Текст книги "Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров"

Автор книги: Павел (Песах) Амнуэль

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 13 страниц)

Такие вопросы поставил Ландау в своей статье. На первый из вопросов ответили американские физики Оппенгеймер и Волков через год после того, как прочитали статью советского ученого. Интересно, что Оппенгеймер с Волковым тоже не обратили внимания на работу Бааде и Цвикки!

Оппенгеймер и Волков первыми решили задачу о том, как может выглядеть нейтронная звезда, какова ее структура. И помогла им в этом общая теория относительности. Допустим, сказали они, что звезда целиком состоит из нейтронов. В нейтронном газе существует давление вырождения, которое в принципе способно уравновесить поле тяжести. Уравновесить в любой точке звезды. Но чему равна сила тяжести в любой точке звезды? Чтобы рассчитать это, Оппенгеймер и Волков применили общую теорию относительности. И уравновесили тяжесть давлением вырожденного нейтронного газа. Не простого газа, а идеального! Впрочем, в физике именно идеальный газ и является самым простым для расчетов. В идеальном газе частицы друг с другом не взаимодействуют, и это существенно упрощает вычисления.

Всегда ли давления идеального вырожденного нейтронного газа достаточно для того, чтобы поддержать равновесие звезды? Нет, ответили Оппенгеймер и Волков. Не может существовать нейтронная звезда с массой большей, чем 0,7 массы Солнца. Это меньше предельной массы белого карлика! Впрочем, эта странность не заинтересовала Оппенгеймера с Волковым, как не интересовали их и сами белые карлики – астрофизические проблемы были им чужды. Как бы то ни было, в 1938 году физики теоретически доказали: да, нейтронные звезды могут существовать.

Правда, сами Оппенгеймер и Волков не очень, надеялись, что их теоретические расчеты когда-нибудь реализуются в астрономических открытиях. Они писали:

«Представляется неправдоподобным, чтобы статические нейтронные ядра играли большую роль в звездной эволюции».

Важность проблемы была таким образом снята, и сама задача стала выглядеть не более чем физическим ребусом.

Но ребус этот не был еще решен окончательно. Что же случится с нейтронной звездой, если масса ее окажется больше найденного предела 0,7 массы Солнца? «Звезда будет бесконечно сжиматься», – сказали Оппенгеймер и Волков, повторив слово в слово вывод, сделанный ранее Ландау. Но что стоит за этими словами?

За этими словами стояло предсказание черных дыр.

О звездах, с поверхности которых не может улететь свет, писали в свое время Мичелл и Лаплас. Но физика черных дыр гораздо богаче! И прежде всего, черная дыра – объект не только невидимый, но принципиально нестационарный. Вот это впервые сказали Оппенгеймер и Волков. А несколько месяцев спустя Оппенгеймер и Снайдер впервые описали, как должна выглядеть черная дыра для нас, наблюдающих с Земли, и для гипотетического космонавта, падающего вместе с веществом звезды к ее центру.

Оказывается, далеко не все равно – откуда смотреть!

Одно и то же явление может протекать по-разному, если наблюдать его из различных физических систем отсчета, – так утверждает теория относительности. Время, как вы знаете, сокращается, если двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Но если и вы, и космонавт в ракете движетесь равномерно и прямолинейно, то как узнать, кто из вас имеет субсветовую скорость, а кто – черепашью? С вашей точки зрения, летит он, а с его точки зрения, летите вы. С вашей точки зрения, быстрее состариться должны вы, а с его точки зрения – он. Как это проверить? Вам нужно опять встретиться и сравнить показания часов. Но встретиться-то вы не можете – ведь и вы, и он летите равномерно и прямолинейно в разных направлениях. Чтобы иметь возможность встретиться, кто-то из вас должен развернуться и полететь в обратном направлении. Но тот, кто начнет разворачивать свой корабль, сразу испытает действие ускорения. Тот же, кто летит по-прежнему, никаких ускорений не испытает. А ускорение, согласно принципу эквивалентности, то же самое, что и поле тяжести. Значит, можно считать, что тот, второй космонавт, вовсе не разворачивал звездолет, включая двигатели, а просто оказался на время в поле тяжести какого-то тела. В поле тяжести – мы уже говорили об этом – часы идут медленнее, даже световые колебания совершаются с меньшей частотой. И чем больше ускорение при развороте (то есть чем больше поле тяжести), тем больше замедление времени. Когда вы снова встретитесь с космонавтом, который улетел и вернулся, окажется, что именно он остался молодым – ведь именно его, а не ваши часы шли медленнее…

А теперь вернемся к черной дыре. Представьте, что звезда начала неудержимо сжиматься. Произошел, как говорят астрофизики, катастрофический коллапс, и вы начали падать к центру звезды вместе с ее веществом. Все кругом падает вместе с вами. Вам просто не за что зацепиться взглядом, падает ведь все вещество звезды! И получается, что вы совершенно неподвижны относительно тех частиц вещества, которые летят поблизости от вас и с которыми вы можете сравнивать показания своих часов и длины своих линеек. Вы неподвижны друг относительно друга даже в момент пересечения сферы Шварцшильда. Для вас при пересечении этой страшной поверхности ничего страшного не произойдет! Вы будете все ускорять свое падение и за доли секунды – по вашим часам – окажетесь в центре звезды вместе со всем ее веществом, которое свалится вам на голову (хотя о какой голове можно говорить, если плотность вещества в центре звезды окажется бесконечно большой).

А теперь взглянем на ваше падение с точки зрения астронома, следящего за коллапсом звезды в телескоп.

Вот он видит, как в момент, когда газовое давление перестает уравновешивать тяжесть, звезда вдруг начинает быстро уменьшаться в размерах. За полчаса она сжимается (падает…) от размеров Солнца до радиуса нейтронной звезды. Сжатие продолжается, и вы начинаете замечать странности. Вместо того чтобы ускоряться – ведь сила тяжести растет, – падение замедлилось! Да, с приближением к сфере Шварцшильда сила тяжести устремляется к бесконечности.

Но ведь и время начинает течь бесконечно медленно! Если падающая частица сигнализирует о своем движении, ежесекундно испуская по фотону (по часам, установленным на частице), то вы улавливаете эти фотоны один раз в секунду, один раз в две секунды, один раз в три секунды, в четыре… И при этом энергия фотонов, преодолевших возрастающее поле тяжести, становится все меньше и меньше, пойманные вами фотоны оказываются все «краснее». Те фотоны, которые частица излучит вблизи самой сферы Шварц-шильда, будут отделены для вас друг от друга интервалами в тысячи, десятки тысяч, миллионы лет. А последний фотон, который частица испустит, пересекая сферу Шварцшильда, дойдет до вас за бесконечное время и будет иметь бесконечно малую энергию. Иными словами, вы этот фотон никогда не увидите.

Что же получилось? Звезда для вас как бы застыла. Процессы, которые вы наблюдаете, протекают все медленнее, пока не застывают окончательно. Впрочем, вряд ли вы вообще сможете что-нибудь наблюдать. Ведь красное смещение света будет так велико, что обычные видимые световые волны станут длинными радиоволнами и будут смещаться все дальше и дальше. Вы увидите, как звезда, начав сжиматься, попросту погасла…

Вот какие странные метаморфозы произойдут со звездой, если в ней нечем будет поддерживать равновесие и если начнется катастрофический коллапс. Так утверждает общая теория относительности. А сами эти звезды получили название коллапсирующих. Впоследствии появилось еще одно название – застывшие звезды. Но укоренилось и стало общепринятым более звучное и экстравагантное название – черные дыры. Черные дыры, откуда ни один луч света не может выйти к наблюдателю. Черные дыры, которые все заглатывают своим тяготением. Черные дыры, которые, в сущности, не звезды, а растянутый до бесконечности процесс сжатия звезды. Черные дыры, которые и сейчас представляют для теоретиков, для всех знатоков теории относительности увлекательную и не разрешенную пока загадку. И эти странные особенности коллапсирующего тела были впервые описаны в 1939 году Оппенгеймером и Снайдером…

* * *

Итак, следующая проблема в нашем «расследовании»: найти доказательства того, что гибель звезд в 1054, 1572, 1604 годах, как и другие вспышки сверхновых, действительно приводила к появлению таких странных небесных тел, как нейтронные звезды и черные дыры.

К этому мы вернемся в следующей главе, а пока опять немного поговорим о методах. Эйнштейн не пользовался морфологическим анализом и, прежде чем сформулировать свой принцип эквивалентности, не опубликовал на эту тему ни одной ошибочной работы. Дело в том, что в конце прошлого и начале нашего века предлагалось много гипотез для спасения ньютоновской теории тяготения. Проб было достаточно. А Эйнштейн пришел и нашел зерно. Сразу? Нет, этому предшествовали годы размышлений над проблемой тяготения. Годы мысленных проб. И ошибок, конечно. Мышление подобно айсбергу, и чем мудрее ученый, тем глубже погружен этот айсберг. То, что находится над водой, то, что сам ученый называет работой мысли, – это работа сознания. А под водой, скрыто от всех и даже от самого ученого, идет бессознательная работа, идет неосознаваемое решение задачи, подсознательный перебор вариантов.

Психологическая инерция, преодолевать которую мы пока не научились, не позволяет сознанию безумствовать всегда, вводит его в рамки здравого смысла. Из-за этого сознанию бывает очень трудно нащупать решение – оно часто выглядит безумным. Похоже, что у подсознания такого тормоза нет. Далекие ассоциации, невероятные аллегории и аналогии – в эту невидимую игру подсознания и вклинивается вдруг ассоциация, аналогия, несущая решение. Потому часты озарения «во сне» или «на прогулке». Алогичность снов не имеет ничего общего с логикой науки. Этим же отличается гениальная идея от обычной. Уже потом, найдя правильное решение, выплывшее будто бы из «ниоткуда», можно навести мосты логики, построить дорогу от старой идеи к новой. Подсознание проводит пробы, а интуиция выбирает из них верную. Роль интуиции – в выборе, но для того чтобы выбрать, нужно иметь из чего выбирать!.. Поэтому, говоря об Эйнштейне, мы вовсе не опровергаем метод проб и ошибок. Дело в неисследованной пока роли подсознания.

Неизвестно, как работает наше подсознание, но то, что оно перебирает различные идеи – это гипотеза, которая выглядит вполне правдоподобно. То, что решение как бы «всплывает» из подсознания, доказано психологами, да и сами ученые подтверждают. Сократ говорил, что у него есть личный демон, который подсказывает ему мысли. Многие ученые говорят о «внутреннем голосе». Г. Селье писал: «Построение гипотез гораздо меньше зависит от логического мышления, чем думает большинство людей. Ни одна гипотеза не может быть создана, путем только логического рассуждения, потому что она… основывается на недостаточном количестве данных…»

Работа подсознания скрыта от взгляда, и нередко самому ученому кажется, что он просто отгадал верный закон. И сам метод предсказания законов сводится именно к правильному угадыванию. Известный американский физик Р. Фейнман пишет: «Угадывание уравнений по-видимому очень хороший способ открывать новые законы». И дальше поясняет свою мысль; «Вообще говоря, поиск нового закона ведется следующим образом. Прежде всего о нем догадываются… Для того чтобы угадать, что сохранить и что отбросить, требуется немалое мастерство. По правде говоря, я вполне допускаю, что дело здесь только в удаче, но выглядит все именно так, как если бы для этого требовалось большое мастерство».

Довольно странное утверждение! Сказать, что новые законы нужно угадывать – это сказать, что все решает лотерея. Ты не угадал, угадает другой. Ты попробовал и ошибся, другой попробует и попадет в точку. Почему же гений чаще попадает в точку?

Нужно попытаться нащупать систему. Морфологический анализ – первый шаг к системе. Он позволяет сознательно делать то, что обычно выпадает на долю подсознания. Но ведь должен еще существовать какой-то метод выбора! Из подсознания обычно «всплывают» наиболее интересные и перспективные идеи. Часто – верные. Как из морфологического ящика сознательно выбирать такие идеи? Вот о чем нужно подумать…

_{Глава четвертая}
Патруль сверхновых. Загадки Крабовидной туманности. Мозговой штурм. Синектика

Чтобы узнать истину, нужно вообразить миллион неправильностей.

О. Уайльд

Цвикки оказался настоящим ученым – он не отступил. В течение почти тридцати лет он да еще В. Бааде и Р. Минковский были, пожалуй, единственными астрономами, твердо убежденными в том, что нейтронные звезды существуют.

Чтобы найти нейтронную звезду, предсказанную методом направленной интуиции, Цвикки полностью посвятил себя исследованию сверхплотных звезд.

Но как увидеть вспышку сверхновой?

В нашей Галактике последняя такая вспышка, видимая с Земли, произошла в 1604 году. Значит, вся надежда на счастливый случай и на вспышки в других галактиках. Но уже в тридцатых годах число известных галактик – звездных островов во Вселенной – достигало десятков тысяч. В какой из них ждать вспышку? Для того чтобы наверняка «поймать» момент вспышки сверхновой в другой галактике, нужно наблюдать сразу много галактик. В 1933 году в обсерватории Маунт Вилсон был организован патруль сверхновых. На небе были выбраны 175 площадок, в которых наблюдались около трех тысяч довольно близких галактик. Эти площадки регулярно фотографировали, и снимки сравнивали между собой. Из ночи в ночь. Недели и месяцы. За три года было сделано 1625 снимков, на которых удалось обнаружить 12 сверхновых. Конечно, каждую вспышку сразу же исследовали – этим занимались Бааде, Минковский и М. Хьюмасон. Главными задачами были – получить спектры вспышек и построить для каждой вспышки кривую блеска, то есть описать, как меняется со временем блеск сверхновой.

Спектры сверхновых, как следовало из наблюдений, совершенно непохожи на спектры обычных новых звезд, вспыхивающих в Галактике. В чем же разница? В спектре новой звезды видны яркие линии излучения, а вскоре после максимума блеска появляются и многочисленные линии поглощения, хотя и довольно размытые, но все же достаточно четкие, чтобы можно было сказать, какому элементу они принадлежат. В спектрах новых звезд были обнаружены линии гелия, водорода, натрия, углерода, кислорода, других элементов. Линии были смещены в голубую сторону – оболочка новой приближалась к наблюдателю со скоростью до 2 тысяч км/с.

В спектрах сверхновых, полученных Хьюмасоном, линий не было. Вместо них в совершенно неожиданных местах были обнаружены очень широкие полосы излучения. Только две полосы удалось довольно быстро отождествить – это оказались очень сильно расширенные линии кислорода, такие, какие наблюдаются в спектрах полярных сияний.

Чтобы отождествить остальные полосы, понадобилось почти тридцать лет. Сделать это удалось лишь в 1963 году Д. Мак-Лафлину. Он сказал: а что если все наоборот? Что если на самом деле мы видим не полосы излучения на темном фоне, а полосы поглощения на ярком? И Д. Мак-Лафлин доказал, что в действительности в спектрах наблюдаются темные полосы углерода, кислорода (что бросилось в глаза – водорода не было!), но размытые до неузнаваемости, и при этом смещенные в голубую сторону спектра на величину, соответствующую огромной скорости движения до 10–20 тысяч км/с!

Спектры исследованных 12 сверхновых были очень похожи друг на друга. Похожи были и кривые блеска. Вывод напрашивался: сверхновые являются однородной группой объектов.

Но… вывод был слишком поспешным. В 1940 году Р. Минковский получил спектр очередной сверхновой и не узнал его. Спектр был не похож на все предыдущие. И Минковский был вынужден объявить: вспышки сверхновых бывают по крайней мере двух типов. Сверхновые I типа имеют яркие полосы в спектре (дело было задолго до работ Д. Мак-Лафлика), а сверхновые II типа не имеют. Более того, оказалось, что сверхновые II, типа вспыхивают не реже, чем сверхновые I типа. И то, что за несколько лет патрулирования удалось открыть 12 вспышек I типа и лишь одну II типа, было следствием слепой игры случая. Того самого случая, который путает даже самые правильные рассуждения…

Выяснилось, что спектры и кривые блеска всех сверхновых I типа похожи друг на друга, как близкие родственники, а характеристики сверхновых II типа могут меняться в очень широких пределах, которые до сих пор еще четко не установлены.

В начале сороковых годов были добыты новые сведения и о галактических сверхновых. Точнее, об одной сверхновой – вспышке 1054 года. Крабовидная туманность считалась в то время единственным известным остатком вспышки сверхновой. Положения на небе остальных исторических вспышек были так неопределенны («на полциновки от Близнецов»…), что поставить в соответствие оптической вспышке какую-нибудь газовую туманность или звезду было невозможно. Естественно, что интерес «ловцов сверхновых» сосредоточился на Крабовидной туманности.

Морфологический анализ позволил в конце тридцатых годов сделать еще несколько «научных пророчеств», оправдавшихся впоследствии. Ф. Цвикки утверждал, например, что большая часть энергии вспышки сверхновой должна излучаться не в видимой области длин волн, а в области невидимых ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, а также в радиодиапазоне. Все эти виды излучений были затем (через два-три десятилетия!) обнаружены у Крабовидной туманности.

Предсказание прямо следовало из предположения, что при вспышке сверхновой рождается нейтронная звезда. Гравитационная энергия нейтронной звезды около 10⁵³ эрг, а гравитационная энергия Солнца около 10⁴⁸ эрг. Если сжать Солнце до размеров нейтронной звезды, разница между этими энергиями должна быть потеряна в пространство. Потеряна в виде излучения, кинетической энергии оболочки или иным способом. Сверхновая при вспышке излучает в оптическом диапазоне «всего» 10⁵⁰—10⁵¹ эрг – в сотни раз меньше. Где остальная энергия? Естественно предположить, что она выделяется в такой форме, которую мы пока наблюдать не можем. В виде рентгеновских, гамма-, радиолучей, то есть всех излучений, наблюдать которые в тридцатые годы не умели.

Ф. Цвикки построил ось возможных излучений, и были на ней не только электромагнитные волны. ученый писал еще о протонах и электронах – частицах космических лучей, которые, по мнению Ф. Цвикки, образуются при вспышках сверхновых. Но протоны и электроны – это ведь не все возможные частицы? Нет, и об этом упущении Ф. Цвикки нам еще предстоит вспомнить впоследствии. Так что и морфологический анализ не столь уж совершенен, недостатки его очевидны. Один из них – не всегда удается учесть все параметры на оси… Позже мы поговорим о других методах, а сейчас вернемся к Крабовидной туманности.

Неизвестно, что еще удалось бы предсказать Ф. Цвикки с помощью его метода, но помешала вторая мировая война. Ученый, который к тому времени стал уже гражданином США, был призван на военную службу и до конца войны занимался разработкой ракетных систем. Он и здесь применил морфологический метод: составил морфологический ящик для ракетных двигателей, в котором оказалось 36 864 возможные комбинации. Если астрономы так и не взяли метод направленной интуиции на вооружение, то инженеры-изобретатели пользуются им и по сей день…

На Маунт Вилсон остались В. Бааде и Р. Минковский. В. Бааде тоже собирался получить американское гражданство и даже подготовил документы, но потерял их. Началась война, и военные власти объявили В. Бааде «лицом, сочувствующим врагу». В результате ему запретили выезжать за пределы округа, где расположена обсерватория Маунт Вилсон. Условия для астрономических наблюдений были прекрасными – в Лос-Анджелесе ввели светомаскировку, никакие помехи не мешали исследованиям.

Получив в свое распоряжение крупнейший в мире телескоп, В. Бааде начал наблюдения Крабовидной туманности и зимой 1942 года обнаружил удивительные изменения, которые в ней происходили. Временами в центральной части туманности возникали и исчезали очень яркие «жгутики». «Жгутики» перемещались по туманности, и В. Бааде измерил скорость их движения: 26 тысяч км/с! Жгуты двигались в 25 раз быстрее самой туманности. Они возникали и исчезали, просуществовав всего несколько месяцев. Почему они возникали? Почему двигались? Почему исчезали? В. Бааде правильно связал эту удивительную особенность Крабовидной туманности с наличием в ней нейтронной звезды – мертвого тела, оставшегося после взрыва.

Пока В. Бааде исследовал туманность, Р. Минковский изучал две слабенькие звездочки, издавна наблюдавшиеся на фоне ее светящейся массы. Одна из звездочек, как надеялись В. Бааде и Р. Минковский, и могла быть искомым объектом. На фотографиях обе звездочки мало отличаются друг от друга – обе имеют 16-ю величину, обе напоминают цветом довольно холодные звезды, именуемые желтыми карликами. В. Бааде обратился к двадцатилетней давности работе Дж. Дункана, который тоже наблюдал эти звездочки и измерил их собственное движение. Выяснилось, что звезда, расположенная севернее, почти не движется. А южная звезда, напротив, движется очень быстро – со скоростью по меньшей мере 100 км/с. Обычно звезды не движутся так быстро. Что же приключилось с южной звездой, что заставило ее лететь с такой скоростью?

Еще более удивительным оказался спектр южной звезды. Нужно сказать, что даже в наше время получить хороший спектр звездочки 16-й величины – далеко не простая задача. А в 1942 году работа, выполненная Р. Минковским, была пределом мастерства наблюдателя. Удалось получить спектры обеих звезд. Северная звезда ничем не выделялась – в спектре были видны линии поглощения, свойственные желтым карликам. А вот в спектре южной звезды линий не было вовсе! Чтобы понять всю удивительность этого факта, достаточно вспомнить, что обычно в спектрах желтых карликов видны сотни линий, и десятки из них имеют такую ширину и глубину, что не заметить их на спектрограмме даже того качества, какая была у Р. Минковского, невозможно. Значит, линий не было на самом деле. Почему?

В. Бааде и Р. Минковский были уверены, что южная звезда в Крабовидной туманности и есть звездный остаток вспышки 10⁵⁴ года. Если это так, то именно южная звезда ответственна за излучение всей туманности. Р. Минковский считал, что Крабовидная туманность светится потому, что газ в ней нагрет до высокой температуры. Но что нагревает туманность? Предоставленная сама себе, она давно остыла бы. Ее греет южная звезда, сказал Р. Минковский. И в этом была его ошибка.

Между прочим, представления В. Бааде и Р. Минковского лучше всего описаны не в их статье, а в опубликованном в 1946 году фантастическом рассказе М. Лейнстера «Первый контакт». Действие рассказа разворачивается в Крабовидной туманности, и писатель-фантаст описывает «сцену» в полном соответствии с научными данными. С данными, которые оказались ошибочными.

Вот, что написано в рассказе:

«Это было облако газа, бесконечно разреженного, занимавшего пространство, равное половине пути от нашего Солнца до ближайшего другого. В глубине тумана горели две звезды, двойная звезда, одна из составляющих частей была знакомого желтого цвета, похожего на цвет земного Солнца, другая казалась сверхъестественно белой».

И дальше:

«Сама туманность появилась в результате самого гигантского взрыва из всех известных человечеству… Вещество, выброшенное из центра взрыва, разлеталось со скоростью два миллиона триста тысяч миль в час; более чем тридцать восемь тысяч миль в минуту; свыше шестисот тридцати восьми миль в секунду. Когда телескопы двадцатого века нацелились на место этого громадного взрыва, осталась только двойная звезда… и туманность. Более яркая звезда из пары была почти уникальной, имея такую высокую температуру своей поверхности, что спектральный анализ оказался недейственным. Линий не было. Температура поверхности Солнца равна примерно семи тысячам градусов Цельсия выше нуля. Температура же раскаленной звезды равнялась пятистам тысячам градусов. У них с Солнцем почти одинаковая масса, а диаметром она в пять раз меньше, то есть она плотней воды в сто семьдесят три раза, свинца – в шестнадцать раз, иридия – в восемь. Это было самое тяжелое вещество из всех известных на Земле. Но даже такая плотность несравнима с плотностью карликовой белой звезды – соседа Сириуса. Белая звезда в Крабовидной туманности была неполным карликом; эта звезда находилась еще в процессе распада…»

Любопытная ситуация: фантаст воспользовался научными данными и ошибся. Если бы он избрал самый фантастический из вариантов – нейтронную звезду, – то оказался бы прав вопреки наблюдениям. Вывод: воображение писателя-фантаста должно опережать науку, и если уж пользоваться идеями ученых, то – самыми фантастическими.

Числа, приведенные в рассказе, взяты из работы Р. Минковского. Налицо явное противоречие. Размер южной звезды получился у Р. Минковского слишком большим: всего впятеро меньше Солнца. Либо нужно признать, что в центре Крабовидной туманности нет нейтронной звезды, либо сказать, что теория излучения туманности неверна. Р. Минковский верил, что нейтронная звезда должна быть, но в то же время не видел альтернативы для механизма излучения. Это было проявлением психологической инерции, свойственной многим астрономам. Астрономы привыкли считать, что любое небесное тело излучает потому, что оно нагрето. Они, конечно, знали, что есть и другие механизмы излучения. Но применять их даже к такому явно необычному объекту, как Крабовидная туманность, не решились. Так, стараясь спасти оба предположения, противоречившие друг другу, они упустили открытие.

Долгое время на возникшее противоречие никто не обращал внимания. Астрофизиков вполне устраивала привычная картина излучения нагретого газа, а то, что при этом не остается места для нейтронной звезды, это даже хорошо – кто верил тогда в нейтронные звезды?

Так продолжалось до конца сороковых годов. Лишь в 1948 году произошло событие, показавшее всем, что противоречие действительно существует. Дж. Болтон, один из первых радиоастрономов, обнаружил на небе четыре ярких источника радиоизлучения. Один из источников был расположен в созвездии Тельца. Год спустя Дж. Болтон и Дж. Стэнли уточнили координаты этого источника, и оказалось, что они в точности совпадают с положением Крабовидной туманности. Вот факт, и вот противоречие. Крабовидная туманность излучает в радиодиапазоне слишком много! Если это действительно просто нагретый газ, то его радиоизлучение должно быть совершенно ничтожно по сравнению с оптическим. На деле же все наоборот: в радиодиапазоне Крабовидная туманность излучает гораздо больше, чем в оптическом.

Это было противоречие между наблюдением и его интерпретацией. Разрешил его в 1953 году советский астрофизик И. С. Шкловский. Он предположил, что в Крабовидной туманности излучает вовсе не газ, а электроны, движущиеся с почти световыми скоростями в магнитном поле туманности. Физикам такое излучение было известно, называлось оно синхротронным. Причина излучения такова. Электрон – заряженная частица. Попав в магнитное поле, он подвергается действию так называемой силы Лоренца. Действие силы приводит к тому, что заряд начинает двигаться ускоренно. А ускоренно движущийся заряд должен излучать. Чем больше ускорение (создаваемое магнитным полем, а значит, чем больше поле) и чем больше энергия электрона, тем интенсивнее он излучает. А сверхбыстрые, так называемые ультрарелятивистские, электроны, «запутавшись» в магнитном поле Крабовидной туманности, излучают во всех диапазонах длин волн. Идея была проста и объясняла наблюдательные данные так естественно, что сразу была принята. Правда, от объяснения загадки свечения Крабовидной туманности нисколько не прибавилось веры в то, что в этой туманности находится нейтронная звезда.

Никто, даже В. Бааде с Р. Минковским, не возвращался к загадке южной звезды. А ведь она стала еще загадочнее, чем была! Если излучение Крабовидной туманности синхротронное, то нагревать газ в туманности вовсе не нужно, и значит, нет необходимости предполагать, что в туманности находится горячая звезда. А размер южной звезды был получен Р. Минковским именно в предположении, что звезда очень горячая. Все рассыпалось… Что же это такое – южная звезда? Есть ли теперь основания считать ее остатком взрыва?

Казалось бы, основания есть. Ведь для того чтобы существовало синхротронное излучение, нужны сверхбыстрые электроны. Откуда им взяться, если не из южной звезды?

Можно возразить: электроны большой энергии могли остаться в туманности и со времен взрыва. Об этом писал еще Ф. Цвикки, когда объяснял происхождение космических лучей.

Но это предположение было опровергнуто в 1956 году советским астрофизиком С. Б. Пикельнером. Вот ход его рассуждений. Чем больше скорость движения электрона, чем больше его энергия, тем быстрее электрон эту энергию теряет. Электроны, ответственные за радиоизлучение Крабовидной туманности, теряют энергию не очень быстро, они действительно могли остаться после вспышки и «дожить» до наших дней. Но электроны, ответственные за оптическое излучение, за сто лет должны растерять весь свой запас энергии! А взрыв произошел девять веков назад. Девять раз должен был обновиться в туманности состав «оптических» электронов. Электроны, которые излучают сейчас, не могли возникнуть при взрыве – они появились в туманности значительно позже. В Крабовидной туманности должна быть «пушка», непрерывно стреляющая быстрыми электронами. Где же эта пушка? Одно из двух: либо электроны как-то ускоряются в самой туманности, либо источником их является южная звезда. Вспомним опять о ее необычных свойствах: отсутствии спектральных линий, высокой скорости движения…

Однако астрономы-наблюдатели на эти странности не обращали внимания вплоть до шестидесятых годов. Исследование остатков вспышек сверхновых пошло иным путем.

В 1948 году английские радиоастрономы М. Райл и Ф. Смит обнаружили мощный источник в созвездии Кассиопеи – самый мощный на небе. Еще раньше, в 1946 году, голландский астроном Ж. Оорт обратил внимание на огромную оптическую туманность в созвездии Лебедя, имевшую форму тонких волокон. В туманности не было яркой звезды, способной заставить светиться такую массу газа. Это и навело Ж. Оорта на мысль, что волокнистая туманность в Лебеде, как и Крабовидная, – остаток вспышки сверхновой. Источник в Кассиопее тоже образовался после взрыва сверхновой. Были обнаружены радиоисточники и оптические волокнистые туманности и на местах, где вспыхивали сверхновые Тихо и Кеплера. Именно исследованием остатка сверхновой Кеплера и занялись В. Бааде с Р. Минковским после того, как отступились от южной звезды в Крабовидной туманности. В. Бааде еще в 1943 году обнаружил на месте вспышки сверхновой Келлера слабенькую туманность и сказал – вот остаток! А ведь долгие годы на месте вспышки звезды Кеплера найти ничего не удавалось. И вот появились сразу несколько «подозреваемых», появилась возможность искать погибшие звезды не только в Крабовидной туманности.