Гамма-кванты во Вселенной

На протяжении весьма длительного времени астрономия была чисто "оптической" наукой. Пожалуй, еще более многообещающим источником космической информации являются гамма-кванты во Вселенной. Дело в том, что энергия гамма-квантов может в сотни тысяч и миллионы раз превосходить энергию фотонов видимого света. Для таких гамма-квантов Вселенная фактически прозрачна. Они распространяются практически прямолинейно, приходят к нам от весьма удаленных объектов и могут сообщить чрезвычайно ценные сведения о многих физических процессах, протекающих в космосе. Особенно важную информацию гамма-кванты во Вселенной способны принести о необычных, экстремальных состояниях материи. Так, например, гамма-кванты возникают при взаимодействии вещества и антивещества, а также там, где происходит рождение космических лучей – потоков частиц высоких энергий. Главная трудность гамма-наблюдений во Вселенной заключается в том, что хотя энергия космических гамма-квантов и очень велика, но число этих квантов в околоземном пространстве ничтожно мало.

Пожалуй, более многообещающим источником космической информации являются гамма-кванты во Вселенной. Гамма-телескоп

Современные гамма-телескопы даже от самых ярких гамма-источников регистрируют примерно один квант за несколько минут. Значительные трудности возникают и вследствие того, что первичное космическое излучение приходится изучать на фоне многочисленных помех. Под действием заряженных частиц космических лучей, приходящих на Землю, – протонов и электронов, начинают ярко "светиться" в гамма-диапазоне и земная атмосфера, и конструкции космического аппарата, на борту которого установлена регистрирующая аппаратура.

Как же выглядит Вселенная в гамма-квантах? Представьте себе на минуту, что ваши глаза чувствительны не к видимому свету, а к гамма-квантам. Какая картина предстала бы перед нами? Взглянув на небо, мы не увидели бы ни Солнца, ни привычных созвездий, а Млечный Путь выглядел бы узкой светящейся полоской.

В настоящее время с помощью гамма-телескопов, установленных на космических аппаратах, зарегистрировано несколько десятков источников гамма-квантов во Вселенной. Пока еще нельзя точно сказать, что они собой представляют, – звезды ли это или другие компактные объекты, или, может быть, протяженные образования. Есть основания предполагать, что гамма-кванты во Вселенной возникают при нестационарных, взрывных явлениях. К числу таких явлений относятся, например, вспышки сверхновых звезд. Однако при обследовании 88 известных остатков сверхновых было обнаружено только два источника гамма-квантов. В то же время зарегистрированы внегалактические источники во Вселенной гамма-квантов, связанные с активными галактиками и квазарами, где происходят взрывные процессы, в десятки миллионов раз более мощные, чем вспышки сверхновых. Не исключена возможность, что современная астрономия стоит на пороге открытия принципиально нового класса космических объектов, физическая природа которых нам еще неизвестна. Весьма интересный гамма-источник во Вселенной был обнаружен также в созвездии Змееносца. В этом месте находится плотное газопылевое облако, внутри которого расположена группа молодых горячих вспыхивающих звезд. Зарегистрированы гамма-кванты и от другой туманности – туманности Ориона, в которой есть молодые звезды и где по некоторым данным наблюдается расширение систем таких звезд – звездных ассоциаций.

Регистрация космических гамма-квантов высокой энергии во Вселенной, в принципе, позволяет обнаруживать объекты, которые являются генераторами космических лучей, т. е. решить задачу, давно являющуюся одной из важнейших в астрофизике. Дело в том, что при взаимодействии энергичных ядер, входящих в состав космических лучей, с межзвездной средой, окружающей их источник, – частицами газа или пыли, – должны рождаться особые элементарные частицы, так называемые пи-ноль-мезоны. Частицы эти недолговечны и распадаются на гамма-кванты, которые и могут быть зарегистрированы с помощью гамма-телескопов. При этом гамма-свечение тем ярче, чем больше плотность космического излучения. Таким образом, наблюдения в гамма-диапазоне позволяют не только определять, где расположен объект, порождающий космические лучи, но и оценивать его интенсивность.

Источниками гамма-квантов во Вселенной являются и нейтронные звезды – пульсары. В частности, самая яркая "звезда" в гамма-диапазоне – пульсар, расположенный в созвездии Парусов, невидимый для оптических телескопов. Другая "гамма-звезда" отождествлена со знаменитым пульсаром в Крабовидной туманности. Однако каких-либо непосредственных доказательств того, что в пульсарах рождаются энергичные ядра и таким образом именно пульсары являются источниками космических лучей, пока нет. Скорее всего, гамма-свечение пульсаров порождается быстрыми электронами.

Дальнейшее изучение космических гамма-квантов должно дать ответы на многие вопросы, имеющие фундаментальное значение для понимания строения космических объектов и происходящих во Вселенной физических процессов. В частности, то обстоятельство, что гамма-кванты во Вселенной распространяются прямолинейно, открывает возможность не только обнаруживать очень далекие источники гамма-излучения, но и определять направления, в которых они находятся. А поскольку механизм возникновения во Вселенной гамма-квантов связан с воздействием "нетепловых" частиц достаточно высокой энергии, то это излучение несет с собой чрезвычайно ценную информацию о физических процессах, происходящих в таких районах Вселенной, где существует высокая концентрация нетепловых частиц.

Инструменты