Глазами физика

Звезда-донор может передавать аккрецирующей нейтронной звезде до примерно 10¹⁸ граммов материи в секунду. Это кажется довольно большой величиной, но даже при такой огромной скорости для передачи количества материи, равного массе Земли, потребовалось бы 200 лет. Материя с диска течет по направлению к аккретору под воздействием его мощного гравитационного поля, разгоняющего газ до чрезвычайно высокой скорости – от трети до половины скорости света. Гравитационная потенциальная энергия, освобождаемая этой материей, преобразуется в кинетическую энергию (примерно 5 × 10³⁰ Вт) и нагревает стремительно летящий водород до температуры в миллионы градусов.

Вы уже знаете, что, нагреваясь, материя испускает излучение черного тела (см. главу 14). Чем выше температура, тем высокоэнергетичнее это излучение, из-за чего его волны становятся короче, а частота повышается. Когда материя достигает температуры 10–100 миллионов кельвинов, генерируемое ею излучение представлено в основном рентгеновскими лучами. Почти все 5 × 10³⁰ Вт испускаются в виде рентгеновского излучения; сравните это с полной светимостью Солнца (4 × 10²⁶ Вт), которое генерирует в виде рентгеновских лучей всего около 10²⁰ Вт. Да поверхность нашего Солнца по сравнению с этой материей просто ледяная!

Сами нейтронные звезды слишком малы, чтобы быть увиденными оптическими методами, но с помощью оптического телескопа мы можем наблюдать гораздо большие звезды-доноры и аккреционные диски. Диски сами могут излучать немного света – отчасти вследствие процесса, который называется нагреванием рентгеновским излучением. Когда материя с диска обрушивается на поверхность нейтронной звезды, получившиеся в результате рентгеновские лучи расходятся во всех направлениях и, следовательно, проходят через сам диск, нагревая его до еще более высоких температур. Я расскажу об этом подробнее в следующей главе, посвященной рентгеновским вспышкам.

Открытие рентгеновских двойных стало разгадкой первой загадки рентгеновского излучения вне Солнечной системы. Теперь мы понимаем, почему рентгеновская светимость источника, например Sco X-1, в 10 тысяч раз больше его оптической светимости. Рентгеновские лучи испускаются очень горячей нейтронной звездой (ее температура составляет несколько десятков миллионов кельвинов), а видимый свет – намного более холодной звездой-донором и аккреционным диском.

И вот, когда мы решили, что наконец-то полностью поняли, как работают рентгеновские двойные звезды, природа преподнесла нам очередной сюрприз. Рентгеновские астрономы начали делать открытия, явно опережавшие теоретические модели.

В 1975 году открытие действительно странного явления привело меня к наивысшей точке научной карьеры. Я полностью погрузился в наблюдения, изучение и попытки объяснить это замечательное и загадочное явление – рентгеновские вспышки.

История рентгеновских вспышек, между прочим, включает мою борьбу с русскими учеными, которые неверно толковали собственные данные, а также с некоторыми из моих коллег из Гарварда, полагавшими, что рентгеновские вспышки – результат деятельности очень массивных черных дыр (бедные черные дыры, их несправедливо обвиняли в очень многих бедах!). Хотите верьте, хотите нет, мне даже приказывали (и не раз) не публиковать кое-какие данные о вспышках из соображений национальной безопасности.

14. Знакомьтесь: рентгеновские барстеры!

Природа всегда полна сюрпризов, и в 1975 году она мощно потрясла все рентгеновское сообщество. Происходили такие удивительные события, что эмоции порой выходили из-под контроля, и я находился в самом центре происходящего. На протяжении многих лет я спорил с одним коллегой из Гарварда (который меня не слушал), но большего успеха добился в убеждении советских коллег (они меня слушали). Признаться, из-за ведущей роли во всей этой истории мне зачастую крайне трудно быть объективным, но я постараюсь!

Очередным сюрпризом природы стали вспышки рентгеновского излучения. Их, независимо друг от друга, открыли в 1975 году Гриндлей и Хейзе, использовавшие данные, полученные с помощью телескопа Космической обсерватории Нидерландов (ANS – Astronomical Netherlands Satellite), и Белиан, Коннер и Эванс, опиравшиеся на данные, собранные двумя американскими спутниками-шпионами Vela-5, предназначенными для слежения за испытаниями ядерного оружия. Вспышки рентгеновского излучения не имели ничего общего с изменчивостью, обнаруженной нами у Sco X-1; этот источник, если помните, произвел четырехкратную вспышку с десятиминутной периодичностью, которая длилась несколько десятков минут. Рентгеновские же вспышки были намного быстрее и ярче и продолжались всего несколько десятков секунд.