Мистерия созвездия Лебедя - Эндрю Коллинз

Рис. 50. Представление художника о двойной звезде с большой массой наподобие источника Лебедь Х-3. Небольшая по размерам звезда (нейтронная звезда или черная дыра) захватывает газ у своего огромного соседа.

Крошечный, по сравнению с первой звездой, второй компонент источника Лебедь Х-3 представляет собой сколлапсировавшее ядро звезды (его называют «коллапсар»), превратившееся либо в нейтронную звезду (плотную массу нейтронов с диаметром не более 15–20 километров), или в черную дыру. Звездную систему Лебедь Х-3 можно представить в виде легкого спортивного мяча (звезда Вольфа-Райе), соединенного изогнутой полосой светящегося газа с ярко светящейся тарелкой фрисби (диск из захваченного газа с нейтронной звездой или черной дырой в центре), которая вращается вокруг мяча с периодом 4,8 часа. Это крайне необычное явление.

Загадка «детей Лебедя»

Еще сложнее оказалось выяснить природу космических лучей источника Лебедь Х-3, которые получили название cygnets, что значит «дети Лебедя» — это выражение было использовано в 80-х годах по меньшей мере одним из авторов научно-популярной литературы. Дело в том, что они исходили непосредственно от источника Лебедь Х-3 и не отклонялись под воздействием магнитного поля галактики, а значит, состояли из нейтральных частиц, которые, подобно нейтрино, не имели заряда и поэтому не взаимодействовали с магнитным полем. И поскольку на своем пути они не взаимодействовали с небольшим количеством водорода, рассеянным в пустоте космоса, эти частицы должны были обладать практически нулевой массой покоя.

Однако подобный вывод всегда вызывал сомнения, потому что в таком случае «дети Лебедя» должны были перемещаться со скоростью очень близкой к скорости света — это одна из причин, почему космические лучи сохраняли свой уникальный период в 4,8 часа, преодолев такое огромное расстояние. Значение этой особенности состоит в следующем: согласно общей теории относительности Эйнштейна ни одна частица не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света, поскольку чем выше скорость, тем быстрее течет время во внешнем мире. Другими словами, несмотря на то что «детям Лебедя» требуется преодолеть около 30 000 световых лет, чтобы попасть к нам (световой год — расстояние, которое свет преодолевает в вакууме за один год — равен приблизительно 9,46 миллиардов километров), для частиц в составе космических лучей проходит всего десять или пятнадцать минут.

Рис. 51. Микроснимок следа космического луча, оставленного на эмульсии.

Еще необычнее огромная кинетическая энергия «детей Лебедя». По оценке ученых, она в 20 миллионов раз превышает энергию массы неподвижного протона, или в 20 тысяч раз больше энергии любой частицы, которую можно разогнать в ускорителе. Джон Дж. Крамер, профессор физики из университета Вашингтона, в 1985 году сформулировал это так: «Энергия излучения, испускаемого источником Лебедь Х-3, в десять раз больше, чем у любого из известных источников частиц высоких энергий». Некоторые астрофизики предположили, что такой уровень энергии может быть получен только ускорением под воздействием мощного протонного луча на поверхности нейтронной звезды, вызывающего выброс «большого количества вещества в виде газового фонтана». Одна группа ученых даже описывала это явление как «первое прямое доказательство… ускорения космических лучей внутри галактики». Как вскоре выяснилось, эти предположения оказались верными.

Что касается самой природы «детей Лебедя», ученые выдвигали четыре предположения: фотоны, нейтрино, нейтральные атомы и нейтроны. Однако ни одна из этих частиц не удовлетворяла всем условиям, и этот факт заставил одного из физиков признать, что на роль «детей Лебедя» «не подходит ни одна из известных частиц». В качестве кандидатов предлагались гипотетические частицы, такие, как гравитоны, фотино, аксионы, вино, глюоны, монополи, кварки, скварки и другие, но ни одна из них не объясняла всех свойств излучения. Более привычная теория утверждала, что «дети Лебедя» представляют собой просто гамма-лучи высоких энергий, хотя под их воздействием вырабатывается лишь 0,0033 вторичных частиц, генерируемых «детьми Лебедя» (см. ниже).

В одной из интересных теорий о природе «детей Лебедя» предполагалось, что они могут состоять из гипотетических бозонов Хиггса, нейтральных частиц с нулевым спином, которые соединяются с заряженными частицами под названием W- и Z-векторные бозоны, образуя поле Хиггса, которое рассматривается как механизм образования массы. По этой причине бозон Хиггса получил прозвище «божественной частицы», поскольку он в буквальном смысле является невидимой силой, стоящей за созданием строительных кирпичиков материи.

У вас может возникнуть вопрос, какое отношение источник Лебедь Х-3 и его загадочные «дети Лебедя» имеют к теориям, рассматриваемым в данной книге. Ответ прост — если эти уникальные космические лучи были зарегистрированы в 80-х годах XX века (и, как мы увидим, продолжали регистрироваться вплоть до 2000 года), то это явно не первый случай, когда они бомбардировали планету, и уж точно не последний. Тогда вполне вероятно, что именно присутствие «детей Лебедя» в древних пещерах влияло на мышление и поведение наших предков эпохи палеолита, в результате чего они выделили созвездие Лебедя из всех звезд — возможно, в результате шаманистического опыта, приобретенного глубоко под землей.

Я не вижу «детей Лебедя»

Теория о «детях Лебедя», пронизывающих атмосферу Земли, выглядела настолько фантастической, что после ее обнародования 30 октября 1985 года скептики тут же начали высказывать сомнение в существовании самих лучей. Указывалось, что одни подземные детекторы частиц и наземные устройства регистрации космических ливней обнаружили «детей Лебедя», тогда как другие эксперименты в географически близких точках не смогли ничего выявить. Более того, новые наземные эксперименты по обнаружению частиц, проведенные с целью регистрации «детей Лебедя», не выявили ничего необычного. В числе последних был эксперимент CYGNUS на крупном детекторе космических ливней в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, который построили в 1986 году для наблюдения за гамма-излучением высоких энергий от таких источников, как Лебедь Х-3 и Геркулес Х-1, представляющий собой рентгеновский пульсар, излучающий космические лучи высоких энергий, но гораздо менее мощных.

Несмотря на объяснение Марвина Маршака, руководителя эксперимента «Soudan I» университета Миннесоты, что разница в геологических условиях и настройке оборудования снизила шансы обнаружить «детей Лебедя» в других экспериментах, сомнения не исчезли. Высказывались даже предположения о профессиональном преступлении, и в результате проблему тихонько «положили под сукно». В настоящее время многие физики, специализирующиеся на изучении частиц, просто не верят в существование неизвестных космических частиц, получивших название «дети Лебедя», тогда как астрофизики стараются держаться подальше от этой проблемы, понимая, что это щекотливый вопрос. Официальная точка зрения заключается в том, что ничего доказать невозможно и что не существует согласия относительно того, считать ли Лебедь Х-3 одним из первых подтвержденных источников космического излучения в галактике.