Рентгеновское зрение — смотрим на небо вместе с астрономом
Интересно, что было бы, если бы у нас были такие волшебные глаза, которые бы вдруг начали видеть небо в этих вот рентгеновских лучах.
Фотоны размером с человека, бывает фотон размером со слона, километровый фотон. Каким образом с помощью печки, имеющей температуру 6000, вы нагреваете окружающее пространство до миллионов градусов? И тут он начинает потихонечку пухнуть за счет того вещества, которое он утащил у своей соседки. В конце концов, настолько сильно распухает, что взрывается.
Привет, Кирилл Масленников, пулковский астроном, ведущий овощного корта. Поздравляю всех! Да, вы, наверное, сами знаете, наша отечественная гордость — корабль Спектр-Рентген-Гамма прибыл в точку Лагранжа и готов начинать свои эпохальные наблюдения энгельсского неба.
Вот по этому случаю у нас пока нет таких результатов, мы рано еще об этом говорить, но мне показалось интересным поговорить о том, как вообще мы увидели бы небо, если бы наши глаза видели не оптическое излучение, то что мы видим с вами, а были бы настроены совершенно на другую область спектра — на рентгеновские лучи.
Ну, знаете, конечно, что человек так устроен странно, хотя, может быть, и не странно, что, в общем, по сути дела, мы с вами слепые и глухие. Это моей ты спектр имеет гигантскую протяженность: от гамма-излучения, сверхкоротковолнового до километровых, даже радиоволн. Говорят, что фотоны — очень маленькие частички, там, скопич иски, ничего подобного: бывают фотоны размером с метр, бывают фотоны размером с человека, бывают фотоны размером со слона, километровый фотон. Это все точно такие же на тонны, просто у них разная длина волны.
Так вот, человеческий глаз не способен воспринимать не только... никакие органы человека не способны воспринимать ни радиоволн, ни микроволнового излучения, ни инфракрасного излучения, ни ультрафиолета, ни гена, ни гамма-излучения. Мы не чувствуем этого всего только вот по какому-то ряду, который нам может принести облегчение жестким излучением. Только это позволяет нам догадываться, что мы под ним побывали.
Со слухом такая же история: мы из огромного диапазона колебаний звуковых колебаний воздуха слышим только, в общем, сравнительно небольшой участок. И вот интересно, что было бы, если бы у нас были такие волшебные глаза, которые бы вдруг начали видеть небо именно в этих кратковолновых рентгеновских лучах.
И знаете, первая вещь, которую мы увидим, это будет Солнце. Солнце, оказывается, действительно довольно ярко светит в рентгене, но в рентгене светит не само солнце, не поверхность его, а именно светит знаменитая солнечная корона. Вы знаете, что во время полных затмений, когда Луна закрывает сам солнечный диск, в небе вспыхивает такое вот призрачное сияние — это солнечная корона. Это окружающая Солнце очень разреженная область с температурой совершенно гигантской. Там температура миллионы градусов.
Это, кстати, тоже загадка, потому что поверхность Солнца имеет температуру несколько тысяч градусов, около 6000. Как же с помощью печки, имеющей температуру 6000, вы нагреваете окружающее пространство до миллионов градусов? Это довольно трудно объяснить, и там существуют очень экзотические механизмы объяснения этого явления — всякие ударные волны, альвиновские волны, всякие такие вещи, о которых довольно долго рассказывать. Но надо будет как-нибудь это сделать.
Вообще, вы должны понимать, что рентгеновское излучение — очень высокоэнергетическое. А это означает, что для того, чтобы она появилась, нужны какие-то процессы, происходящие с большим вкладом энергии. То есть, либо это тепло, не просто тепло, а вот такие миллионы градусов в солнечной короне, либо это какие-то не тепловые процессы.
Например, первое рентгеновское излучение было открыто рентгеном от тормозящихся быстрых электронов. Электроны, разогнанные до больших скоростей, когда они начинают ударяться о вещество, тормозятся, они излучают вот такие энергетические фотоны. Может происходить другая вещь: в магнитном поле сильно разогнанные электроны разгоняются магнитными силами до таких огромных скоростей и начинают излучать вот такое воск на эротическое изучение. Это так называемое синхротронное излучение, и в космосе очень много его источников, потому что много сильных магнитных полей.
Наконец, это может быть так называемый комптоновский эффект: у нас могут появляться очень быстро разогнанные электроны, разогнанные почти до световых скоростей. Если какой-нибудь медленный фотон случайно попадает на этот электрон, то он забирает энергию у быстро несущегося электрона и сам становится рентгеновским. Вот такие механизмы ведут к возникновению этого экзотического излучения.
Это означает, что если мы его видим, то в этой области происходит какая-то, в общем, страшно интересная вещь. Вот и 1, 1 назвал это солнечной короной.
Больше в солнечной системе источников такой колоссальной энергии, кроме Солнца, нету, и поэтому остальные рентгеновские звезды были бы нами видны уже на ночном небосводе.
Ну вот совсем не так, как мы видим оптическое небо, это были бы на небе буквально несколько, но очень ярких точечных источников. Вот, например, одно из созвездий — Скорпион. Люди, которые любят астрономию, знают, как летом она на юге появляется низко над горизонтом. Очень красивое созвездие, там яркая звезда Антарес, ярко-красная, такая же, как Марс, такая же красная, как Марс. Вот в этом созвездии как раз находится самый яркий на небе источник рентгеновского излучения, называется Скорпион X1.
Откуда берется то рентгеновское излучение? И вот тут мы приходим к целому классу очень интересных астрономических систем, которые называются тесные двойные звезды. Вы слышали, конечно, что очень много звезд живет не по одиночке, а парами. Есть даже и более обширные группы звезд, и делаем ее кратные звезды. На нем уже менее устойчивы, и они встречаются реже, а вот двойных звезд очень много.
Больше половины всех звезд точно двойные. Если такая двойная система оказывается довольно близко расположенной, элементы этой системы находятся близко друг к другу. А это происходит почему? Потому что они рождаются где-то близко друг к другу, они рождаются совместно. Тогда в этой системе происходят довольно интересные вещи.
Одна из звезд более массивная, она быстрее эволюционирует, она быстрее начинает вырабатывать свое ядерное горючее, которое находится в ее недрах. И по мере того, как это горючее пропадает, она начинает потихонечку раздуваться, потому что силы газового давления начинают превозмогать гравитационное сжатие.
Звезда начинает распухать. Вот она распухает до тех пор, пока не доходит до внешней границы своего равновесия, так называемой полости Роша, по имени теоретика, который рассчитал вот эту форму этой вот полости. Она заполняет эту полость, и дальше, когда начинает раздвигаться еще больше, вещество начинает из нее вытекать.
А куда она вытекает? Вытекает она, конечно, к другой звезде — звезде-компаньону, которую тут же это вещество перехватывает и начинает стягивать на себя. Вот и тут она начинает потихонечку пухнуть за счет того вещества, которое он утащил у своей соседки. Вот и в конце концов настолько сильно распухает, что взрывается, видя сверхновой.
Я очень схематически, очень, конечно, плохо от меня Олеге сейчас будут ругать за это дело, но поскольку у меня были только такие очень принципиальные вещи расставить, вот примерно так происходит эволюция в тесной двойной системе.
Что в результате получается? Открывается аккреционный диск. Я уже опять-таки много раз рассказывал в наших программах о том, что такое аккреция. Такой аккреционный диск можно посмотреть в соответствующем ролике. Так вот, в этой системе, поскольку есть обмен веществом, перекачка вещества от одной звезды к другой, происходит образование вот такого диска вокруг одной из звезд, в котором, как вы уже тоже знаете, происходит огромное энерговыделение благодаря работам наших статистиков, Кура и Синяева.
Еще в 70-х годах был тот механизм разработан, в результате которого мы знаем, что в таких дисках энергия выделяется с очень высокой эффективностью: примерно 40 процентов вещества переходит в энергию по энергодиаметрической формуле.
Вот еще один получается источник рентгеновского излучения, который мы наблюдаем — таких тесных двойных систем. И на небе можно видеть в нескольких созвездиях такие яркие точки, созвездия Лебедя, например, созвездия Геркулеса, источник видеоcex 1, звезда ss 433, так называемые микро-квазары.
Генов ски часто говорят, что каждый из этих объектов заслуживает отдельного рассказа. Я бы очень был бы рад, если бы мне представилась возможность хотя бы порассуждать о них вам специально рассказать.
Но перейду к следующим источникам рентгеновского излучения — это черные дыры. Сверхмассивные черные дыры, которые, как вы все знаете, находятся в центрах галактик большинства галактик. А сколько там тоже есть аккреционные диски. Оттуда тоже происходит очень сильное энерговыделение в основном по январских случаях. Именно эти, кстати, говорили источники, в основном и будет наблюдать наш корабль Спектр-Рентген-Гамма.
Сгибайте пальцы! Следующий класс источников — это остатки сверхновых звезд. Вот когда звезда взрывается, так как я только что рассказывал, ее оболочки разлетаются со старшей скоростью во все стороны и подогреваются излучением, из остатка, который находится в центре этого образования.
Эти так называемые триллионы тоже очень ярко светят рентгеновским излучением. Забыл об одной очень важной вещи: межгалактический горячий газ. Оказалось, что между галактиками есть не только таинственное темное вещество, темная материя, о котором мы тоже говорили раз в наших роликах, но есть еще и облака очень горячего разреженного газа.
Поскольку он очень горячий, тоже должен светить в рентгене. Вот еще один источник рентгеновского излучения, он уже будет виден на нашем небе. Если мы просто посмотрим нашими фантастическими рентгеновскими глазами, будет виден как некий такой фон. То есть, как бы небо будет все светиться слегка вот в этой высокоэнергетическом излучении благодаря тому, что вот есть эти вот запасы межгалактического рентгеновского газа.
Вот, пожалуй, все, что можно сказать о возможных источниках излучения на рентгеновском небе. Это будет очень интересная картина, если могли бы увидеть. Кроме того, там будут регулярно появляться вспыхивающие точки, потому что очень многие рентгеновские источники работают в режиме взрывов, причем периодических взрывов. Таким образом, мы будем видеть часть источников постоянными, а часть мигающими, причем с довольно определенным периодом.
Вот такая оптическая картинка будет видно тому, у кого появятся такие необыкновенные рентгеновские глаза. Не знаю, получилось ли интересно, но мне кажется, что если бы у нас были такие глаза, мы бы просто не сводили глаз с рентгеновского неба. И любого я бы до следующих встреч!
В следующий раз, наверное, расскажем о небе, которое видно в гамма-лучах. Там происходят совсем другие вещи. Счастливо, до следующей стойки!
[музыка]