12 декабря 1970 года спутник, построенный группой Джиаккони, был запущен NASA с побережья Кении. Это был День независимости государства, ставшего суверенным в 1963 году, и спутник назвали «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода». На рис. 10.1 изображен спутник «Ухуру» в космосе, как его представил себе художник из NASA. За время своего существования спутник обнаружил свыше ста точечных рентгеновских источников. Эти результаты принесли Риккардо Джиаккони всеобщее признание в научных кругах и поставили много загадок перед астрофизиками Востока и Запада. Мы еще далеки от того, чтобы понять объекты, открытые спутником «Ухуру». Однако в последние годы о них многое удалось узнать.
Рис. 10.1. Рентгеновский спутник «Ухуру» в космосе (рисунок). Четыре солнечные панели вырабатывают электричество для питания аппаратуры. Спутник совершает один оборот вокруг своей оси за десять минут, и рентгеновский приемник просматривает небо «полосами». Результаты передаются по каналам связи на Землю.
Первый вопрос, который интересует астрономов в связи со вновь открытыми объектами, это далеко или близко они находятся. В большинстве случаев определить расстояние до небесного тела чрезвычайно трудно, но нередко достаточно сделать хотя бы приблизительные оценки. Можно было бы узнать, например, принадлежат ли эти объекты к нашему Млечному Пути или нет. Мы уже видели, как это делается, на примере пульсаров. Для этого нужно выяснить, распределены ли эти объекты на небе таким же образом, как и звезды нашей Галактики. Результаты подобной проверки иллюстрирует рис. 10.2. Здесь объекты, обнаруженные спутником «Ухуру», нанесены на градусную сетку, горизонтальная ось которой соответствует плоскости симметрии Млечного Пути. С первого взгляда ясно, что большинство рентгеновских источников располагается вблизи Млечного Пути. Там, где много звезд, оказывается много и рентгеновских источников. Если же смотреть в сторону от Млечного Пути, то рентгеновских источников немного, и они оказываются прежде всего там, где находятся удаленные галактики.
Рис. 10.2. Распределение на небе рентгеновских источников, открытых спутником «Ухуру». Как и на рис. 8.4, координатная сетка выбрана так, что вся небесная сфера спроецирована на плоский овал. Млечный Путь тянется вдоль горизонтальной оси; центр Галактики находится в центре координатной сетки. Большая часть рентгеновских источников оказывается вблизи Млечного Пути; к центру их плотность увеличивается. Отмечены некоторые источники, упоминаемые в тексте.
В дальнейшем я ограничусь источниками, находящимися в нашей Галактике. Мы примерно знаем, как далеко они находятся от нас: в среднем на таком же расстоянии, как и большинство звезд Млечного Пути, т. е. порядка тысяч световых лет. По энергии доходящего до нас излучения можно оценить действительную мощность этих источников. Оказывается, они излучают в рентгеновском диапазоне примерно в тысячу раз сильнее, чем наше Солнце на всех длинах волн.
Рентгеновская звезда в созвездии Геркулеса
Рассмотрим вначале источник, открытый спутником «Ухуру», в созвездии Геркулеса, которому присвоили название Геркулес Х-1. Излучение, принятое спутником от этого источника, представляет собой импульсы, следующие один за другим через 1,24 секунды (рис. 10.3).
Рис. 10.3. Рентгеновские вспышки источника в созвездии Геркулеса, открытого спутником «Ухуру».
Интервал между соседними импульсами, однако, не строго постоянен. Он то уменьшается, то увеличивается, и период этого изменения составляет 1,70017 суток (рис. 10.4). Это может служить указанием, что рентгеновский источник движется то по направлению к нам, то от нас, как если бы он обращался вокруг другого небесного тела. Представим себе, что рентгеновский источник обращается вокруг центральной звезды с периодом около суток по круговой орбите и при этом каждую секунду испускает рентгеновский импульс. На рис. 10.5 показано, почему для наблюдателя импульсы будут приходить то чаще, то реже, в точности как это происходит с источником Геркулес Х-1. Итак, мы можем заключить, что источник обращается вокруг другой звезды с периодом 1,70017 суток.
Рис. 10.4. Схематическое изображение, показывающее изменение частоты импульсов источника Геркулес Х-1 с периодом 1,7 суток. Это изменение позволяет заключить, что источник является компонентой двойной системы.
Рис. 10.5. Вокруг звезды (красный кружок) по круговой орбите движется рентгеновский источник, посылающий импульсы каждую секунду. Удаленный наблюдатель В измеряет интервал между приходящими к нему импульсами. Вверху: путь, проходимый каждым из двух импульсов а и а', одинаков. Измеренный наблюдателем интервал равен одной секунде. В середине: пути, проходимые импульсами b и b', различны: вторая вспышка b' проходит больший путь. К наблюдателю импульсы приходят с интервалом больше одной секунды. Внизу: путь, проходимый второй вспышкой с', короче. К наблюдателю вспышки приходят с интервалом меньше одной секунды.
Читатель уже знает, куда мы клоним. Если одна звезда обращается на близком расстоянии вокруг другой, то они могут, если смотреть с Земли, затмевать друг друга мы будем иметь дело с такой же затменно-переменной, как Алголь или Дзета Возничего. Если наш рентгеновский источник обращается вокруг звезды, то может случиться, что в течение каждого периода, 1,70017 суток, он прячется за звездой, и тогда рентгеновское излучение должно пропадать.
Именно это и происходит с источником Геркулес Х-1! На рис. 10.6 представлены результаты, полученные спутником «Ухуру» за январь 1972 г.: каждые 1,70017 суток сигнал примерно на пять часов пропадает — источник в это время закрыт другой звездой!
Рис. 10.6. Поведение источника Геркулес Х-1 за достаточно долгое время. Точки показывают интенсивность рентгеновских импульсов, измеренную спутником «Ухуру». Вертикальные двойные линии отмечают период, равный 1,70017 суток. Видны пятичасовые интервалы, в течение которых вспышки исчезают, так как источник заходит за небесное тело, вокруг которого он обращается. Импульсы впервые регистрировались 9 января, а после 21 января исчезли. Это связано с 35-суточным циклом источника Геркулес Х-1, о котором идет речь в тексте.
Но дело обстоит еще сложнее! Рентгеновский источник излучает не все время. В течение примерно двенадцати суток он «включен» и посылает свои импульсы с интервалом 1,24 секунды с пятичасовым перерывом во время затмения. Затем он замолкает на 23 дня, а потом все начинается сначала.
