Чтение онлайн

Рис. 10.4. Созданная на ЭВМ карта гало гамма-лучей Галактики. Внешняя серая область — это гало гамма-лучей, испускаемых вдали от плоскости Галактики неизвестными небесными источниками. Здесь не показаны гамма-лучи, возникающие в соответствии с предсказанием при взаимодействии космических лучей со светом и веществом, в галактике Млечный Путь, а также те, что исходят от однородного «свечения» гамма-лучей, порождаемого, как считают, за пределами Млечного Пути. Яркие локализованные пятна — это дискретные источники гамма-лучей

По сообщению группы ученых, работающих на гамма-телескопе «EGRET», данное открытие стало для них неожиданностью, ибо это гамма-излучение не могло, по их мнению, исходить от дискретных звездных источников, разбросанных по всему Млечному Пути, Они предположили, что оно испускается диффузным потоком космических лучей, рожденным в результате деятельности ядра нашей Галактики в прошлом. Как раз это самое предположение и было высказано в рамках теории сверхволны за 14 лет до того, как было сделано данное открытие.

Форма горизонта событий сверхволны

Для потока космических лучей, выпушенного из галактического центра 37 200 лет назад и прошедшего мимо Земли 14 200 лет тому назад, должно быть верно следующее: если t1 — это время, необходимое для преодоления космическими лучами сверхволны на околосветовой скорости расстояния из центра Галактики до произвольной точки (ПТ) на фронте космических лучей, a t2 — это время, необходимое для того, чтобы излучение, рожденное в ПТ, двигаясь со скоростью света, достигло Земли (3), причем неважно, где находится на этом фронте ПТ, то сумма времени ti + t2 всегда должно равняться 37 200 годам. Положение всех точек ПТ на этом фронте определяет эллиптический «горизонт событий» космических лучей, где ближайший фокус — это наблюдатель, а дальний фокус — галактический центр. У него будет общая длина L = (23 000 + Т) световые годы и общая ширина W = 2 [(L/2)2 —11 5002] световые годы, где Т— это количество лет, минувших после прохождения сверхволны мимо Земли. В направлении к галактическому центру мы на дальней стороне ядра Галактики наблюдаем сверхволну, находившуюся в тот момент всего в 7100 световых годах от галактического центра и в 30 000 — от Земли; глядя в направлении галактического антицентра, мы видим сверхволну, находившуюся на расстоянии 30 000 световых лет от центра Галактики и в 7100 — от Земли.

ОСТАТКИ СВЕРХНОВОЙ

Как мы видим, признаком присутствия космических лучей сверхволны, прошедшей 14 200 лет назад, является диффузное синхротронное радиоизлучение. Также они обнаруживают свое присутствие, когда сталкиваются с остатками недавно вспыхнувших сверхновых, то есть с остатками сверхновой, возраст которых не превышает нескольких тысяч лет. Горячая, турбулентная, намагниченная плазма, расширяющаяся после такого взрыва, стала бы непреодолимым барьером, захватывающим в плотные орбиты частицы падающих космических лучей сверхволны. Эти двигающиеся по орбите частицы испускали бы синхротронное излучение во всех направлениях, и часть этого излучения уходила бы в сторону Земли. Следовательно, остатки молодых сверхновых, находящиеся непосредственно за горизонтом событий сверхволны, могли бы проявиться как необычайно яркие источники синхротронного излучения. Более древние остатки казались бы менее освещенными, так как их оболочки, более широкие и дырявые, были бы относительно прозрачны для падающих космических лучей сверхволны.

На основании сверхволновой теории можно сделать вывод, что остатки молодой сверхновой, находящиеся вблизи горизонта событий сверхволны, прошедшей 14 200 лет назад, вероятно, являются необыкновенно мощными источниками синхротронного излучения. Так оно и оказалось. На рисунке 10.5 показано местонахождение 16 остатков сверхновой, у которых из выборки в 125 остатков молодых сверхновых самая высокая поверхностная радиояркость{286}. Здесь видно, что три из шестнадцати — Кассиопея-А, Крабовидная туманность и остаток сверхновой Тихо — расположены вблизи этого горизонта событий. Остальные тринадцать, хотя расстояние от них до горизонта событий точно не известно, лежат либо возле него, либо за ним, где, возможно, сталкиваются с более древними фронтами сверхволны. Некоторые из них оказываются в области внутри эллипса горизонта событий 12 500-летней давности, который в настоящее время должен иметь относительно низкие концентрации электронов галактических космических лучей. Для сравнения: когда остальные 109 остатков сверхновых с низкой или средней яркостью указывают на диаграмме (на рисунке 10.5 они не показаны), то значительная часть этих более тусклых объектов оказывается во внутренней области с низкой плотностью космических лучей. Получается, что в центральной части эллипса почти нет ярких остатков (это было предсказано в рамках сверхволновой теории).

Рис. 10. 5. Внешние и внутренние эллипсы указывают положение горизонтов событий 14 000 и 10 500 лет до н. э. Интенсивность космических лучей должна была бы достигнуть максимума на полпути между этими границами. Для сравнения показаны шестнадцать самых ярких на небе остатков сверхновой, испускающих синхротронное радиоизлучение. Радиальные стрелки указывают степень недостоверности при определении их расстояний. 2. Галактическая долгота. 3. 1 килопарсек. 4. Крабовидная туманность. 5. Тихо Браге. 6. Кассиопея-А. 7. NGC 281. 8. Земля. 9. G 70,7 ± 1,2. 10. Пульсар (PSR) 1930 ± 22. 11. ГЦ (галактический центр). 12. 10 500 лет до н. э. 13. 14 000 лет до н. э.

Мысль о том, что фронты электронов высокоинтенсивных космических лучей способны двигаться через Галактику из источника в центре Млечного Пути, была подсказана зодиакальным посланием, рассказывающим о галактическом взрыве. Значит, астрономы прежде не рассматривали серьезно возможность того, что электроны космических лучей, захваченные в эти остатки, прилетели из межзвездного пространства. Они считали, что распространение космических лучей по Галактике происходит относительно однородно и что у них столь же низкие уровни интенсивности, как и те, что наблюдают в настоящее время в окрестностях Солнечной системы. Однако при такой интенсивности эти остатки не могли бы являться источниками столь большого количества синхротронного радиоизлучения. В качестве запасного варианта астрономы рассматривали предположение о том, что космические лучи, порождающие данное излучение, возможно, являются продуктом вспышки сверхновой. Однако эта теория не объясняет, почему некоторые из более ярких остатков, например, Кассиопея-A и Крабовидная туманность, испускают радиоволны.

Кассиопея-A (Cas А) и Крабовидная туманность являются самым лучшим подтверждением теории сверхволны. Не только расстояние до них и их возраст точнее известны среди 16-ти самых ярких остатков сверхновой, они также являются двумя ярчайшими остатками сверхновой на небе. Кассиопея-A в 80 раз ярче, а Крабовидная туманность — в 17 по сравнению со средней яркостью остальных 14-ти ярких остатков сверхновой. С высокой степенью достоверности оба расположены за горизонтом событий сверхволны, прошедшей 14 200 лет назад, между двумя эллипсами, изображенными на рисунке 10.5. Кассиопея-A, находящаяся на расстоянии 9500 световых лет от нашей Солнечной системы, возникла при вспышке сверхновой, наблюдаемой западными астрономами в 1680 году. Остаток сверхновой Крабовидная туманность, отстоящей от нас на расстояние 6585 световых лет, является результатом взрыва сверхновой, замеченной китайскими астрономами в 1054 году и названной ими Звездой-гостьей.

Крабовидная туманность и Кассиопея-A уже давно привлекают внимание астрономов, поскольку источником питания для обильного потока синхротронного излучения, исходящего от этих остатков, не могли быть космические лучи, рожденные во время взрывов сверхновых, — ведь большинство тех частиц уже давно покинули свои остатки, остальные лее почти истощили свою первоначальную энергию. Следовательно, существует какой-то иной источник энергии, постоянно снабжавший эти остатки новыми электронами космических лучей. Что касается Крабовидной туманности, то астрономы предположили, что источником электронов в этом случае является пульсар, пульсирующая нейтронная звезда, расположенная почти в центре туманности или по крайней мере вдоль нашего луча зрения, направленного к ее центру (см. рис 10.6).

Рис. 10.6. Слева: фотография Крабовидной туманности, сделанная при помощи телескопа в обсерватории Маунт-Паломар. Справа: крупный план внутренней части туманности, снятой космическим телескопом. Стрелка указывает местонахождение пульсара в Крабовидной туманности

Впрочем, источником энергии для Крабовидной туманности являются, возможно, не только космические лучи, испускающие излучение, идущее, судя по наблюдениям, прямо от пульсара. К этому выводу приходишь, когда сравниваешь спектр излучения пульсара со спектром излучения туманности (см. рис 10.7). Если у обоих один и тот же наклон в рентгеновском диапазоне, а их интенсивность излучения (плотность потока) одинаково понижается с повышением частоты, то их наклоны в радио- и оптическом диапазонах существенно различаются. Большая часть рентгеновского излучения Крабовидной туманности исходит из локализованной области, расположенной на расстоянии 0,5 светового года от пульсара; следовательно, основным источником данного излучения может являться космический ветер пульсара. Однако источником синхротронного излучения туманности в радио- и оптическом диапазонах является значительно большая по размеру область, размером около 8—12 световых лет, которая бы рождалось в основном при столкновении космических лучей сверхволны с остатком сверхновой.

Рис. 10.7. Сопоставление спектров потока дифференциальной энергии от Крабовидной туманности и пульсара 6 Крабовидной туманности. 2. Логарифмическая частота. 3. Логарифмическая плотность потока. 4. Радиодиапазон. 5. Оптический диапазон. 6. Рентгеновский диапазон. 7. Пульсар в Крабовидной туманности. 8. Крабовидная туманность

Если источником энергии для данной туманности является ударная сверхволна, тогда самые высокие плотности космических лучей должны были быть в центральной части со стороны, обращенной к нам и принимающей основной удар. Дугообразный фронт ударной волны, образовавшийся с этой стороны, захватывал бы космические лучи и увеличивал бы их пространственные плотности в этой центральной обращенной к нам области. В результате излучение, испускаемое из упомянутой центральной области, с Земли казалось бы ярче. И действительно, как показывают наблюдения, синхротронное излучение в большей степени исходит из центральной части туманности. Также спектрально-линейное излучение, испускаемое возбужденными газовыми волокнами, судя по наблюдениям, в десять раз ярче в центральных 3/4 туманности, чем на ее периферии. Это удивило астрономов, ведь если энергия космических лучей, исходящих из расположенного в центре 1[ульсара, равномерно распределяется по всей оболочке сверхновой, тогда в центре системы волокон туманности яркость должна возрастать.