Алексей Степанович Позаненко – кандидат физико-математических наук
Борис Штерн: 60-е годы были славными и для астрофизики. Самыми урожайными на великие открытия. Навскидку можно назвать, по крайней мере, 4 таких великих открытия.
Алексей Позаненко: Астрофизических открытия.
Б.Ш. Да, я говорю про астрофизику. Первое – это знаменитое открытие реликтового излучения. Реликтовое излучение – это свет, который остался во вселенной с самых ранних времен, когда она была совсем молодой и горячей, с тех пор этот свет стал радиоволнами. И именно их в 65 году зарегистрировали Пензиас и Вильсен. Они не знали, что они открыли, но это было предсказанное открытие.
Следующее открытие – пульсары. 67-й год. Радиотелескопы нашли на небе пульсирующие источники. Причем с очень четким периодом – в секунды. Как будто внеземные цивилизации посылают нам сигналы. Но довольно быстро и здесь нашлось рациональное объяснение, поскольку в теории уже существовал подходящий объект. Это нейтронная звезда. По происхождению нейтронная звезда – это труп обычной звезды, только больше, чем Солнце. По сути, это очень своеобразное чудо природы – это шар радиусом 10-20 километров, то есть размером с Москву, но с массой больше, чем масса Солнца. Его плотность больше плотности воды на 14-15 порядков. Кроме того, он обладает огромным магнитным полем, и вся эта конструкция вращается со скоростью иногда до 600 оборотов в секунду. Все это работает как радиомаяк, отсюда и получаются эти импульсы. Это нам еще понадобится – нейтронные звезды будут персонажем нашей истории.
Следующее, а точнее, первое по хронологии, великое открытие – это квазары, они были открыты в 63 году. Наблюдали звезды, как будто очень горячие, с совершенно непонятным спектром. И когда этот спектр расшифровали, тут и случился шок. Оказалось, что они обладают спектром известных элементов, но только смещенным в красную область – на 20 процентов, на 50 процентов, иногда даже в 2 раза. Природа красного смещения была более-менее понятна – это эффект Доплера. Объект от нас удаляется со скоростью, сравнимой со скоростью света – это соответствует модели расширяющейся вселенной. Но тогда мы должны поместить квазары на миллиарды световых лет от нас. Итак, они светят ярче галактик, в тысячи раз ярче галактик.
Мы будем использовать дальше термин "космологическое расстояние", это расстояния, сравнимые с расстоянием до горизонта вселенной. А что такое "горизонт", мы еще скажем. Наконец, в конце 60-х годов были открыты космические гамма-всплески. С квазарами разобрались примерно за 10 лет, где-то к середине 70-х уже было более-менее понятно, что это такое – это сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, которые всасывают в себя окружающее вещество, это называется аккреция, от этого они и светятся. А вот с гамма-всплесками была совершенно другая эпопея. Они водили за нос исследователей всего мира четверть века. Только в последние несколько лет завеса чуть-чуть приоткрылась. Но и сейчас мы не можем сказать, что хоть чуть-чуть приблизились к тому пониманию, которое было достигнуто для квазаров где-то уже в 70-х годах.
Начнем с открытия. Из нас двоих Алексей в большей степени наблюдатель, ему слово соответственно.
А.П. Да, экстравагантность открытия всплесков состояла в том, что были открыты не научными приборами, а спутниками-шпионами "Вела", запущенными для контроля за соблюдением договора о неиспытании ядерного оружия в средах. Таких спутников было запущено много, они имели название "Вела". В 69-м году была запущена "Вела-5". Именно эти спутники стали регистрировать вспышки, мощные вспышки гамма-излучения. Что это было такое? По кривой блеска, по количеству это не могли быть земные источники, связанные с испытанием. В то время достаточно сложно было определить направление прихода, потому что детекторы смотрят в 4 . И лишь благодаря тому, что было несколько таких космических аппаратов, то по задержке времени прихода фронта удалось определить, что, по-видимому, с большой долей вероятности, они приходят не с Земли. Ну, и количество сыграло роль. В общем, их было зарегистрировано несколько десятков, порядка 20 на этих спутниках. Такого количества испытаний просто ни одна страна не могла себе позволить.
Александр Гордон: За какой период?
А.П. С 69 по 73 год. Потом первый каталог насчитывал уже порядка 70 всплесков, потому что, когда вернулись назад, посмотрели предыдущие эксперименты на спутниках Вела-3, Вела-4, нашли всплески еще и там.
Красивая история об открытии всплесков говорит о том, что в 73 году прошлого века эта данные рассекретили, и была опубликована первая работа. На самом деле все было гораздо прозаичнее. Исследователь Рэй Клебесадел, разработчик этого прибора, когда было точно выяснено, что эти источники находятся не на Земле, положил эти данные в стол и лишь только в 72 году по просьбе начальства он вернулся к исследованию этих необычных явлений, необычных кривых. В 72 году он вернулся к исследованиям, а в 73 году была опубликована первая статья. И как раз в июне 73 года она была опубликована, то есть в этом году исполнилось 30 лет с тех пор, как были открыты гамма-всплески. 30 лет, и за эти 30 лет мы зарегистрировали очень много всплесков, больше 3 тысяч, во множестве космических экспериментов на различных космических аппаратах. Вот такая экстравагантная история.
А.Г. Какие приборы стояли на этих спутниках?
А.П. Это были сцинтиляционные детекторы, которые могли измерять достаточно жесткое излучение – от 30 КэВ до 2 МэВ.
Б.Ш. Довольно небольшие по размеру, кстати.
А.П. Да, небольшого размера. Они были предназначены для того, чтобы контролировать испытания, а открыли такое замечательное явление, которым мы продолжаем заниматься уже достаточно долго. И эти всплески водят нас за нос и, по-видимому, еще будут водить.
Б.Ш. В то время было совершенно неизвестно, откуда приходили всплески. Их наблюдали просто в виде внезапного роста темпа отсчета гамма-квантов. Покажите следующую картинку, если можно. И эти кривые совершенно разные. На самом деле, трудно себе представить, что это все относится к одному и тому же явлению. На самом деле, они вписываются в единую статистику, и похоже, что здесь просто работают какие-то неустойчивости, какая-то стохастика, природа играет в кости, когда генерирует эти кривые. Ко всему прочему – это очень яркий феномен. Чтобы открыть какое-то новое явление, как правило, требуются дорогие прецизионные установки. А вот это можно было открыть детектором размером с монету – будь он помещен на спутнике. По яркости это явление сравнимо с яркими солнечными вспышками – но Солнце рядом, а это неизвестно где.
А.Г. То есть их мог бы зафиксировать даже бытовой счетчик Гейгера.
А.П. Совершенно верно, но только будь он на орбите.
Б.Ш. 100 фотонов в секунду через сантиметр квадратный – вот характерная величина.
Что тогда думали по поводу этих всплесков? Думали, что это нейтронные звезды, о которых мы говорили. Они вообще богатые на всякие неожиданные явления. Но тем временем история продолжалась...
А.П. Что только не думали, было достаточно много гипотез, мы расскажем про это, но после открытия всплесков их исследованию стали посвящать специализированные эксперименты. Таких экспериментов было достаточно много. Если мы посмотрим на следующую картинку, то увидим, сколько было экспериментов, которые исследовали космические всплески. Здесь на двух картинках перечислены эти эксперименты. Достаточно сказать о самых выдающихся, на наш взгляд.
С американской стороны это "Пионер Венера Орбитер", спутник, на котором был установлен детектор гамма-всплесков. И американский же "Солар Максимум Мишн". Но Советский Союз тоже не был в стороне от этих исследований. Это были такие эксперименты, такие как "Конус", разработанный в питерском Физтехе Евгением Павловичем Мазецем, "Снег" на космических аппаратах Венера-11-14. "Снег" был советско-французский эксперимент, а И.В. Эстулин руководил этим экспериментом в ИКИ. В общей сложности советские эксперименты зарегистрировали порядка 200 всплесков за эти годы.
А.Г. Я вижу, что по крайней мере 10 из этих экспериментов продолжаются и по сей день.
А.П. Да, да, и сейчас исследования продолжаются. И мы, наверное, пару слов попозже скажем об этом. Что же эти эксперименты дали? Они определили не направление прихода всплесков, а сам факт регистрации этих всплесков.
Б.Ш. Общую статистику.
А.П. Да, общую статистику. И направление можно было определять примерно по триангуляции – когда в пространстве расположено много спутников, то по времени задержки прихода плоского фронта можно было строить дуги, и дальше эти дуги где-то пересекались. Это называется error-box, т.е. область локализации всплеска. Они были достаточно большими. И люди пытались смотреть в эти области локализации (боксы) другими приборами, оптическими в частности. И ничего там не находили, эти боксы были пустые!
Б.Ш. Поэтому по-прежнему подозревали нейтронные звезды. И однажды показалось, что это точно подтвердилось, что это доказано.
А.П. 5 марта 79 года случился очень мощный всплеск. Надо сказать, что он был зарегистрирован сразу же семью аппаратами, которые летали либо на орбите Земли, либо на межпланетных траекториях. Чем этот всплеск был замечателен? Он был очень мощный. Но это не все. Удивительно, но в этом всплеске нашли период в пульсациях – порядка 8 секунд, чуть меньше 8 секунд. Что такое 8 секунд? 8 секунд это...
Б.Ш. Вращающаяся нейтронная звезда.
А.П. Да, вращающаяся нейтронная звезда. Близко по периоду к радиопульсарам, – хотя и больше, чем у них, но близко. Казалось, что проблема всплесков закрыта, по крайней мере, решена, потому что это пульсар, нейтронная звезда. В общем, радости было много, материала для исследований было много. Но в дальнейшем оказалось, что этот класс явлений, он маскировался под всплески.
Б.Ш. Это были не гамма-всплески.
А.П. Это был класс явлений, который потом получил название Софт Гамма-Репиторы (SGR).
Б.Ш. На одном из семинаров это предложили перевести как "мягкий повторитель", но мы не берем на себя такую смелость.
А.П. Да, очень трудно иногда переводить какие-то термины.
Итак, в чем оказалось его отличие от классических всплесков, о которых мы ведем речь? Оказалось, что энергетический спектр этих событий чрезвычайно мягкий. Он сильно отличается от классических всплесков, это во-первых. Во-вторых, оказалось, что они умеют повторяться. То есть если классические всплески никогда не приходят из одной точки пространства, то эти Софт Гамма-Репиторы повторялись, было найдено до сотни периодов активности этого источника. На сегодняшний день известно 5 Софт Гамма-Репиторов, которые периодически проявляют свою активность. Все, кроме одного, принадлежат нашей Галактике.
А.Г. То есть природа этих явлений совсем другая.
Б.Ш. Совсем другая и тоже очень интересная. Это другая загадка.
А.П. Сейчас это уже стало отдельно исследуемым подклассом явлений.
Б.Ш. Но, тем не менее, после некоего разочарования или, может быть, новой находки...
А.П. После ухода с этого ложного пути.
Б.Ш. Да, все равно продолжали думать, что это нейтронные звезды, просто какое-то другое их проявление, потому что это действительно чудо природы, богатое на разные эффекты.
Но здесь стало появляться одно смущающее обстоятельство, а именно – мы живем в плоской спиральной галактике. Вот снимок телескопа "Хаббл", на котором изображена реальная группа галактик. Это не фотомонтаж, это действительно такая группа. Та, которая снизу, видна ребром, она дает хорошее представление о геометрии.
А.Г. И похожа на нашу Галактику...
Б.Ш. На наш Млечный Путь.
И если бы это были нейтронные звезды, то мы должны были ожидать, что они распределены в плоскости этой галактики, там, где они рождаются. И все известные эффекты, которые связаны с нейтронными звездами, они концентрируются в плоскости Млечного Пути. Эта плоскость нашей Галактики. Так вот, иногда удавалось определить направление, откуда пришел гамма-всплеск. Оказывается, это направление было случайно разбросанным по небу и никуда не концентрировалось.
А.Г. То есть отовсюду. Мог отсюда, мог оттуда...
Б.Ш. Отовсюду. Тогда предложили такую идею. Хорошо, может быть, они не очень яркие и, может быть, мы их видим только с расстояния порядка толщины галактического диска? Вот мы сидим где-то здесь и видим гамма всплески вокруг себя. Так рассуждали в то время. Интересно взять "Маленькую энциклопедию космоса" издания 86 года. Там написано, что это, скорее всего, нейтронные звезды. И там есть одна характерная фраза: "Источники гамма-всплесков обладают поразительной энергетикой. За вспышку излучается 10 в 40-ой степени эрг". Запомните эту цифру – 10 в 40-ой эрг – она еще будет меняться. Что это такое? 10 в 40-ой эрг – Солнце столько выделяет примерно за месяц. А здесь за секунды и в гамма-диапазоне, конечно, это много и поразительно.
А.Г. Только в гамма-диапазоне?
Б.Ш. Только в гамма-диапазоне, да. Итак, было это смущающее обстоятельство. И пока так думали, комбинировали все эти геометрии, началась новая эпоха. Это начало 90-х годов. Запустили новый аппарат.
А.П. Долго ожидаемая обсерватория имени А.Комптона была посвящена исследованиям высокоэнергичных явлений в космосе. В частности, там был установлен прибор БАТСЕ (BATSE), который регистрировал всплески. Уникальность этого прибора была в том, что он был в 10 раз более чувствителен, чем работавшие прежде. Там были большие блины, большие детекторы, полуметровые, их было 8 штук, это с одной стороны. С другой стороны, его уникальность была в том, что он мог регистрировать в режиме реального времени направления прихода всплесков. С не очень большой точностью, порядка трех градусов, но этого было достаточно, чтобы построить то самое распределение и посмотреть, есть ли там концентрация к плоскости галактики или нет? Есть ли там концентрация к направлению на центр галактики или нет?
Это 91-й год, руководителем этого эксперимента был Джерри Фишман. (Кстати, эксперимент этот очень долго работал, он работал до самого затопления обсерватории в 2000 г.) После запуска, тут же стали регистрироваться всплески, с частотой примерно один раз в день. Тут все исследователи стали потирать руки – ага, пройдет год-два, накопится достаточно статистики, построим это распределение и увидим, наконец-то, плоскость галактики. Не тут-то было.
93-й год, первый каталог BATSE, порядка трехсот всплесков, с координатами. Все стали строить распределение по небу, построили и прослезились – не было никакой концентрации ни к плоскости галактики, ни к галактическому центру!
Б.Ш. Но это еще не все, это еще не самое страшное.
А.П. Была полная изотропия.
А.Г. Равномерная изотропия по всем направлениям.
Б.Ш. И это еще не самое страшное. Обнаружилась сильная недостача слабых всплесков. Поясню. Допустим, вы получили в четыре раза более чувствительный детектор, значит, он стал видеть в два раза дальше, работает закон обратных квадратов расстояний. Но это значит, что он стал просматривать сферу в восемь раз большего объема, и если всплески равномерно распределены в пространстве, значит, мы их должны видеть в восемь раз больше. А этого не было, было гораздо меньше. И на самом слабом конце распределения, где BASTE еще должен прекрасно видеть всплески, он не досчитывался всплесков с фактором десятка. Что это могло означать? Изотропия и недостаток слабых – это значит, что источники гамма-всплесков образуют сферическое облако, в центре которого мы сидим, и это облако с краев ограничено – за пределами этого облака источников мало, или их нет вообще.
Какие системы вообще имеют такую геометрию в космосе? Например, в Солнечной системе есть кометное облако Оорта, оно сферическое, мы в центре – но из комет не получишь гамма-всплесков. Хотя были и такие гипотезы, но их серьезно не рассматривали.
Тогда придумали следующую систему. Вот у нас есть галактический диск, в нем рождаются нейтронные звезды. Но они рождаются с большими начальными скоростями из-за взрыва сверхновой. Они вылетают из галактики и засеивают пространство вокруг нее большой короной из очень старых нейтронных звезд. И, может быть, с этими старыми нейтронными звездами происходят какие-то катаклизмы? Облако большое, мы хоть и смещены от центра, но не так сильно, и можем этой асимметрии не заменить. Тут возникает такая проблема, что здесь уже десятью в сороковой степени не обойдешься, здесь нужно уже десять в 44-ой эрг, это уже тысячу лет Солнцу нужно выработать такую энергию.
А.Г. И спустить ее за секунду...
Б.Ш. Тем не менее, гамма-всплески – объект богатый, и люди придумали как настричь с нейтронной звезды эти самые десять в 44-й эрг, это взрывное высвобождение магнитного потока, но не будем в это углубляться.
А.Г. При такой модели, на каком расстоянии должны были находиться эти нейтронные звезды от нас?
А.П. Десятки килопарсек.
Б.Ш. Сотни, минимум сотни килопарсек, это триста тысяч световых лет.
Но есть еще одна система с нужной геометрией – это вся Вселенная. Поясню. Лет 15 или больше назад знатоки из клуба "Что, где, когда?" сели в лужу, отвечая на вопрос школьника – почему ночью небо темное. Это мне один из знатоков рассказывал, Виктор Сиднев. Они решили, раз школьник, значит, вопрос должен быть простой, и ответили, что Земля загораживает солнечный свет – света нет, небо темное. Школьник был не так прост. Он имел в виду так называемый фотометрический парадокс Ольберса, а именно: если Вселенная существует вечно, если она бесконечная и однородная, небо должно сиять как поверхность Солнца – это очень простой факт, понятный в рамках школьной программы, не будем его объяснять, пусть останется домашним заданием для телезрителей. Но небо-то темное, а темное оно потому, что Вселенная расширяется и потому что она имеет горизонт.
Итак, что такое горизонт? Проще всего себе его представить таким образом. Сейчас мы знаем достаточно хорошо, что Вселенная родилась примерно 14 миллиардов лет назад. Это значит, что мы не можем видеть дальше, чем 14 миллиардов световых лет. Грубо говоря, это и есть горизонт.
Вот, что видит космический телескоп "Хаббл", глядя прямо в горизонт. Здесь суп из слабых галактик, здесь их столько, что не пересчитать, большинство из этих слабых точек – это галактики, находящиеся дальше, чем на полпути к горизонту вселенной. Там есть несколько галактик, которых "Хаббл" не видит, у них очень большое красное смещение. И если верна гипотеза, что работает эта геометрия всей вселенной, значит, большинство всплесков происходит от этих слабеньких галактик – понятно, почему этих источников не видели. Но если эта геометрия работает, это уже не десять в 44-й эрг. Цена вопроса – миллиард, это десять в 53-й эрг. Целая галактика выделяет такую энергию примерно за сто лет, а даже звезда покрупнее Солнца не высветит такой энергии никогда. И отдельная нейтронная звезда тут уже не проходит никак.
А.П. Энергетика велика.
А.Г. Любая звезда не проходит.
Б.Ш. Но на самом деле нейтронные звезды бывают парными. Если у нас есть две большие парные звезды, то они могут после себя оставить парный труп, парную нейтронную звезду.
А.П. За счет слияния.
Надо сказать, что середина 90-х годов была критической для перехода сознания ученых от галактической модели к этой, космологической. Достаточно вспомнить очень интересный диспут в 95-ом году (он был показан по публичному телевидению в США) – это диспут на тему происхождения гамма-всплесков между двумя последовательными сторонниками различных гипотез. Гипотезу галактическую представлял Дон Лемб, а Богдан Пачинский – гипотезу космологическую. Участвующие в диспуте разделились на две партии, каждая партия приводила очень интересные и аргументированные доказательства той или иной гипотезы. Победивших не было, но этот диспут показал, что космологическая модель если не начинает преобладать в умах, то занимает существенную долю на рынке гипотез о происхождении гамма-всплесков. И тогда же на некоторых симпозиумах, семинарах можно было наблюдать антинаучное действие, когда на последнем заседании конференции ведущим конференции на голосование ставился вопрос – какова природа гамма-всплесков, космологическая либо галактическая. Таким образом решалась проблема происхождения гамма-всплесков.
А.Г. Проще было кинуть монету, наверное.
А.П. Наверное.
Б.Ш. Виден был дрейф общественного мнения.
А.П. Да, постепенно происходило накопление данных с эксперимента BATSE, которые все больше и больше убеждали людей в том, что мы живем в геометрии Вселенной, а не в геометрии галактики либо короны.
А.Г. И все-таки рекорд десять в 54-й? В 53-ей?
Б.Ш. Рекорд – почти десять в 55-й.
А.Г. Откуда же взять такую колоссальную энергию?
Б.Ш. Взять откуда? Я сказал об одном варианте – это две нейтронные звезды. Самое интересное, что такие пары нам известны, в нашей галактике есть их три штуки, это двойные пульсары. Причем видно, как они замедляются и теряют свою орбитальную энергию за счет излучения гравитационных волн. Это значит, что когда-нибудь они сольются и упадут друг на друга, и вот это будет фейерверк. Скажу сразу, что десять в 54-й здесь не получится, но получится все равно много.
Здесь есть такой эффект: мы считаем эти эрги, думая, что все это взрывается как бомба, что энергия уходит равномерно во все стороны, а это не факт. Можно сильно сэкономить, если предположить, что это направленный взрыв, как луч прожектора. Если мы попадаем в этот луч, тогда требуется меньше энергии, но тогда мы много всплесков не досчитываемся.
А.П. Видим только то, что попадает лучом на нас.
Б.Ш. Это самое драматическое время, эпоха всех этих диспутов, голосований, когда люди более или менее пришли к галактической модели. На самом деле осталось два кандидата, и в это время доминировала как раз теория слияния двух нейтронных звезд.
Но сейчас надо сказать, что ключевым моментом утверждения космологической модели был, наверное, 97 год?
А.П. Да, был момент, когда информация по всплескам накапливалась-накапливалась, но вся эта информация происходила из гамма-диапазона. Всплески оставались гамма-всплесками, но очень хотелось посмотреть, а есть ли что-то там в оптике, в других диапазонах волн, потому что, увидев что-то в оптике, можно отождествить это с каким-то известным астрономическим объектом...
А.Г. И кроме того, это все-таки абсолютная локализация.
А.П. Да, и кроме всего, это более точная локализация. Совершенно точно.
Б.Ш. Там градусы, здесь – секунды.
А.П. В 97-м году был запущен итало-голландский спутник "Беппо-Сакс", который имел рентгеновские телескопы, и который мог достаточно быстро навестись на область локализации гамма-всплеска. То есть если мы в гамма-диапазоне имеем точность несколько градусов, то рентгеновский телескоп может уже эту область посмотреть и определить, есть ли там источник с точностью несколько угловых минут и даже лучше – в зависимости от яркости источника.
И вот 27 февраля 97-го года после очередного всплеска "Беппо-Сакс" навелся своим рентгеновским телескопом на область локализации всплеска, и увидел послесвечение в рентгене, т.е. увидел рентгеновский источник, который затухал, достаточно точно определил его координаты, передал на Землю, и далее большие оптические телескопы стали смотреть в эту точку. И, о, счастье, мы увидели то, что называем "оптический транзиент", оптический компонент от гамма-всплеска.
Почему так уверенно определили, что это оптический компонент? Его не было ни в каких каталогах, то есть это был новый источник и он затухал. Таким образом, было открыты рентгеновское послесвечение и оптический компонент. И что самое интересное, через некоторое время, когда источник достаточно потух, в оптике на его месте увидели галактику. Это называется родительская галактика. Увидели предположительно там, где сидит этот источник всплеска. И измерили спектральные линии от этой галактики.
А.Г. Их красное смещение...
А.П. Совершенно точно, нашли красное смещение – прямое доказательство космологической природы источников.
А.Г. И как далеко располагалась эта галактика?
Б.Ш. Здесь красное смещение – единица, это примерно 10 миллиардов световых лет.
С тех пор уже известны десятки таких случаев отождествлений, найдены послесвечения, для многих измерены красные смещения. Все – на космологических расстояниях, рекорд красного смещения – 4 с половиной. Вот один из таких случаев. Его уникальность в том, что здесь было поймано прямое оптическое свечение еще в тот момент, когда продолжался гамма-всплеск.
А.П. Это знаменитый всплеск 23 января 1999 года.
Б.Ш. Оптический телескоп-автомат успел сработать и навестись по сигналу от BATSE, когда продолжался всплеск. Так вот, это свечение, находясь на горизонте Вселенной, было 8-й звездной величины – можно увидеть в сильный бинокль.
А.П. То есть если знать куда смотреть, можно этот источник легко увидеть.
Б.Ш. На этом снимке он уже снизил яркость в миллион раз и все равно ярче родительской галактики. Это говорит о масштабах явления.
В тот момент, в 97-98 годах, кроме модели, о которой я рассказывал – слияние двух нейтронных звезд – появилась другая. Она появилась на самом деле еще в начале 90-х, Стен Вусли ее вначале предложил – что, может, это какой-то необычный тип сверхновой. Обычная сверхновая – разлетается огромная масса вещества и долго светит. Если предположить, что какая-то порция энергии прорвалась через все это вещество в открытый космос, тогда она могла и дать такой всплеск.
И, начиная с 99 года, стали появляться все новые и новые данные, что это скорее всего гиперновая. Во-первых – гамма-всплески происходят в областях, где идет очень интенсивное звездообразование, где много вещества. В случае гиперновой все понятно, это массивная звезда, она гибнет там же, где рождается. Если это пара нейтронных звезд, она успевает улететь Бог знает куда.
Если проанализировать всю статистику гамма-всплесков, то получается, что источники к настоящему времени вымирают, раньше их было больше, теперь гораздо меньше.
А.Г. Ну да, мы же видим горизонт не только в пространстве, но и во времени. Все это происходило 10 миллиардов лет назад.
Б.Ш. Совершенно верно. Но во Вселенной все потихоньку вымирает – меньше квазаров, меньше сверхновых, меньше гамма-всплесков. Отчего, кстати сказать, в старой Вселенной жить безопасней.
А.Г. Чем ближе к нам, тем беднее картина – ближе во времени.
Б.Ш. Но еще не вечер – звезды типа Солнца будут рождаться еще миллиарды лет.
А.П. Возвращаясь к истории открытий. История делается на наших глазах и отчасти нашими руками. Сейчас, кажется, наступил очередной ключевой момент в понимании природы всплесков.
29 марта этого года произошел всплеск (они называются по дате) GRB030329. Он был уникален опять-таки курьезом его обнаружения. Спутник НЕТЕ-2, который предназначен для быстрой передачи информации исследователям, что-то обнаружил, передал сообщение, что что-то зарегистрировано, но это точно не гамма-всплеск.
Через два часа, примерно, ученые, которые эксплуатируют спутник, пришли, посмотрели данные телеметрии и увидели, что на самом деле это ярчайший гамма-всплеск. Автоматика дала сбой – алгоритмы делаются людьми, людям свойственно ошибаться. Алгоритмам – тоже. Таким образом, примерно через два часа по миру через Интернет были распространены координаты гамма-всплеска. Они были известны с большой точностью – примерно три угловые минуты – и можно было наводить телескопы. Но в Европе и Америке была ночь, а телескопы были наведены в Австралии и Японии. И в Австралии уже через полчаса было обнаружено яркое послесвечение от всплеска.
Тут же передали по миру координаты. А мы сидели и ждали темноты. То, что мы увидели, когда настала ночь, вы видите на снимке.
А.Г. Это ваша группа делала?
А.П. Да, в Крымской обсерватории, КрАО.
А.Г. 30 марта?
А.П. 29 марта был первый снимок. И видно, как в течение 9 дней этот ярчайший объект постепенно уходит под чувствительность данного телескопа. Это не значит, что всплеск уже затух – мощные телескопы его продолжают наблюдать. Он сейчас порядка 22-й звездной величины, что вполне наблюдаемо большими наземными телескопами. И по-видимому, его еще долго можно будет наблюдать.
Но чем он был замечателен? Оказалось – когда на 14-й день детально измерили спектры – что эти спектры как две капли воды похожи на спектры сверхновой. Тут же в сети появилось сообщение...
Б.Ш. "Загадка всплесков решена!"
А.П. Да, решена – это сверхновая. Но не все так просто. Всплески продолжают преподносить сюрпризы. Дело в том, что сверхновые имеют определенную кривую блеска – спадающую. А этот источник – после первоначального быстрого угасания – уже больше месяца стоит на одном месте, не падает, это первое. Второе: с большой долей уверенности можно говорить, что он меняет свою звездную величину примерно на половину звездной величины на протяжении суток, что никак не похоже на поведение кривой блеска сверхновой.
Б.Ш. Подмигивает и ухмыляется – я бы так сказал.
А.П. Поэтому рано говорить, что проблема источников всплесков уже решена.
А.Г. А какой объект может быть кандидатом на роль гиперновой?
А.П. Очень массивная звезда.
А.Г. Во сколько раз массивнее Солнца?
А.П. В 50, в 100 – ну, может быть, в 30, не знаю.
А.Г. И сколько таких объектов в нашей галактике?
А.П. Тысячи. Много...
Б.Ш. Более того, в нашей галактике есть одна звезда, про которую думают, что она рванет как гиперновая. Эта звезда не так далеко, называется "Эта Киля" – она уже испускает предсмертные конвульсии.
Если она лучом своим попадет в нас – мы это переживем, но она угробит все искусственные спутники Земли, мы останемся, скорее всего, без Интернета, без связи. Но она, скорее всего, промажет.
А.П. Хотелось бы верить, что промажет.
Б.Ш. Тогда это будет великий праздник – вал данных, да и просто феерическое зрелище для невооруженного глаза. Но вряд ли все-таки нам на этом празднике удаться попристутсвовать, потому что характерный срок жизни измеряется сотнями, тысячи лет.
А.Г. То есть "вот-вот рванет" означает, что это может произойти через тысячу лет.
Б.Ш. На самом деле мы до сих пор занимались феноменологией, отвечали на вопросы Что? Где? Когда? На вопросы "что?" и "где?" мы точно знаем ответ – на космологических расстояниях, миллиарды световых лет и преимущественно в ранней Вселенной. К ответу на вопрос "что?" мы более-менее приблизились. Но есть еще вопросы "как?" и "почему?" Это уже сфера теории.
В смутные времена истории гамма-всплесков была просто вакханалия теоретических предположений. Шутили, что число теорий гамма-всплесков превышает число известных гамма-всплесков.
А.П. Был такой момент...
Б.Ш. Роберт Немиров опубликовал в своей работе список ста существенно разных теорий происхождения гамма-всплесков. Нет никакой возможности сказать обо всех, скажем только о той, которая кажется наиболее перспективной – она связана с гиперновой.
Как взрывается эта массивная звезда? Ее внутренности в какой-то момент теряют устойчивость и начинают проваливаться в центр с ускорением свободного падения. В центре они, в конце концов, формируют черную дыру. Но не сразу – мешает момент вращения. И в какой-то момент в центре образуется аккреционный диск. Такой же плотный и такой же массивный, как нейтронная звезда – только плоский и с громадным магнитным полем. И эта штука вращается со скоростью порядка тысячи оборотов в секунду. Это чудовищное магнитное динамо. Это динамо генерирует две струи энергии вдоль оси вращения, вверх и вниз.
Уже делали численные расчеты, которым можно верить. Эти струи за считанные секунды прожигают миллионы километров тела звезды и вырываются в открытый космос. Вот там они и могут излучить эти гамма-кванты. Причем, это происходит со скоростью, близкой к скорости света. Они могут излучать гамма-кванты часами. Но из-за того, что источник движется почти со скоростью света, эти часы (а может быть, дни) сжимаются для нас в секунды. И мы видим эти секундные всплески.
Здесь остается масса вопросов. Вообще, модель, может быть, кажется фантастической...
А.Г. После этого звезда все-таки должна рвануть...
Б.Ш. Рванет, и как раз рассчитывали, что мы и увидели эту оболочку, если бы была оболочка.
Модель кажется фантастической, на самом деле она взята из жизни. Если можно, следующий рисунок с Галактикой М-87. Я уже говорил про квазары. Вот это маленький, слабенький квазар, в эллиптической галактике М-87, довольно близкой. Там в центре яркое пятно – это сверхмассивная черная дыра. Вокруг нее есть аккреционный диск. И работает эта же самая машина, только других масштабов. И видно, что она испускает эту струю. Это светят электроны больших энергий, но там же есть и гамма-квантики, вполне приличные потоки...
А.Г. То есть поглощается огромное количество материи, создается тот самый аккреционный диск...
Б.Ш. ...являющийся генератором этой струи. Но остается масса вопросов. То есть мы просто не знаем массы вещей, не знаем, как они происходят. Мы не знаем, что генерирует эти странные кривые блеска. Мы не знаем, сколько работает эта центральная машина. Мы не знаем, как происходит взаимодействие струи с окружающим веществом, и вообще, что там играет главную роль. И все время поступают новые, осложняющие ситуацию, так сказать, данные. Буквально месяц назад опубликовано сообщение об открытии сильной линейной поляризации прямых гамма-квантов. Как это интерпретировать, никто не знает.
А.П. То есть во время всплеска GRB021206 была измерена линейная поляризация в гамма-диапазоне.
Б.Ш. Теперь немножко об уроках истории изучения гамма-всплесков. Эта история, конечно, очень богата, и она много показала.
Во-первых, она показала, чего не надо делать. Показала, насколько легко люди становятся рабами своих взглядов, своих моделей, перестают верить в экспериментальные данные. То есть показала, столько было упертых людей. Или, наоборот, тех, кто видит в данных то, чего в них нет. Видели спектральные линии, которые подтверждают теорию нейтронных звезд. Видели повторяемость гамма-всплесков, которой тоже нет. Видели якобы концентрацию галактической плоскости. Видели корреляцию с крупномасштабной структурой Вселенной, чего нет. Это, в целом, общая болезнь. На научном языке это называется "завышенная оценка статистической значимости". Ею, к сожалению, очень многие болеют.
Гамма-всплески нам все время подкидывают какие-то вещи, сажая ученых в лужу. Как будто повторяя: ты занимаешься расследованием, а не продвижением своих взглядов. Ты должен быть беспристрастным. Это прекрасный урок, я считаю. Кроме того, эта история продемонстрировала как надо. Это больше касается организации исследований. Раньше данные экспериментов были закрыты. Если ты не принадлежишь к экспериментальной команде, то чтобы получить доступ к этим данным, надо было вступить в некий торг. Одно из блестящих решений НАСА – данные открыты, поскольку они получены на деньги налогоплательщиков, пусть это будет общим достоянием.
А.П. Но это не решение – это политика НАСА.
Б.Ш. Да, но когда-то ей предшествовало решение. Теперь, работая с этими данными, любой человек, любой исследователь в мире может порыться в них и сделать открытие. Я говорю это не просто так, а потому что я сам обнаружил там вещь, которую не ожидал найти. Это гигантские всплески нашего, так сказать, домашнего галактического квазарчика "Лебедь-Х-1". Искал гамма-всплески, нашел это. Потом другие люди посмотрели свои данные и нашли то же – это просто пример.
Кроме того, эта история учит нас кооперации – Алексей является участником этой кооперации.
А.П. Действительно, исследовать всплески без кооперации тяжело, потому что мы только что видели на примере оптический наблюдений, что когда в Америке ночь – в России день, и наоборот. То есть надо объединяться в какие-то группы, в какие-то коллективы для того, чтобы эффективно искать, эффективно получать данные. Это с одной стороны.
С другой стороны, всплески хорошо ловить на орбите. Потому что когда есть всенаправленные детекторы, когда всё время ночь, когда нет засветки, легко этот всплеск поймать. Но в оптическом диапазоне все совсем не так. Проходит время, пока на Землю будут переданы координаты. Пока эти координаты дойдут до исследователей, пока даже автоматические телескопы, которые мгновенно могут разворачиваться, наведутся туда, куда надо, пройдет то самое драгоценное время, и мы потеряем возможность наблюдать, а что же там было в момент самого события в других диапазонах.
Очень интересно заглянуть в оптическом диапазоне в машину, которая там работает во время всплеска. Это даст нам неоценимые данные для того, чтобы понять детали развиваемых моделей.
Б.Ш. Подписываюсь, как теоретик.
А.П. И для этого создана международная сеть поиска оптических всплесков. Не только по оповещениям, т.е. когда сигнал о всплеске приходит с орбиты, но и просто совместных наблюдений. Если удастся показать картинку, будет очень здорово. Эти наблюдения состоят в том, что поле зрения космического телескопа, в данном случае рентгеновского телескопа НЕТЕ-2, мы смотрим синхронно нашей оптической камерой, которая покрывает это поле. И таким образом, если произойдет всплеск, мы не потеряем ни грамма ценной информации. Мы увидим на этой картинке не только то, что было в оптическом диапазоне во время всплеска, но также и то, что, возможно, предшествовало этому всплеску. А есть такие модели, которые предсказывают мощное оптическое излучение до всплеска.
Таким образом, если бы у нас был этот прибор, когда произошел всплеск, тот, о котором мы говорили, 23-го января 99-го года, то здесь, на этой картинке, он бы был ярчайшей звездой. Восьмая с половиной величина – это много, это была бы очень яркая звездочка. Так что интернационализация – в природе исследования гамма-всплесков, никуда не деться без Интернета и без совместных исследований этой проблемы.
А.Г. А какое количество наземных телескопов в состоянии сделать то, о чем вы сейчас говорите?
А.П. Нужны специализированные телескопы. Дело вот в чем. По так называемым оповещениям могут работать только узкопольные телескопы. И этих узкопольных телескопов много – во время последнего всплеска было, я думаю, до сотни сообщений от разных групп наблюдателей, которые смотрели этот всплеск. Но специализированных широкопольных камер – единицы. Это достаточно дорогое, достаточно сложное удовольствие – сделать телескоп с хорошей чувствительностью и широким полем зрения.
А.Г. А какой здесь сейчас сектор?
А.П. 20 на 20 градусов. Предельная величина здесь – 12-я звездная величина. Вообще роботизированных телескопов, порядка семи штук во всем мире, сейчас работает по программе поиска послесвечения всплесков. И еще строятся такие широкопольные камеры, чтобы искать гамма-всплески совместно с бортовыми космическими телескопами, и искать оптическое излучение, непосредственно сопровождающее гамма-всплески. Можно сразу сказать, что пока ничего не найдено. Но должно пройти некоторое время, чтобы накопилась статистика, потому что эти телескопы только-только начинают работать.
А.Г. И потом – вероятность такого события, она все-таки, наверное, невелика...
А.П. В общем, да. То есть если из поля в 4 они приходят раз в день, то из поля зрения 20 на 20 градусов нужно подождать год.
Но ожидание окупится. Потому что если мы увидим оптику и с хорошим временным разрешением исследуем ее, то мы дадим пищу теоретикам.
Б.Ш. Есть интересная аналогия. Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Кроме того что они интересны сами по себе, они просвечивают все пространство на луче зрения с больших красных смещений, и мы видим, что там происходит. Гамма-всплеск в этом плане можно называть осветительной ракетой Вселенной, ракетой, которая ярче любых маяков. Его просто надо успеть поймать. И тогда гамма-всплеск просветит все, что было во Вселенной после первых сотен миллионов лет. Практически все. Даст ответы просто на массу вопросов.
Вверх