Роль гамма-квантів у Всесвіті

Протягом тривалого часу астрономія була суто "оптичною" наукою. Мабуть, ще більш перспективним джерелом космічної інформації є гамма-кванти у Всесвіті. Справа в тому, що енергія гамма-квантів може в сотні тисяч і мільйони разів перевершувати енергію фотонів видимого світла. Для таких гамма-квантів Всесвіт фактично прозорий. Вони поширюються практично прямолінійно, приходять до нас від дуже віддалених об'єктів і можуть повідомити надзвичайно цінні відомості про багато фізичних процесів, які протікають у космосі. Особливо важливу інформацію гамма-кванти у Всесвіті здатні принести про незвичайні, екстремальні стани матерії. Так, наприклад, гамма-кванти виникають при взаємодії речовини і антиречовини, а також там, де відбувається народження космічних променів – потоків високих енергій. Головні труднощі гамма-спостережень у Всесвіті полягають в тому, що хоча енергія космічних гамма-квантів і дуже велика, але кількість квантів у навколоземному просторі мізерно мало.

Сучасні гамма-телескопи навіть від найяскравіших гамма-джерел реєструють приблизно один квант за кілька хвилин. Значні труднощі виникають і тому, що первинне космічне випромінювання доводиться вивчати при численних перешкодах. Під дією заряджених частинок космічних променів, що приходять на Землю, - протонів та електронів, починає яскраво "світитися" в гамма-діапазоні і земна атмосфера, і конструкції космічного апарату, на борту якого встановлена апаратура, яка реєструє.

Як же виглядає Всесвіт у гамма-квантах? Уявіть собі на мить, що ваші очі чутливі не до видимого світла, а до гамма-квантів. Яка картина постала б перед нами? Поглянувши на небо, ми б не побачили ні Сонця, ні звичних сузір'їв, а Чумацький Шлях виглядав би вузькою смужкою, яка світиться.

В даний час за допомогою гамма-телескопів, встановлених на космічних апаратах, зареєстровано кілька десятків джерел гамма-квантів у Всесвіті. Поки що не можна точно сказати, що вони являють собою, – чи зірки це, чи інші компактні об'єкти, чи, можливо, протяжні утворення. Є підстави припускати, що гамма-кванти у Всесвіті виникають за нестаціонарних, вибухових явищ. До таких явищ відносяться, наприклад, спалахи наднових зірок. Однак при обстеженні 88 відомих залишків наднових було виявлено лише два джерела гамма-квантів. У той же час зареєстровані позагалактичні джерела у Всесвіті гамма-квантів, пов'язані з активними галактиками та квазарами, де відбуваються вибухові процеси, у десятки мільйонів разів сильніші, ніж спалахи наднових. Не виключена можливість, що сучасна астрономія стоїть на порозі відкриття нового класу космічних об'єктів, фізична природа яких нам ще невідома. Дуже цікаве гамма-джерело у Всесвіті було виявлене також у сузір'ї Зміїносця. У цьому місці знаходиться щільна газопилова хмара, всередині якої розташована група молодих гарячих зірок, які спалахують. Зареєстровано гамма-кванти також від іншої туманності – туманності Оріону, в якій є молоді зірки та за деякими даними спостерігається розширення систем таких зірок – зіркових асоціацій.

Реєстрація космічних гамма-квантів високої енергії у Всесвіті, в принципі, дозволяє виявляти об'єкти, які є генераторами космічних променів, тобто вирішити завдання, яке давно є однією з найважливіших в астрофізиці. Справа в тому, що при взаємодії енергійних ядер, що входять до складу космічних променів, з міжзоряним середовищем, що оточує їх джерело, - частинками газу або пилу, - повинні народжуватися особливі елементарні частинки, так звані піноль-мезони. Частинки ці недовговічні і розпадаються на гамма-кванти, які можуть бути зареєстровані за допомогою гамма-телескопів. При цьому гамма-світлення тим яскравіше, чим більша густина космічного випромінювання. Таким чином, спостереження в гамма-діапазоні дозволяють не тільки визначати, де розташований об'єкт, що породжує космічні промені, але й оцінювати його інтенсивність.

Джерелами гамма-квантів у Всесвіті є і нейтронні зірки – пульсари. Зокрема, найяскравіша "зірка" в гамма-діапазоні – пульсар, розташований у сузір'ї вітрил, невидимий для оптичних телескопів. Інша "гамма-зірка" ототожнена зі знаменитим пульсаром у Крабоподібній туманності. Однак якихось безпосередніх доказів того, що в пульсарах народжуються енергійні ядра і таким чином саме пульсари є джерелами космічних променів, поки що немає. Найімовірніше, гамма-світіння пульсарів породжується швидкими електронами.

Подальше вивчення космічних гамма-квантів має дати відповіді на багато питань, які мають фундаментальне значення для розуміння будови космічних об'єктів і фізичних процесів, що відбуваються у Всесвіті. Зокрема, та обставина, що гамма-кванти у Всесвіті поширюються прямолінійно, відкриває можливість не тільки виявляти дуже далекі джерела гамма-випромінювання, а й визначати напрямки, в яких вони знаходяться. А оскільки механізм виникнення у Всесвіті гамма-квантів пов'язаний із впливом "нетеплових" частинок досить високої енергії, то це випромінювання несе із собою надзвичайно цінну інформацію про фізичні процеси, що відбуваються в таких районах Всесвіту, де існує висока концентрація нетеплових частинок.