 1977 году мы начали регистрировать вспышки одновременно всеми детекторами SAS-3. Это было странно, так как эти устройства наблюдали за небом в совершенно разных направлениях. Единственное разумное объяснение, которое мы тогда смогли предложить, заключалось в том, что в спутник проникало очень высокоэнергетическое гамма-излучение (чего не могут делать рентгеновские лучи), оставляющее после себя сигналы. Поскольку все детекторы срабатывали в одно и то же время, мы не имели ни малейшей подсказки относительно того, откуда оно приходило. В течение нескольких месяцев мы наблюдали за несколькими десятками таких эпизодов, после чего все прекратилось, чтобы тринадцать месяцев спустя начаться сызнова. Никто в МТИ не имел ни малейшего понятия о природе данного явления.