Як ви знаєте, нагріта матерія випромінює тепло (це називають випромінюванням чорного тіла — про нього йтиметься в розділі 14). Що вища температура, то більша енергія випромінювання, а це означає коротші хвилі та вищу частоту. Коли речовина нагрівається від 10 мільйонів до 100 мільйонів кельвінів, то більшість її випромінювання — рентгенівське. Майже всі 5 · 1030 ватів вивільняються у вигляді рентгенівського випромінювання. Порівняйте це із загальною світністю Сонця — 4 · 1026 ватів, з яких лише 1020 ватів припадає на рентгенівське випромінювання. Поверхня нашого Сонця просто крижана порівняно із цією речовиною.

Самі нейтронні зорі занадто маленькі, щоб їх було видно, зате ми можемо побачити в оптичний телескоп значно більші зорі-донори й акреційні диски. Останні можуть випромінювати досить багато світла, частково внаслідок процесу, який називається рентгенівським розжарюванням. Коли речовина з диска на величезній швидкості падає на поверхню нейтронної зорі, рентгенівські промені, що утворюються в результаті, розлітаються навсібіч, при цьому влучаючи в сам диск і нагріваючи його ще сильніше. Більше про це я розповім у наступному розділі, присвяченому рентгенівським спалахам.

Відкриття рентгенівських подвійних зір стало ключем до розгадки першої таємниці рентгенівського випромінювання поза межами Сонячної системи. Тепер ми розуміємо, чому рентгенівська світність джерела на зразок Скорпіон Х-1 у 10 000 разів перевищує його оптичну світність. Рентгенівські промені йдуть від розжареної (до десятків мільйонів кельвінів) нейтронної зорі, а видиме світло — від значно прохолоднішої зорі-донора й акреційного диска.

Ми вважали, що досить добре розуміємо природу подвійних зір, але на нас чекав ще один сюрприз. Рентгенівські астрономи почали робити відкриття, що випереджали теоретичні моделі.

У 1975 році одна дуже дивна знахідка стала початком найяскравішого періоду в моїй науковій кар’єрі. Я з головою поринув у роботу, що мала на меті виявити, дослідити й пояснити надзвичайне й загадкове явище — рентгенівські спалахи.

Розповідь про рентгенівські спалахи містить мою суперечку з радянськими вченими, які цілком неправильно витлумачили свої дані, а також з деякими колегами з Гарварду, які вважали, що джерело рентгенівських спалахів — дуже масивні чорні діри (бідолашні чорні діри, їх так часто несправедливо в чомусь звинувачують). Вірите чи ні, але мені навіть телефонували (і не раз) із проханням не публікувати деяких даних про спалахи з міркувань національної безпеки.

21 Англійська назва джерела Лебідь Х-1. — Прим. пер.

Розділ 14

Рентгенівські барстери

Природа завжди сповнена несподіванок, і в 1975 році вона вразила причетних до рентгенівської астрономії. Ситуація була такою напруженою, що не всім вдавалося стримувати емоції, і я був у самому вирі подій. Я роками сперечався з колегою з Гарварду (який не хотів слухати), але з радянськими колегами мені пощастило більше (вони слухали). Можливо, мені буде дуже складно залишатися об’єктивним через мою провідну роль у всій цій історії, але я спробую.

Несподіванкою були рентгенівські спалахи. Їх у 1975 році незалежно одне від одного відкрили дві групи науковців: Ґріндлей і Хейзе за даними з Астрономічного супутника Нідерландів (ANS), а також Беліан, Коннер і Еванс, які використовували дані двох американських розвідувальних супутників Vela-5, призначених для стеження за ядерними випробуваннями. Рентгенівські спалахи були зовсім не схожі на змінність густини потоку випромінювання від Скорпіон Х-1, де ми спостерігали різке чотириразове зростання спалахів протягом десятихвилинного періоду, що тривало менше години. Нововідкриті рентгенівські спалахи були значно швидші, яскравіші й тривали лише кілька десятків секунд.

У МТІ був власний супутник (запущений у травні 1975 року), що називався «Третій малий астрономічний супутник», або SAS-3 (Small Astronomy Satellite). Назва не така романтична, як «Ухуру», але робота з ним була найзахопливішою в моєму житті. Ми вже знали про рентгенівські барстери — джерела цих коротких спалахів, — і в січні 1976 року почали їх шукати, а до березня вже знайшли п’ять. Усього на кінець року ми відкрили їх десять. Завдяки чутливості й особливостям компонування SAS-3 виявився ідеальним інструментом для пошуку й вивчення джерел рентгенівських спалахів. Звісно, він не був спеціально створений для того, щоб виявляти рентгенівські спалахи, тому в якомусь розумінні нам пощастило. Бачите, яку роль у моєму житті зіграла леді Удача! Ми одержували неймовірні дані — небо дарувало нам золото щодня — і я працював цілодобово. Я був відданий роботі й одержимий нею. Така нагода трапляється тільки раз у житті — власна рентгенівська лабораторія, яку можна спрямувати куди завгодно й одержувати дані високої якості.

Правду кажучи, ми всі захворіли «лихоманкою спалахів» — студенти й аспіранти, допоміжний персонал, докторанти й викладачі, — і я досі згадую це приємне відчуття. Урешті-решт ми опинилися в різних дослідницьких групах, а отже, стали сприймати всіх інших, навіть колишніх колег, як конкурентів. Декому з нас це не подобалося, але маю визнати, що, на мою думку, це змушувало нас працювати більше й краще, і результати були просто фантастичними.

Така одержимість не пішла на користь моєму сімейному життю. Моя кар’єра складалася якнайкраще, але мій перший шлюб зазнав фіаско. Звісно, це була моя провина. Упродовж багатьох років я на кілька місяців їхав на інший кінець світу, щоб запускати повітряні кулі. Навіть коли в нас з’явився власний супутник, я міг податися в Австралію.

Джерела спалахів у якомусь сенсі замінили нам родини. Адже ми жили та спали з ними і вивчили їх уздовж і вшир. Подібно до друзів, кожне з них було унікальним, зі своїми особливими дивацтвами. Я й досі пізнаю багато красномовних обрисів, які зображають ці спалахи.

Більшість джерел були розташовані на відстані приблизно 25 000 світлових років, що дало змогу нам обчислити енергію рентгенівського спалаху (який тривав менше хвилини); вона становить приблизно 1032 джоулів — практично немислима цифра. Тому погляньте на це так: Сонцю потрібно майже три дні, щоб виділити таку кількість енергії на всіх довжинах хвиль.

Деякі спалахи виникали регулярно, майже за годинником, наприклад, джерело MXB 1659-29 створювало спалахи з інтервалом 2,4 години, тоді як інші джерела змінювали інтервали між спалахами від кількох годин до кількох днів, а деякі не виявляли жодної активності по кілька місяців. Літера «М» в абревіатурі МХВ означає МТІ, «Х» — Х-промені, а «В» — барстер. Цифри вказують на координати джерела в так званій екваторіальній системі координат. Якщо серед вас є астрономи-аматори, ви про неї чули.

Звісно, найбільше нас цікавила причина цих спалахів. У 1976 році двоє моїх колег із Гарварду (зокрема, Джош Ґріндлей, один з їхніх відкривачів), захопившись, припустили, що джерелом спалахів є чорні діри, важчі в кількасот разів за Сонце.

Незабаром ми відкрили, що спектри під час рентгенівських спалахів і під час охолодження чорного тіла схожі. Чорне тіло — це не чорна діра. Це ідеальна модель тіла, що поглинає все випромінювання, яке на нього потрапляє. (Як вам відомо, чорний колір поглинає випромінювання, тоді як білий — відбиває. Саме тому чорне авто, яке залишили влітку на стоянці біля маямського пляжу, нагріється більше, ніж біле). Крім того, оскільки ідеальне чорне тіло нічого не відбиває, вся енергія, яку воно випромінює, є наслідком його нагрівання.

Уявіть нагрівальний елемент в електричній духовці. Коли він нагрівається до температури приготування їжі, починає світитися червоним, випромінюючи низькочастотне червоне світло. Розжарюючись іще більше, він стає оранжевим, потім жовтим — і зазвичай це все. Коли ви вимикаєте духовку, елемент охолоджується, і графік його випромінювання певною мірою схожий на хвіст рентгенівських спалахів. Спектри чорного тіла вивчені так добре, що, визначивши залежність спектра від часу, можна обчислити його температуру під час охолодження.