Космос. Прошлое, настоящее, будущее

В последние годы обсуждается особый тип сверхновых – гиперновые (англ. hypernova). Это наиболее грандиозный тип взрыва массивной звезды, знаменующий рождение черной дыры и ответственный за космические гамма-всплески. Существование гиперновых пока остается гипотезой, предложенной в связи с попытками объяснить явление гамма-всплесков, которые уже более полувека наблюдаются в далеких галактиках. Оптические вспышки, связанные с гамма-всплесками, выглядят значительно ярче обычных сверхновых. Поэтому либо энергия таких взрывов существенно превосходит энергию сверхновых, либо она излучается не изотропно, а направленно, в виде узкого луча, что нехарактерно для обычных сверхновых.

Открытие гамма-всплесков, природа которых до сих пор не вполне ясна, – одно из важнейших событий в астрофизике нового времени. Гамма-всплески (gamma-ray bursts, GRBs) – это кратковременные вспышки космического гамма-излучения, регулярно фиксируемые орбитальными обсерваториями. Уже более полувека и до недавних пор их не могли отождествить с какими-либо космическими объектами. Первый гамма-всплеск зарегистрировали 2 июля 1967 года американские военные спутники серии Vela, следившие за соблюдением международного договора от 1963 года о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой. Одновременная регистрация несколькими спутниками показала, что этот и последующие гамма-всплески не вызваны ядерными взрывами на Земле. Но где именно расположены их источники, долгие годы оставалось загадкой. Основная трудность в том, что гамма-детекторы имеют очень низкое угловое разрешение, т. е. крайне неточно указывают направление на источник.

Ситуация изменилась 28 февраля 1997 года, когда специализированный спутник Beppo-SAX (Италия и Голландия) зарегистрировал всплеск сначала в гамма-, а затем в рентгеновском диапазоне, где достигается более высокое угловое разрешение. Выяснилось, что за первоначальным всплеском излучения в гамма-диапазоне обычно следует долгоживущее «послесвечение», излучаемое на более длинных волнах (рентген, УФ, оптика, ИК и радио). Используя метод последовательного уточнения координат при переходе в более мягкие диапазоны спектра, с помощью наземных телескопов вскоре стали обнаруживать оптическое послесвечение гамма-всплесков, позволившее точно определить их положение на небе и отождествить с известными объектами.

Оказалось, что большинство таких вспышек происходит в очень далеких галактиках, находящихся от нас на расстояниях в миллиарды световых лет. Мощность этих взрывов невероятно велика: если при вспышке энергия излучается изотропно, то светимость источника превышает 10⁴⁵ Вт (для сравнения: светимость большинства квазаров не превышает 10⁴⁰ Вт). Поэтому большинство исследователей считает, что гамма-всплеск представляет собой узкий луч мощного излучения, испускаемого во время вспышки гиперновой, когда быстро вращающаяся массивная звезда коллапсирует, превращаясь в черную дыру. При этом за несколько секунд высвобождается столько энергии, сколько Солнце излучает за все время своей эволюции (10 млрд лет). Наши приборы замечают это событие только в том случае, если луч направлен на Землю. Скорее всего, это биполярный луч, выходящий из источника в двух диаметрально противоположных направлениях.

В каждой конкретной галактике такие события происходят редко – несколько раз за миллион лет. До сих пор все наблюдаемые гамма-всплески происходили за пределами нашей Галактики. Если такое событие произойдет в Галактике и гамма-луч попадет на Землю, то это может вызвать экологическую катастрофу.

Нужно подчеркнуть, что до сих пор даже классификация гамма-всплесков не разработана сколько-нибудь детально, а их физические механизмы во многом остаются загадочными. Но у большинства астрофизиков нет сомнений, что гамма-всплески связаны с последними мгновениями жизни массивных звезд. Невероятная мощность этого явления позволяет нам регистрировать его на огромных расстояниях от Галактики, следовательно, в далеком прошлом. Но другое астрофизическое явление уносит нас в гораздо более далекое прошлое, в ту эпоху, когда звезды еще даже не родились.

Реликтовое излучение

Речь идет о фоновом космическом радиоизлучении, которое образовалось на ранних стадиях развития Вселенной. Это электромагнитное излучение приходит к Земле с одинаковой интенсивностью со всех областей неба и имеет спектр, соответствующий тепловому излучению при температуре T = 2,725 ± 0,002 К. Поскольку источник реликтового излучения лежит дальше всех известных объектов, а максимум в спектре приходится на длину волны 1 мм, его называют также космическим микроволновым фоновым излучением (cosmic microwave background radiation, CMBR), или космическим микроволновым фоном, или еще короче – реликтовым излучением. Этот термин ввел советский астрофизик И. С. Шкловский (1916–1985), поэтому он чаще используется в русскоязычной литературе.