Nebo v rentgenovskih luchah

1. Vvedenie

V 1995 godu ispolnilos' 100 let so dnya otkrytiya velikim nemeckim fizikom Vil'gel'mom Konradom Rentgenom novogo vida izlucheniya, kotoryi poluchil nazvanie rentgenovskih luchei. Seichas trudno predstavit' takuyu oblast' nauki i tehniki, gde by ne ispol'zovalis' eti luchi. Ne ostalas' v storone i astronomiya.

V 1992 godu ispolnilos' 30 let so dnya rozhdeniya rentgenovskoi astronomii. Imenno v 1962 godu vpervye bylo zaregistrirovano rentgenovskoe izluchenie ot kosmicheskogo istochnika Skorpion X-1. Rentgenovskoe izluchenie Solnca bylo zaregistrirovano eshe v 1948 godu. S teh por rentgenovskaya astronomiya dostigla vpechatlyayushih uspehov. Byli otkryty moshnye istochniki kosmicheskogo rentgenovskogo izlucheniya kak v nashei Galaktike, tak i istochniki vnegalakticheskogo proishozhdeniya.

Pod rentgenovskim izlucheniem prinyato ponimat' elektromagnitnye volny v oblasti energii 0,1-300 keV. Etot diapazon, v svoyu ochered', delitsya na tri poddiapazona: 0,1-5 keV (myagkoe rentgenovskoe izluchenie), 5-50 keV (klassicheskii rentgenovskii diapazon) i 50-300 keV (zhestkoe rentgenovskoe izluchenie). Elektromagnitnoe izluchenie v oblasti energii E≥300 keV prinyato nazyvat' gamma-izlucheniem. Takoe razdelenie svyazano s raznymi principami i metodami registracii izlucheniya. Dlya raznyh diapazonov harakterny i raznye mehanizmy generacii fotonov.

Nasha Zemlya nadezhno zashishena atmosferoi ot pronikayushego zhestkogo elektromagnitnogo izlucheniya. Poetomu rentgenovskie istochniki registriruyutsya s pomosh'yu detektorov, ustanovlennyh na kosmicheskih korablyah i sputnikah. Takimi detektorami yavlyayutsya gazovye proporcional'nye schetchiki ili special'nye tverdye kristally – scintillyatory, v kotoryh registriruetsya tok elektronov, voznikayushih v processe ionizacii pod deistviem rentgenovskogo kosmicheskogo izlucheniya. V kachestve detektorov v poslednee vremya uspeshno ispol'zuyutsya zerkal'nye teleskopy, sdelannye iz special'no podobrannyh materialov, kotorye effektivno otrazhayut i rasseivayut rentgenovskie luchi. Pri etom v fokuse takogo teleskopa po-prezhnemu raspolagayutsya vysokochuvstvitel'nye proporcional'nye schetchiki.

Uspehi rentgenovskoi astronomii nerazryvno svyazany s zapuskom specializirovannyh rentgenovskih sputnikov. Pervym iz takih sputnikov byl znamenityi UHURU, zapushennyi amerikanskimi uchenymi v 1970 godu i nazvannyi tak v chest' 10-i godovshiny nezavisimosti Kenii (na yazyke suahili slovo uhuru oznachaet "svoboda"). S pomosh'yu etogo sputnika zaregistrirovano izluchenie ot ~350 kosmicheskih istochnikov kak galakticheskogo, tak i vnegalakticheskogo proishozhdeniya.

V posleduyushie gody chislo zapushennyh specializirovannyh rentgenovskih sputnikov rezko vozroslo. Sredi nih naibolee izvestny po poluchennym nauchnym rezul'tatam takie sputniki, kak amerikanskie SAS 3, HEAO 1, orbital'naya laboratoriya E'NShTE'N (HEAO 2), angliiskii ARIEL', gollandskii ANS, germanskii EKZOSAT, yaponskie HAKUChO i GINGA. S pomosh'yu orbital'noi stancii E'NShTE'N bylo otkryto mnogo novyh ochen' slabyh vnegalakticheskih istochnikov rentgenovskogo izlucheniya.

V SSSR podobnye issledovaniya preimushestvenno v gamma-diapazone velis' na sputnikah serii KOSMOS, a takzhe na kosmicheskih stanciyah VENERA. V 1982 godu v Rossii zapushen specializirovannyi astronomicheskii sputnik ASTRON, kotoryi vedet issledovanie neba v ul'trafioletovom i rentgenovskom diapazonah. V 1990 godu zapushen evropeiskii sputnik imeni Rentgena – ROSAT. V razrabotke poslednego proekta vedushaya rol' prinadlezhala uchenym iz FRG. Zapusk osushestvlen s pomosh'yu amerikanskogo kosmicheskogo korablya mnogorazovogo deistviya tipa ShATTL. Na sputnike ROSAT razmesheny bol'shoi zerkal'nyi rentgenovskii teleskop, rabotayushii v spektral'noi oblasti ot 6 do 100 angstrem, a takzhe special'nyi teleskop men'shih razmerov, deistvuyushii v myagkom rentgenovskom i zhestkom ul'trafioletovom diapazonah ot 60 do 300 angstrem. Oba teleskopa rabotayut odnovremenno. Chuvstvitel'nost' rentgenovskogo teleskopa v 1000 i 100 raz sootvetstvenno prevyshaet chuvstvitel'nost' znamenityh amerikanskih sputnikov UHURU i HEAO 1. Zadachei sputnika na pervom etape raboty yavlyaetsya vypolnenie detal'nogo obzora neba v rentgenovskih luchah. S ego pomosh'yu predpolagaetsya otkryt' ne menee desyati tysyach novyh kosmicheskih istochnikov rentgenovskogo izlucheniya. Tochnost' ih koordinat na pervom etape issledovanii nevelika – okolo 1' v zavisimosti ot velichiny potoka. Ozhidaetsya, chto spisok vnov' otkrytyh ob'ektov budet ves'ma shirokim: ot blizkih obychnyh zvezd do ves'ma udalennyh neobychnyh kvazarov.

Ris. 1. Raspredelenie rentgenovskih istochnikov po nebu v galakticheskih koordinatah. Razmer kruzhka na risunke proporcionalen intensivnosti istochnika

Na vtorom etape predpolagaetsya provesti detal'nye issledovaniya uzhe konkretnyh istochnikov s cel'yu dostizheniya luchshego prostranstvennogo razresheniya, issledovanie haraktera ih vremennogo i spektral'nogo povedeniya i pr.

V Rossii s nachala 90-h godov deistvuet orbital'naya observatoriya GRANAT, kotoraya byla vyvedena na orbitu 1 dekabrya 1989 goda. Bol'shuyu chast' vremeni kosmicheskii apparat provodit vne magnitosfery Zemli, obrashayas' vokrug Zemli s periodom okolo 4 sutok, chto sozdaet blagopriyatnye usloviya dlya dlitel'nyh nablyudenii rentgenovskih istochnikov. Na protyazhenii 6 let (s 1990 po 1995 god) glavnoi mishen'yu etoi kosmicheskoi observatorii byla oblast' centra Galaktiki, gde obnaruzheno mnogo novyh diskretnyh istochnikov rentgenovskogo izlucheniya.

V Rossii predpolagaetsya zapustit' novuyu mezhdunarodnuyu orbital'nuyu rentgenovskuyu observatoriyu massoi okolo 6 tonn s pomosh'yu novogo rossiiskogo sputnika SPEKTR. Observatoriya budet deistvovat' na sil'no vytyanutoi orbite, prichem minimal'noe rasstoyanie do Zemli sostavit ~1000 km, a maksimal'noe – 200000 km. Predpolagaemoe vremya raboty observatorii okolo 15 let. Ves nauchnogo oborudovaniya sostavit 2,5 tonny. S pomosh'yu etoi zamechatel'noi observatorii uchenye nadeyutsya otkryt' sverhslabye istochniki kosmicheskogo izlucheniya, nahodyashiesya u samoi granicy Vselennoi.

2. Raspredelenie rentgenovskih istochnikov po nebesnoi sfere

Samye detal'nye obzory neba vypolneny s pomosh'yu specializirovannyh rentgenovskih sputnikov UHURU i E'NShTE'N. Chetvertyi katalog UHURU vklyuchaet 339 istochnikov, raspredelenie kotoryh po nebu v galakticheskih koordinatah pokazano na ris. 1. Razmer kruzhka na risunke proporcionalen intensivnosti istochnika.

Samye yarkie istochniki koncentriruyutsya k galakticheskomu ekvatoru ( ±20° ot ekvatora), a takzhe k galakticheskomu centru. Ochevidno, bol'shinstvo iz nih prinadlezhit nashei sobstvennoi Galaktike. Esli by istochniki ravnoi svetimosti raspredelyalis' v diske ravnomerno, to zavisimost' chisla takih istochnikov N ot velichiny ih potoka F_x podchinyalas' by zakonu N(F_x)~F_x ^-1. Dlya odnorodnogo sfericheskogo raspredeleniya takaya zhe zavisimost' imela by vid N(F_x)~F_x ^-3/2.

Sfericheskoe galo slabyh istochnikov (sm. ris. 1) v osnovnom sostoit iz ob'ektov, raspolozhennyh vne nashei Galaktiki.

3. Ostatki sverhnovyh
i neitronnye zvezdy v ostatkah sverhnovyh (radiopul'sary)

Bolee desyatka galakticheskih rentgenovskih istochnikov otozhdestvleny s ostatkami sverhnovyh zvezd. Ostatki sverhnovyh v nashei Galaktike imeyut uglovye razmery, prevyshayushie neskol'ko gradusov. V bol'shinstve sluchaev istochnikom rentgenovskogo izlucheniya yavlyaetsya goryachaya plazma za frontom udarnoi volny, kotoraya sluzhit granicei razdela mezhdu mezhzvezdnoi sredoi i rasshiryayusheisya gazovoi obolochkoi, voznikshei posle vspyshki sverhnovoi. Vazhnym isklyucheniem yavlyaetsya znamenitaya Krabovidnaya tumannost'. Ee izluchenie (ot radio- do rentgenovskogo diapazona) interpretiruetsya kak sinhrotronnoe izluchenie relyativistskih elektronov v magnitnom pole tumannosti. V centre etoi tumannosti nahoditsya radiopul'sar – neitronnaya zvezda, vrashayushayasya s periodom P=33 ms. Eto edinstvennyi radiopul'sar, izluchayushii vo vseh diapazonah spektra, vklyuchaya i gamma-izluchenie sverhvysokoi energii (do 10¹⁶ eV). Uskorenie elektronov v tumannosti do relyativistskih energii proishodit imenno za schet energii vrasheniya neitronnoi zvezdy. V rezul'tate poteri energii na uskorenie elektronov neitronnaya zvezda zamedlyaetsya i period ee vrasheniya umen'shaetsya. Dlya pul'sara v Krabovidnoi tumannosti otnositel'naya skorost' izmeneniya perioda (to est' velichina, ravnaya otnosheniyu skorosti izmeneniya perioda k velichine samogo perioda) sostavlyaet 3·10^-11 s^-1, sootvetstvenno obratnaya ei velichina ( ~1000 let) opredelyaet vozrast pul'sara.

Osnovnye etapy obrazovaniya neitronnyh zvezd takovy (podrobnee ob etom sm. stat'yu A.M. Cherepashuka "Chernye dyry v dvoinyh zvezdnyh sistemah" v etom tome). Zvezdy – eto ogromnye raskalennye gazovye shary. Moshnoe gravitacionnoe pole zvezdy stremitsya szhat' ee. Chtoby zvezda nahodilas' v ravnovesii, kakaya-to sila dolzhna protivodeistvovat' gravitacii. Eta sila – davlenie goryachei plazmy i izlucheniya, kotorye obrazuyutsya pri perenose cherez tolshu zvezdnogo veshestva energii, voznikayushei v rezul'tate protekaniya v centre zvezdy termoyadernyh reakcii. Odnako yadernoe goryuchee nebezgranichno. Posle togo kak zvezda ego izrashoduet, ona uzhe ne smozhet protivostoyat' sile tyagoteniya i nachnet szhimat'sya. Vo chto prevratitsya pri etom zvezda, zavisit ot ee nachal'noi massy. Esli massa yadra zvezdy, preterpevshego himicheskuyu evolyuciyu, ne prevoshodila 1,2M_ʘ, gde M_ʘ – massa Solnca, to zvezda prevratitsya v belyi karlik – goryachuyu zvezdu razmerom s nashu Zemlyu. V etom sluchae szhatie ostanavlivaetsya davleniem elektronov, nahodyashihsya v osobom kvantovom sostoyanii. Esli massa yadra zvezdy bol'she, no ne prevoshodit treh solnechnyh, to szhatie budet prodolzhat'sya do teh por, poka uzhe yadernye sily ne skompensiruyut silu tyagoteniya. V takom sostoyanii zvezdnoe veshestvo uplotneno nastol'ko, chto vse elektrony vdavlivayutsya v protony, prevrashaya ih v neitrony. V rezul'tate voznikaet neitronnaya zvezda s radiusom vsego okolo 10 km. Gravitacionnoe szhatie zvezdy s massoi bolee 3M_ʘ uzhe ne mozhet byt' ostanovleno nikakimi silami, i zvezda prevrashaetsya v chernuyu dyru – ob'ekt, na granice kotorogo vtoraya kosmicheskaya skorost' ravna skorosti sveta. Chernaya dyra massoi okolo 1M_ʘ imeet radius primerno 3 km.

Zamechatel'nym sobytiem poslednih let yavilos' otkrytie v sentyabre 1982 goda na radioteleskope v Aresibo samogo korotkoperiodicheskogo pul'sara PSR 1937+214 s periodom P=1,558 ms. V okrestnostyah pul'sara ne bylo obnaruzheno tumannosti s sinhrotronnym izlucheniem, a takzhe kakih-libo ostatkov vzryva sverhnovoi, privedshego k obrazovaniyu neitronnoi zvezdy. Skorost' izmeneniya perioda etogo pul'sara okazalas' isklyuchitel'no maloi, dP/dt=(1,7±0,7)·10^-19 sekund za sekundu, chto v 1000 raz nizhe vseh izvestnyh dlya pul'sarov znachenii. Sootvetstvenno anomal'no bol'shim ( 2·10⁸ let) okazyvaetsya i vozrast etogo pul'sara. Drugaya problema svyazana s anomal'no bol'shoi skorost'yu vrasheniya neitronnoi zvezdy, kotoraya okazyvaetsya blizkoi k predelu ustoichivosti dlya neitronnoi zvezdy. Poetomu PSR 1937+214 mozhet byt' istochnikom gravitacionnogo izlucheniya.

4. Rentgenovskie tesnye dvoinye sistemy

V nastoyashee vremya znachitel'noe kolichestvo rentgenovskih istochnikov otozhdestvleny s tesnymi dvoinymi sistemami. Pochti vse oni yavlyayutsya rentgenovskimi pul'sarami, to est' bystro vrashayushimisya zamagnichennymi neitronnymi zvezdami, vhodyashimi v sostav dvoinyh sistem. Znacheniya periodov pul'sarov lezhat v intervale ot 0,7 do 835 s.

Istochnikom energii rentgenovskogo pul'sara yavlyaetsya, odnako, ne energiya vrasheniya neitronnoi zvezdy, a gravitacionnaya energiya gaza, peretekayushego na neitronnuyu zvezdu s poverhnosti opticheskogo komponenta dvoinoi sistemy, i vydelyayushayasya pri padenii na ee poverhnost'. Etot process nosit nazvanie akkrecii veshestva (podrobnee ob etom processe sm. stat'yu A.M. Cherepashuka "Tesnye dvoinye zvezdy na pozdnih stadiyah evolyucii" v etom tome). Velichina etoi energii

Ris. 2. Kartina akkrecii veshestva normal'noi zvezdy na poverhnost' neitronnoi komponenty dvoinoi sistemy

Dlya yavleniya rentgenovskogo pul'sara neobhodimo nalichie na poverhnosti neitronnoi zvezdy sil'nogo magnitnogo polya s indukciei B≈10¹¹-10¹³ Gs. Kartina akkrecii predstavlena na ris. 2. Kak tol'ko v processe evolyucii normal'noi zvezdy v tesnoi dvoinoi sisteme ee poverhnost' dostignet granic polosti Rosha, nachinaetsya sil'noe istechenie gaza. Ionizovannyi gaz svobodno padaet na zamagnichennuyu neitronnuyu zvezdu vplot' do poverhnosti, nazyvaemoi al'venovskoi, radius kotoroi r_A opredelyaetsya iz usloviya ravenstva magnitnogo i gazovogo davlenii:

Samo yavlenie rentgenovskogo pul'sara imeet mesto tol'ko pri ochevidnom uslovii, chto osi magnitnogo polya zvezdy i ee sobstvennogo vrasheniya ne sovpadayut drug s drugom.

5. Tranzientnye rentgenovskie istochniki ili rentgenovskie novye

Tranzientnaya ili rentgenovskaya novaya – eto rentgenovskaya zvezda, kotoraya vnezapno vspyhivaet v kakom-libo uchastke neba, gde ona ran'she ne nablyudalas'. Vozrastanie intensivnosti izlucheniya takoi zvezdy proishodit za vremya okolo nedeli, zatem ee blesk postepenno, primerno za neskol'ko mesyacev padaet do urovnya fona. Krivaya bleska rentgenovskogo tranzientnogo istochnika udivitel'no napominaet krivuyu opticheskogo bleska novoi. Poetomu takie ob'ekty imeyut vtoroe nazvanie – rentgenovskie novye. Blesk novoi zvezdy v moment maksimuma vspyshki mozhet znachitel'no prevyshat' yarkost' samyh moshnyh postoyannyh rentgenovskih istochnikov.

Dolgoe vremya obsheprinyatym ob'yasneniem etogo yavleniya byla gipoteza, predlozhennaya rossiiskim uchenym A.I. Cyganom. Rentgenovskie novye – eto takzhe dvoinye sistemy, v kotoryh neitronnaya zvezda dvizhetsya po sil'no vytyanutoi orbite (to est' po orbite s bol'shim ekscentrisitetom). Poka ona nahoditsya daleko ot svoego opticheskogo komponenta, skorost' istecheniya veshestva iz normal'noi zvezdy nevelika i sootvetstvenno mal potok voznikayushego v rezul'tate akkrecii rentgenovskogo izlucheniya. Kak tol'ko neitronnaya zvezda podhodit blizko k normal'noi komponente (v periastre), iz-za vozrastaniya gravitacionnogo vozdeistviya neitronnoi zvezdy na opticheskii komponent moshnost' istecheniya rezko uvelichivaetsya, rastet temp akkrecii i nablyudaetsya vsplesk rentgenovskogo potoka. V oblasti periastra rasstoyanie mezhdu zvezdami nastol'ko malo, chto znachitel'naya dolya rentgenovskogo potoka mozhet perehvatyvat'sya opticheskoi zvezdoi. Eto perehvachennoe rentgenovskoe izluchenie obespechivaet dopolnitel'nyi progrev atmosfery normal'noi zvezdy, v rezul'tate chego ee blesk mozhet vozrasti vo mnogo raz.

6. Vspyhivayushie rentgenovskie istochniki – barstery

Barster (etot termin proizoshel ot angliiskogo slova burst – vspyshka) harakterizuetsya vnezapnym vozrastaniem rentgenovskoi intensivnosti za vremya poryadka neskol'kih sekund (sm. ris. 3) ili dazhe men'she. Zatem v techenie neskol'kih desyatkov sekund proishodit ponizhenie rentgenovskoi intensivnosti istochnika.

Ris. 3. Harakternaya krivaya rentgenovskogo barstera

Svetimost' barstera v maksimume potoka sravnima so svetimost'yu samyh yarkih rentgenovskih istochnikov v nashei Galaktike. Tipichnoe znachenie integral'nogo potoka vo vspyshkah 10^-8-10^-7 erg/(sm²·s), chto dlya rasstoyaniya v 10 kiloparsek daet znachenie svetimosti L_x≈ 10³⁷-10³⁸ erg/s. Podobnyh vspyshek u odnogo istochnika mozhet byt' neskol'ko, vremennoi promezhutok mezhdu vspyshkami sostavlyaet neskol'ko chasov, a inogda i dnei. Ih nazyvayut vspyshkami 1-go tipa. Na segodnya izvestno primerno 30 takih medlennyh barsterov. Medlennye barstery lezhat blizko k Galakticheskomu ekvatoru i koncentriruyutsya k Galakticheskomu centru, vhodya v gruppu rentgenovskih istochnikov Galakticheskogo gorba – baldzha (baldzh – eto skoplenie zvezd, gruppiruyusheesya vokrug Galakticheskogo centra). Gruppa naschityvaet primerno 70 istochnikov, iz kotoryh detal'no issledovany tol'ko neskol'ko ob'ektov. Rentgenovskie istochniki baldzha sushestvenno otlichayutsya ot rassmotrennyh vyshe rentgenovskih dvoinyh sistem, v kotoryh opticheskii komponent, kak pravilo, imeet bol'shuyu massu, a rentgenovskoe izluchenie pul'siruet (iz-za vrasheniya neitronnoi zvezdy) i harakterizuetsya dovol'no zhestkim spektrom. Krome togo, dlya nih harakterny dovol'no glubokie rentgenovskie zatmeniya, obuslovlennye dvoistvennost'yu etih istochnikov. Rentgenovskie istochniki baldzha, kak pravilo, imeyut bolee myagkie spektry, a pul'siruyushaya komponenta rentgenovskogo izlucheniya otsutstvuet. V techenie dlitel'nogo vremeni u etih istochnikov ne obnaruzhivalis' rentgenovskie zatmeniya. I lish' v poslednee vremya u istochnika 4U 1915-05 naideny slabye rentgenovskie zatmeniya s periodom P=2985 s. Po-vidimomu, istochniki galakticheskogo baldzha takzhe yavlyayutsya rentgenovskimi dvoinymi, no s malomassivnymi opticheskimi komponentami.

Sredi 30 izvestnyh barsterov vydeleny istochniki, dlya kotoryh harakterny vspyshki 2-go tipa. Eto bolee korotkie vspyshki prodolzhitel'nost'yu okolo 1 sekundy i s vremennym intervalom mezhdu vspyshkami v neskol'ko minut. Krome togo, v otlichie ot vspyshek 1-go tipa, oni ne pokazyvayut spektral'noi peremennosti. Naibolee yarkim predstavitelem ob'ektov so vspyshkami 2-go tipa yavlyaetsya ob'ekt, nazyvaemyi "bystryi" barster (MHV 1730-335), otkrytyi v 1976 godu s borta specializirovannogo sputnika SAS 3. Sovsem nedavno ot etogo ob'ekta byli zaregistrirovany vspyshki i 1-go tipa.

Barstery, kak pravilo, imeyut myagkii rentgenovskii spektr ( kT~3-10 keV), u nih otsutstvuyut periodicheskie pul'sacii izlucheniya. Eti istochniki s bol'shoi veroyatnost'yu yavlyayutsya neitronnymi zvezdami, a ne belymi karlikami ili chernymi dyrami. Osnovnoi argument sostoit v tom, chto spektry vspyshek s horoshei stepen'yu tochnosti opisyvayutsya raspredeleniem Planka. Sem' barsterov vhodyat v sostav sharovyh skoplenii, dlya drugih barsterov polucheny razumnye ocenki rasstoyanii do nih, tak chto okazyvaetsya vozmozhnym opredelit' radius izluchayushei oblasti. Ego znachenie okazalos' okolo 7 km, chto blizko k velichine radiusa neitronnoi zvezdy.

Nalichie myagkogo rentgenovskogo spektra i otsutstvie periodicheskih pul'sacii mogut byt' svyazany s tem, chto u neitronnyh zvezd v takih sistemah magnitnoe pole sravnitel'no slaboe: B~10⁸-10⁹≪ 10¹² Gs.

Vspyshki barsterov proishodyat, kak pravilo, na fone slabo modulirovannogo potoka izlucheniya. Sootnoshenie prointegrirovannyh za 1 chas vspyshechnogo i postoyannogo potokov sostavlyaet 8 %. Eto ochen' blizko k otnosheniyu yadernoi energii svyazi (8 MeV) i gravitacionnoi energii protona, vydelyaemoi pri akkrecii ( ~130 MeV). Poetomu polagayut, chto vspyshki 1-go tipa proishodyat v rezul'tate yadernogo goreniya v obolochke neitronnoi zvezdy veshestva, nakoplennogo v rezul'tate akkrecii. Termoyadernaya vspyshka nakoplennogo veshestva mozhet real'no ob'yasnit' nablyudaemye svoistva barsterov. Naibolee podhodyashii material dlya vspyshki – gelii, odnako i gorenie vodoroda igraet nemalovazhnuyu rol'.

Chto kasaetsya vspleskov 2-go tipa, to oni, skoree vsego, svyazany s neustoichivost'yu akkrecionnogo potoka na neitronnuyu zvezdu s sil'nym magnitnym polem.

7. Vyrozhdennye karliki – istochniki rentgenovskogo izlucheniya

Vyrozhdennye karliki v tesnyh dvoinyh sistemah obrazuyut shirokii klass zvezd, izvestnyh kak vzryvnye ili kataklizmicheskie peremennye. Oni podrazdelyayutsya na chetyre gruppy: novye, povtornye novye, karlikovye novye i novopodobnye. Eti gruppy otlichayutsya drug ot druga po masshtabam energovydeleniya, amplitude i chastote vspyshek. Ot mnogih vzryvnyh peremennyh zaregistrirovano rentgenovskoe izluchenie, kotoroe voznikaet v rezul'tate akkrecii na belyi karlik veshestva, peretekayushego s normal'nogo komponenta dvoinoi sistemy.

V poslednee vremya sredi vzryvnyh peremennyh osobyi interes vyzyvaet nedavno obnaruzhennyi klass zvezd tipa AM ">Gerkulesa (inache – polyary). Oni vydelyayutsya sredi drugih kataklizmicheskih peremennyh vysokoi stepen'yu polyarizacii opticheskogo izlucheniya, dostigayushei neskol'kih desyatkov procentov. Spektram etih zvezd prisushi sil'nye emissionnye linii, vid kotoryh izmenyaetsya s fazoi orbital'nogo perioda. Ot polyarov zaregistrirovany potoki pul'siruyushego rentgenovskogo i dazhe myagkogo gamma-izlucheniya. Kak polyarizaciya, tak i vozniknovenie zhestkogo izlucheniya obuslovleno glavnym obrazom ochen' sil'nym magnitnym polem belyh karlikov, vhodyashih v takie dvoinye sistemy (po raznym ocenkam napryazhennost' polya sostavlyaet 10⁷-10⁸ E), odnako detal'nye ob'yasneniya poka otsutstvuyut.

Takim obrazom, sil'nye magnitnye polya kompaktnyh zvezd prakticheski vo vseh sluchayah privodyat k neobychnym nablyudatel'nym proyavleniyam. Kompaktnye zvezdy okazalis' svoeobraznoi fizicheskoi laboratoriei, v kotoroi v sootvetstvii ili vopreki postroennym fizicheskim teoriyam razygryvayutsya processy, principial'no nevozmozhnye v zemnyh usloviyah. Otkrytie takih magnitnyh polei vyzvalo novyi pod'em deyatel'nosti fizikov v oblasti issledovaniya fizicheskih processov, protekayushih v sil'nyh magnitnyh polyah.

8. Chernye dyry v dvoinyh sistemah

Vydayushimsya dostizheniem rentgenovskoi astronomii yavilos' otkrytie chernyh dyr v dvoinyh sistemah (tochnee, sleduet govorit' o kandidatah v chernye dyry).

Harakter akkrecii plazmy s poverhnosti opticheskogo komponenta na chernuyu dyru otlichaetsya ot sluchaya neitronnoi zvezdy, tak kak u chernoi dyry ne mozhet byt' ni sil'nogo magnitnogo polya, ni tverdoi poverhnosti. Poetomu rentgenovskoe izluchenie akkreciruyushei chernoi dyry nikogda ne budet pul'sirovat'. Odnako reshayushim argumentom, konechno, yavlyaetsya opredelenie massy kompaktnogo ob'ekta, naprimer, po krivoi luchevyh skorostei opticheskogo komponenta (podrobnee ob etom sm. stat'yu A.M. Cherepashuka "Chernye dyry v dvoinyh zvezdnyh sistemah" v etom tome).

Do samogo poslednego vremeni naibolee nadezhnym kandidatom v chernye dyry schitalsya ob'ekt Lebed' H-1 (Cyg X-1). Eto moshnyi istochnik rentgenovskogo izlucheniya s dovol'no zhestkim spektrom. Ego izluchenie predstavlyaet soboi neregulyarnuyu posledovatel'nost' vo vremeni impul'sov razlichnoi moshnosti i dlitel'nosti (vplot' do millisekund). V opticheskom diapazone ob'ekt otozhdestvlen s golubym sverhgigantom – zvezdoi HDE 226868. Ee spektral'nye linii smeshayutsya otnositel'no svoih srednih polozhenii vsledstvie effekta Doplera s orbital'nym periodom P=5,6 sutok. Po krivoi luchevyh skorostei mozhno ustanovit' nizhnyuyu granicu massy nevidimogo ob'ekta: M_x≥10M_ʘ. Eto i est' glavnyi nablyudatel'nyi argument v pol'zu sushestvovaniya chernoi dyry v etoi dvoinoi sisteme.

V poslednee vremya naideny i drugie kandidaty v chernye dyry: eto rentgenovskii istochnik v Bol'shom Magellanovom Oblake (LMC X-3) i rentgenovskaya novaya V404 Lebedya (V404 Cyg). Vychislennye massy kompaktnyh zvezd – istochnikov rentgenovskogo izlucheniya okazalis' vyshe znacheniya 3M_ʘ, kotoroe prinyato schitat' predel'nym znacheniem dlya massy neitronnoi zvezdy. Poetomu oni s bol'shoi stepen'yu dostovernosti yavlyayutsya chernymi dyrami.

9. Vnegalakticheskie istochniki rentgenovskogo izlucheniya

Istochnikami rentgenovskogo izlucheniya yavlyayutsya takzhe galaktiki: normal'nye, radiogalaktiki, kvazary i seifertovskie galaktiki. Sovremennaya rentgenovskaya astronomiya dostigla takogo vysokogo urovnya uglovogo razresheniya, kotoryi pozvolyaet vydelyat' otdel'nye (diskretnye) istochniki vnutri blizhaishih k nam galaktik.

Nablyudeniya, poluchennye s borta specializirovannoi kosmicheskoi observatorii E'NShTE'N, pokazali, chto rentgenovskoe izluchenie normal'nyh galaktik predstavlyaet soboi v osnovnom sovokupnost' diskretnyh istochnikov, podobnyh tem, chto nablyudayutsya v nashei Galaktike. Tak, rentgenovskoe izluchenie odnogo iz blizhaishih k nam sosedei – galaktiki M 31 yavlyaetsya summarnym izlucheniem primerno 80 diskretnyh istochnikov so srednei svetimost'yu L_x~10³⁷ erg/s.

Chto kasaetsya moshnyh radiogalaktik, takih, kak, naprimer, M 87, to v nih istochnikami izlucheniya yavlyayutsya dovol'no protyazhennye oblasti, primerno sovpadayushie po razmeram s oblastyami radioizlucheniya. Krome togo, est' dannye, svidetel'stvuyushie o korrelyacii rentgenovskogo i radiopotokov. Poetomu schitaetsya, chto rentgenovskoe izluchenie radiogalaktik obrazuetsya v rezul'tate obratnogo komptonovskogo rasseyaniya (nazyvaemogo "obratnyi kompton-effekt") radiofotonov na teh zhe samyh relyativistskih elektronah, kotorye obespechivayut nablyudaemye radiopotoki v rezul'tate sinhrotronnogo izlucheniya.

Samym interesnym sobytiem yavilos' otkrytie moshnogo rentgenovskogo izlucheniya kvazarov i yader aktivnyh galaktik. Katalog kosmicheskoi observatorii E'NShTE'N naschityvaet bolee 3000 diskretnyh rentgenovskih istochnikov. Predpolagayut, chto eto kvazary, no opticheski oni poka ne otozhdestvleny. Rentgenovskie svetimosti kvazarov i yader seifertovskih galaktik v energeticheskom intervale 0,5-4,5 keV lezhat v predelah 10⁴³-10⁴⁷ erg/s. Peremennost' potokov v rentgenovskom diapazone, svoistvennaya etim ob'ektam, okazalas' bolee bystroi ( ~10000 sekund u seifertovskih galaktik, i dazhe ~100 sekund u kvazarov), chem peremennost' ih opticheskogo izlucheniya ( ~30 sutok). Takaya bystraya peremennost' pozvolyaet ocenit' harakternye razmery oblasti izlucheniya kak R_x~10¹³- 10¹⁴ sm. Isklyuchitel'naya kompaktnost' galakticheskih yader, a takzhe ih vysokaya energetika v rentgenovskom diapazone, kotoraya mozhet byt' ob'yasnena tol'ko mehanizmom akkrecii mezhgalakticheskogo gaza i veshestva zvezd na sverhmassivnyi ob'ekt, pozvolyayut predpolagat', chto galakticheskie yadra yavlyayutsya sverhmassivnymi chernymi dyrami.

Vydayushimsya dostizheniem rentgenovskoi astronomii stalo otkrytie protyazhennyh istochnikov rentgenovskogo izlucheniya v skopleniyah galaktik. Samye moshnye iz nih – skopleniya v sozvezdiyah Volosy Veroniki, Persei i Deva. Harakternye razmery protyazhennyh istochnikov sostavlyayut 0,1-1 megaparsek, a ih svetimost' lezhit v predelah 10⁴³- 10⁴⁵ erg/s. Detal'noe issledovanie ih spektrov pokazalo, chto istochnikom izlucheniya yavlyaetsya goryachii mezhgalakticheskii gaz s temperaturoi 10⁷- 10⁸ K, zahvachennyi gravitacionnym polem skopleniya. Central'noi zdes' yavlyaetsya problema proishozhdeniya etogo gaza – yavlyaetsya li on reliktovym (to est' ostalsya li on eshe ot epohi pervichnogo nukleosinteza – epohi rozhdeniya sovremennogo nam veshestva) ili on imeet galakticheskoe proishozhdenie, to est' vybroshen iz galaktik putem togo ili inogo mehanizma (naprimer, s pomosh'yu "galakticheskogo vetra"). Kriticheskim testom dlya resheniya etoi problemy yavlyaetsya opredelenie otnosheniya Fe/H, svoistvennogo dannomu skopleniyu. Kolichestvo zheleza mozhno opredelit' po intensivnosti vysokoionizovannyh linii zheleza Fe XXV i Fe XXVI. Okazalos', chto velichina etogo otnosheniya blizka k znacheniyu, harakternomu dlya normal'nyh galaktik. Eto svidetel'stvuet o tom, chto goryachii gaz vnutri skoplenii nesomnenno imeet galakticheskoe proishozhdenie.

Literatura

1. Shklovskii I.S. Zvezdy, ih rozhdenie, zhizn' i smert'. M.: Nauka, 1984.
2. Lipunov V.M. Astrofizika neitronnyh zvezd. M.: Nauka, 1986.