Айзък Азимов
Гравитационната гибел на вселената (24) (Колапсиращата вселена или историята на черните дупки)

Отвъд светлината

През 1911 г. американският физик от австрийски произход Виктор Франсис Хес (1883–1964) успял да покаже, че някакви много енергетични форми на радиация от космическото пространство достигат до земната повърхност. Те били наречени космични лъчи.

Космичните лъчи се състоят от много бързи електрически заредени атомни ядра. Те водят началото си от милионите свръхнови в нашата Галактика, избухнали по време на нейния живот. Понеже частиците на космичните лъчи са електрически заредени, те изменят траекториите си под действието на магнитните полета на отделните звезди и на Галактиката като цяло. Те завършват своя път, идвайки до нас от различни посоки, и ние не можем да кажем точно откъде някоя конкретна частица е започнала своето странствуване. Астрономите продължават да се интересуват от космичните лъчи, но те не могат да извлекат информация за отделните звезди, откъдето те са тръгнали.

През 1931 г. американският радиоинженер Карл Гуте Янски (1905–1950) открил съществуването на микровълни, които идват до нас от небето. Микровълните са подобни на светлината вълни без електричен заряд, които се движат праволинейно, без да се влияят от магнитните полета. Микровълните, както показва името им, са вълни също като светлинните, но тяхната дължина е около милион пъти по-голяма от тази на светлината.

Микровълните носят името си от гръцката дума микро, която означава „малък“. Те принадлежат към групата на излъчване, наречена радиовълни, и са най-малките в тази група. (Между другото микровълните често се разглеждат като радиовълни.)

Тъй като микровълните са много по-дълги в сравнение със светлинните, те имат по-малка енергия и се детектират по-трудно. Нещо повече — точността, с която може да бъде определено положението на източника на вълни, намалява с увеличаване на дължината на вълната при равни други условия. Затова е по-трудно да се определи мястото на един източник на микровълни, отколкото на светлинния. По тази причина известно време не било направено почти нищо за изследването на микровълните.

Съществуването на микровълни в космическото пространство показва, че звездите излъчват във всички дължини на вълните. Оказва се, че както светлината с нейните къси дължини на вълните, така и микровълните се пропускат от земната атмосфера за разлика от вълни с други дължини, които не се пропускат. Атмосферата по една или друга причина е непрозрачна за вълни, по-къси от тези на светлината, за вълни с дължини, по-големи от тези на микровълните, както и за вълни с някои междинни дължини.

В началото на 1950 г. започна изстрелването на ракети в космическото пространство над атмосферата за изследване на тези дължини на вълните, които не се пропускат от нея. В началото космическите апарати престояваха много кратко време извън атмосферата, преди да се върнат отново на Земята.

От 1957 г. първо Съветският съюз, след него и САЩ започнаха да изстрелват спътници в орбита около Земята. Спътниците вече можеха да останат в орбита дълго време. Те носеха на борда си апаратура, която можеше да изследва пълния обхват на идващото от небето излъчване. С подходяща апаратура учените успяха да детектират ултравиолетовите лъчи, които имат по-малка дължина от вълните на видимата светлина, рентгеновите лъчи, които имат още по-малка дължина, и дори много по-късите гама-лъчи.

Бурните процеси изискват по-високи температури и водят следователно до по-високоенергетично излъчване. Всяка звезда може да излъчва светлина, но само звездите, в които протичат бурни процеси — т.е. по-интересните звезди, ще излъчват рентгенови лъчи.

Пример за това е нашето Слънце, което излъчва рентгенови лъчи от най-външния слой на атмосферата си, наречен корона. Това е така, защото топлината, излъчена от Слънцето, се поглъща от разпръснатите в короната разредени атоми и тяхната температура се повишава до милиони градуси. (Общата температура на короната обаче не е много висока, тъй като отделните атоми, макар и много горещи, са твърде малко на брой.)

Поради близостта си до нас Слънцето е най-мощният източник на рентгенови лъчи на небето. Ако то се намираше на разстоянието на най-близките звезди, неговото излъчване в този диапазон щеше да бъде толкова слабо, че не би могло да се детектира. Сириус например е значително по-голяма и по-гореща звезда от нашето Слънце и несъмнено той също излъчва рентгенови лъчи, няколко пъти по-интензивни от слънчевите. Сириус обаче се намира на разстояние девет светлинни години и неговите рентгенови лъчи не могат да се уловят.

Ако рентгеновите лъчи можеха да се детектират от характерните за звездния свят разстояния, те биха свидетелствували за протичането на бурни процеси, но в началото астрономите смятаха, че тяхното детектиране не е възможно. До 1960 г. съществуваше мнението, че Слънцето е единственият източник на рентгенови лъчи в Космоса. Независимо от това астрономите проявяваха интерес към изследването и на нощното небе, тъй като имаше вероятност рентгеновите лъчи на Слънцето да се отразяват от Луната — това би донесло информация за свойствата на нейната повърхност. (Всичко това ставаше още преди астронавтите да кацнат на Луната.)

През 1963 г. под ръководството на американския астроном Хърбърт Фридман (1916) бяха проведени извънатмосферни изследвания за детектиране на отразените от Луната рентгенови лъчи. Такива не бяха намерени, но за голяма своя изненада учените уловиха рентгенови лъчи от други направления. През следващите години бяха изстреляни няколко спътника с единствената цел да картират небето в рентгеновата област. Те успешно определиха положенията на стотици рентгенови източници.

Това показа Вселената в съвършено нов облик. Рентгенов източник, който може да се забележи на звездни, дори и на галактични разстояния, свидетелствува за бурни процеси, силно надхвърлящи всичко, което досега сме познавали.

Съществуването на рентгенови източници отново събуди надеждата, че неутронните звезди могат да бъдат детектирани. След образуването си неутронната звезда в известен смисъл представлява оголено звездно ядро. Температурата на повърхността й е като температурата на звездните недра в обикновените звезди. По теоретични пресмятания такава звезда трябва да свети с повърхностна температура 10 000 000°C.^[1]

Една неутронна звезда с такава температура на повърхността си ще излъчва главно в рентгеновата област. Логически следва въпросът, дали някои от космичните рентгенови източници не са неутронни звезди.

Естествено това не е единствената възможност. Източник на рентгенови лъчи може да бъде силно нагорещеният газ, изхвърлен при взривяването на свръхнови — механизмът е същият, както и в короната на Слънцето.

Тези две възможности трябва да се разграничат — една неутронна звезда ще изглежда като точка, а газовият облак — като добре очертано петно. Следователно много неща ще зависят от това, дали рентгеновият източник е точков или площен^[2] обект.

Първа била заподозряна като източник на рентгеново излъчване Ракообразната мъглявина. Тъй като това е остатък от огромен взрив на свръхнова в нейния център сред изхвърлените газове може да се намира неутронна звезда. Освен това газът там се намира в състояние на енергетичен хаос. Затова рентгеновите лъчи могат да се породят както от предполагаемата неутронна звезда, ако такава съществува, така и от газа или и от двете, взети заедно.

През 1964 г. се очаквало Луната да покрие Ракообразната мъглявина. При това тя би могла да засенчи нейното рентгеново излъчване. Ако източникът е точков, какъвто е неутронната звезда, при преместването на Луната пред мъглявината неговият интензитет в даден момент изведнъж ще намалее до нула. А ако източник е газът, то интензитетът ще намалява постепенно. В случай че рентгеновите лъчи идват и от двата източника, интензитетът им отначало ще спада плавно, след което ще има внезапен минимум, а след него отново следва плавно покачване, симетрично по форма на началния спад.

По време на покритието на Ракообразната мъглявина от Луната била изстреляна ракета за измерване на интензитета на рентгеновите лъчи. При движението на Луната излъчването постепенно отслабнало. Като че ли източникът бил турбулентният газ в мъглявината. Надеждите за откриването на неутронна звезда повехнали.