Інтенсивність випромінювання за наступні кілька тижнів зменшилася втричі, а через п’ять місяців — уже в 50 разів. Сьогодні такі джерела мають прозаїчну назву «рентгенівські тимчасові, або транзієнти».
Група Маккракена дійшла висновку, що джерело розташоване в сузір’ї Південний Хрест. Це викликало в них неймовірний захват, тому що саме це сузір’я зображене на австралійському прапорі. Коли з’ясувалося, що джерело розташоване якраз за межами Південного Хреста, у сузір’ї Центавра, початкову назву Хрест X-1 змінили на Центавр X-2, а австралійські колеги дуже засмутилися. Часом науковці надто приростають до своїх відкриттів.
П’ятнадцятого жовтня 1967 року ми із Джорджем Кларком, спостерігаючи Скорпіон X-1 під час десятигодинного польоту повітряної кулі, запущеної з Мілд’юри в Австралії, зробили велике відкриття. Воно зовсім не було схоже на те, що можна побачити на фотографіях із Космічного центру NASA в Г’юстоні, де всі аплодують та обіймаються, коли досягають успіху. Вони бачать події в реальному часі. Ми не мали доступу до даних під час спостереження, тому все, що нам лишалося, це сподіватися, що аеростат витримає політ і обладнання працюватиме бездоганно. І, звісно, ми щоразу переймалися, як отримати телескоп з даними назад. Ось чому ми так хвилювалися.
Ми аналізували дані через кілька місяців, коли вже поверталися в МТІ. Якось пізно ввечері я був у комп’ютерному залі, мені допомагав Террі Торсос. Тоді в нас були величезні ЕОМ. Приміщення обладнували кондиціонерами, бо комп’ютери дуже сильно нагрівали повітря. Пам’ятаю, це було приблизно об одинадцятій вечора. Якщо вам потрібно було щось обчислити на комп’ютері, вечір — ідеальний час для цього. Тоді не можна було запустити потрібні програми самостійно, без оператора ЕОМ. Я зайняв чергу до нього і став терпляче чекати.
І от я передивляюся дані з польоту аеростата й несподівано помічаю різке зростання густини потоку рентгенівського випромінювання від Скорпіон X-1. Просто там, на роздруківці з комп’ютера, густина потоку зросла в чотири рази за якихось десять хвилин, це тривало десь півгодини, а потім світіння пішло на спад. Ми зафіксували величезний рентгенівський спалах від Скорпіон X-1. Раніше ніхто такого не бачив. Зазвичай ми казали собі: «Може, цей спалах можна пояснити якось інакше? А раптом це через несправний детектор?». У цьому випадку я не мав жодних сумнівів. Я знав обладнання як свої п’ять пальців. Я був упевнений у нашій підготовці й тестуваннях, а під час польоту ми постійно перевіряли детектор і кожні двадцять хвилин робили контрольні вимірювання рентгенівського спектра відомого радіоактивного джерела. Обладнання працювало бездоганно. Я був переконаний у даних стовідсотково. На роздруківці з комп’ютера я бачив, що густина потоку випромінювання зросла, а потім упала. З усіх джерел, за якими ми спостерігали в цей десятигодинний політ, так поводилось лише одне — Скорпіон X-1. Усе це було насправді!
Уранці я показав результати Джорджу Кларку, і він мало не впав зі стільця. Ми обоє добре розуміли, що це означає, й нетямилися від радості. Ніхто навіть не припускав, не те що спостерігав, зміну густини потоку випромінювання рентгенівського джерела в межах десяти хвилин. Спалах від Центавр X-2 зменшився втричі протягом кількох тижнів після його виявлення, а в нас було зростання мінливості в чотири рази протягом десяти хвилин — приблизно в 3000 разів швидше.
Ми знали, що Скорпіон X-1 випромінює 99,9 відсотка своєї енергії в рентгенівському діапазоні, а його рентгенівська світність приблизно в 10 000 разів більша, ніж загальна світність Сонця, і в 10 мільярдів разів більша за його рентгенівську світність. Щоб Скорпіон X-1 змінював свою світність у чотири рази в межах десяти хвилин — це щось незбагненне з погляду фізики. Якби Сонце за десять хвилин стало в чотири рази яскравішим, як ви пояснили б таке явище? Я налякався б до смерті.
Відкриття змінності джерела в таких часових межах було чи не найважливішим у рентгенівській астрономії, здійсненим за допомогою спостереження з повітряних куль. Як я вже згадував, крім того ми відкрили джерела випромінювання, непомітні для ракет, і це також було важливо. Але ніщо не мало такого ефекту, як десятихвилинна зміна блиску від Скорпіон X-1.
Відкриття було таким несподіваним, що багато вчених не могли в це повірити. Навіть дослідники мають великі очікування, і часом вони неохоче відмовляються від них. Легендарний редактор журналу Astrophysical Journal Letters Субрахманьян Чандрасекар відправив нашу статтю про Скорпіон X-1 рецензенту, і той узагалі не повірив у наше відкриття. Я досі пам’ятаю це, хоч і минуло сорок із чимось років. Він написав: «Це просто нонсенс, адже нам відомо, що потужні джерела рентгенівського випромінювання не можуть змінюватися в межах десяти хвилин».
Нам довелося переконувати редакцію журналу надрукувати статтю. У 1962 році точнісінько те саме був змушений робити Россі. Редактор Physical Review Letters Семюел Ґудсміт прийняв статтю, що дала початок рентгенівській астрономії, тому що це був Россі, і він був ладен, як писав згодом, узяти на себе «особисту відповідальність» за її зміст.
Зараз, маючи набагато чутливіші телескопи й інші вимірювальні прилади, ми знаємо, що змінність випромінювання притаманна багатьом джерелам, і може відбуватися в будь-яких часових межах, тобто якщо постійно, день у день спостерігати за джерелом, густина потоку випромінювання щодня буде різною. Якщо порівнювати значення густини потоку щосекунди, воно також змінюватиметься. Навіть якщо аналізувати дані по мілісекундах, можна виявити зміну потоку в деяких джерелах. Але в ті часи навіть десятихвилинний проміжок був чимось новим і несподіваним.
Я розповідав про це відкриття в МТІ в лютому 1968 року і був схвильований, коли побачив серед слухачів Ріккардо Джакконі та Герба Ґурскі. Було таке відчуття, наче я домігся визнання і потрапив в епіцентр досліджень у цій галузі.
У наступних кількох розділах я ознайомлю вас із багатьма таємницями, які розгадала рентгенівська астрономія, а також із тими, на які ми, астрофізики, досі намагаємося знайти відповідь. Ми побачимо нейтронні зорі й зануримося у глибини чорних дір. Тримайтеся міцніше.
Розділ 12
Космічні катастрофи, нейтронні зорі та чорні діри
Нейтронні зорі стоять у самому центрі історії рентгенівської астрономії. І вони надзвичайно круті. Чого тільки варта їхня поверхнева температура, яка часто перевищує мільйони кельвінів, а це в 100 разів більше, ніж на поверхні Сонця.
Джеймс Чедвік відкрив нейтрон у 1932 році (за це він отримав Нобелівську премію з фізики в 1935 році). Після цього визначного відкриття, яке, на думку багатьох фізиків, дало нам повну картину структури атома, Вальтер Бааде та Фріц Цвіккі припустили, що в результаті спалаху наднової утворюється нейтронна зоря. Як виявилося, вони цілком мали рацію. Нейтронні зорі виникають унаслідок катастрофічних подій на завершальному етапі існування масивної зорі, однієї з найстрімкіших і найвидовищніших пригод у відомому Всесвіті, — колапсу ядра наднової.
Зоря, з якої потім утвориться нейтронна, не схожа на Сонце, а масивніша за нього принаймні у вісім разів. У нашій Галактиці приблизно мільярд нейтронних зір, але порівняно із загальною кількістю зір усіх можливих видів їх усе одно вважають рідкісними. Подібно до багатьох тіл у світі — та Всесвіті — зорі можуть «жити» тільки завдяки своїй здатності досягати приблизної рівноваги між надзвичайно могутніми силами. У надрах зорі за температур у десятки мільйонів кельвінів відбуваються термоядерні реакції, під час яких виробляється величезна кількість енергії, що створює тиск. Ядро Сонця має температуру приблизно 15 мільйонів кельвінів і щосекунди виробляє енергію, що перевищує потужність мільярда водневих бомб.
Поки зоря перебуває в стабільному стані, цей тиск урівноважується гравітацією, яку створює велика маса зорі. Якщо ці дві сили — спрямований назовні тиск термоядерного реактора і гравітація, що діє в протилежному напрямку, — не збалансовуються, зоря виходить зі стану рівноваги. Наприклад, ми знаємо, що Сонце існує вже приблизно 5 мільярдів років і має проіснувати в такому ж вигляді ще стільки само. Перш ніж загинути, зоря зазнає видовищних змін. Витративши більшість запасів ядерного палива в ядрі та наблизившись до завершального етапу свого розвитку, багато зір спочатку влаштовують вогняне шоу. Особливо це стосується масивних зір. Наднові певною мірою нагадують трагічних театральних героїв, які часто закінчують своє грандіозне життя вибухом катартичних переживань, пристрасно і голосно благаючи глядачів, за словами Аристотеля, про співчуття і викликаючи в них страх.
