Суббота, 15 июня, 2024

16+

Великие обсерватории: «Комптон» — live fast, die young

Время на чтение 6 мин.

Продолжаем цикл статей о «Великих обсерваториях» NASA. Второй по хронологии космический телескоп был выведен на орбиту шаттлом «Атлантис» в 1991 году — на то время это была самая тяжелая (17 тонн) полезная нагрузка, запущенная космическим челноком. Позже этот рекорд перешел обсерватории «Чандра».

Гамма-обсерватория «Комптон» изучала самое яркое космическое излучение. Четыре инструмента могли фиксировать частицы в удивительно широком диапазоне от 20 килоэлектронвольт до 30 гигаэлектронвольт (энергия видимого света — 2-3 электронвольта). Но век «Комптона» оказался недолгим.

Великие обсерватории: «Комптон» — live fast, die young
Астронавт Джей Апт во время внепланового выхода в открытый космос. Во время запуска «Комптона» на орбиту его антенна зацепилась за шаттл. Апту пришлось буквально дать пинка телескопу, чтобы он отправился в полет. Фото: NASA

Сейчас вылетит вспышка

Гамма-вспышки — самые яркие и разрушительные события во Вселенной. Если вспышка длится от 2 миллисекунд до 2 секунд, ее называют короткой, от 2 секунду до 6 часов — длинной. При этом за несколько секунд выделяется столько же энергии, сколько Солнце произведет за миллиарды лет. Образующийся луч — узкий и короткий, как будто фотоны в пространство выстреливают из пушки.

Долгое время природа гамма-вспышек была непонятна астрономам. Прежде всего потому, что происходят эти события не так часто: за миллион лет в одной галактике может случиться лишь несколько всплесков. И это хорошая новость, ведь жесткое гамма-излучение может уничтожить все живое на планете. Так, ученые предполагают, что масштабное ордовикско-силлурийское вымирание, произошедшее 450–443 миллиона лет назад, было вызвано именно гамма-всплеском.

Астрофизик Джеральд Фишман вспоминает:

Вспышки сбивали с толку астрономов в течение нескольких десятилетий до запуска «Комптона». Астрономы пришли к единому мнению, что их источник — нейтронные звезды в нашей галактике.

Четыре инструмента

На «Комптоне» Фишман был главой научной группы, работавшей с одним из четырех установленных на телескопе инструментов — BATSE (Burst and Transient Source Experiment). Восемь одинаковых датчиков, каждый из которых фиксировал фотоны с энергиями от 20 кило- до 2 мегаэлектронвольт, располагались на углах «Комптона». Датчики были окружены пластиковыми сцинтилляторами — приборами, заполненными веществом, которое излучает свет при поглощении ионизирующего излучения (в том числе гамма-квантов).

BATSE открыл новую эпоху в изучении гамма-всплесков: инструмент в среднем фиксировал по одному такому событию в день (всего около 2,7 тысячи) и позволил астрономам накопить достаточную статистику для того, чтобы делать выводы. В частности, именно благодаря BATSE удалось доказать, что источники вспышек распространены равномерно по всему небу, а не концентрируются в какой-то отдельной области. Из этого астрономы сделали вывод, что гамма-всплески происходят за пределами Млечного Пути, а также разделили их по длительности на две описанные выше большие группы.

Великие обсерватории: «Комптон» — live fast, die young
Карта зафиксированных BATSE гамма-всплесков. Изображение: NASA

Кроме того, BATSE выяснил, что гамма-всплески происходят и на Земле, а их источники — грозовые облака. Сперва команда телескопа подумала, что это ошибка оборудования, но затем явление признали реальным и назвали TGF — terrestrial gamma-ray flashes. Их длительность — от нескольких десятков микросекунд до нескольких секунд, а излучение может быть в тысячу раз сильнее, чем космическое. Это излучение порождают электроны, разгоняющиеся до больших скоростей в электромагнитных полях грозовых облаков. Процесс, конечно, сложнее, но факт остается фактом: в нашей атмосфере есть собственный «генератор» гамма-вспышек!

Другой инструмент «Комптона» — направленный сцинтилляционный спектрометр OSSE, с его помощью астрономы получили спектры различных галактических и внегалактических источников излучения энергией до 1 мегаэлектронвольта. В частности, с помощью инструмента было проведено наиболее полное на сегодняшний день исследование центра нашей Галактики (в котором, по современным представлениям, находится сверхмассивная черная дыра, которая каждые 76 минут отправляет в сторону Земли гамма-вспышку). Исходя из данных, астрономы предположили, что над центром Млечного Пути находится значительное количество антивещества. По крайней мере, процесс аннигиляции электронов и позитронов — одно из объяснений того, откуда появляются фотоны с энергией в несколько сотен мегаэлектронвольт.

Инструмент COMPTEL (Imaging Compton Telescope) составил карту Галактики, показывающую гамма-излучение радиоактивного изотопа алюминия-26. Основной источник этого элемента — взрывы сверхновых. Считается, что этот изотоп играет основную роль в разогреве ядер планетезималей. В ранней Солнечной системе алюминий-26, прилетевший от недалекой вспышки сверхновой, был основным источником тепла.

Последний инструмент — EGRET (Energetic Gamma Ray Experiment Telescope) — регистрировал фотоны с энергиями от 20 мегаэлектронвольт до 30 гигаэлектронвольт. С его помощью астрономы составили карту излучения энергией свыше 100 мегаэлектронвольт. Инструмент обнаружил 271 источник гамма-всплесков, из которых ученым удалось установить природу лишь сотни.

Великие обсерватории: «Комптон» — live fast, die young
Расположение инструментов «Комптона». Изображение: NASA

Роковая поломка

В декабре 1999 года вышел из строя один из трех гироскопов (прибор для ориентации аппарата в пространстве) «Комптона», в то время как все другие инструменты отлично работали. Телескоп мог бы функционировать и с двумя гироскопами, но поломка еще одного означала бы, что обсерватория выйдет на непредсказуемую траекторию.

Поскольку «Комптон» был слишком велик, чтобы полностью сгореть в атмосфере, существовал риск того, что его обломки в прямом смысле упадут кому-нибудь на голову. В NASA решили, что вероятность возможной катастрофы превосходит научную ценность обсерватории. Команда телескопа подготовила план его управляемого схода с орбиты — и в июне 2000 года «Комптон» закончил свой космический путь — не сгоревшие в атмосфере обломки упали в Тихий Океан.

Сейчас на орбите работают сразу три инструмента, изучающие гамма-всплески и фиксирующие их источники: обсерватории NASA Fermi и Swift, а также международный проект ESA INTEGRAL. Их данные позволят астрономам больше узнать об этих до сих пор не до конца понятных явлениях.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь