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.
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.
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.
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.