Текст книги "Из грязи и золота (СИ)"

Автор книги: София Баюн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 18 (всего у книги 20 страниц)

Як улаштовані рентгенівські подвійні зорі

Коли нейтронна зоря утворює пару із зорею-донором потрібного розміру, розташованою на потрібній відстані, вона може влаштувати яскраве видовище. Десь далеко у Всесвіті зорі, про існування яких сер Ньютон навіть не здогадувався, виконують прекрасний танець, нерозривно переплетений із законами класичної механіки, які зрозумілі будь-якому студенту-природничнику.

Щоб було зрозуміліше, почнімо зі спорідненого прикладу. Земля й Місяць утворюють подвійну систему. Якщо з’єднати центр Землі із центром Місяця, на цій лінії буде точка, де сила притягання, спрямована до Місяця, рівна, але протилежно спрямована до сили притягання до Землі. Якби ви там опинилися, рівнодійна сил, які діють на вас, дорівнювала б нулю. З одного боку від цієї точки ви почали б падати на Землю, а з другого — на Місяць. У цієї точки є назва — внутрішня точка Лагранжа. Звісно, вона розташована ближче до Місяця, тому що його маса приблизно у 80 разів менша, ніж маса Землі.

А тепер повернімося до рентгенівських подвійних систем, до яких входить акреціювальна нейтронна зоря та значно більша зоря-донор. Якщо ці зорі розташовані дуже близько одна до одної, внутрішня точка Лагранжа може лежати нижче поверхні зорі-донора. Тоді на частину речовини зорі-донора діятиме сила притягання до нейтронної зорі, яка перевищує силу тяжіння самої зорі, спрямовану до її центра. У результаті речовина — розжарений газ — перетікатиме із зорі-донора на нейтронну зорю.

Оскільки зорі обертаються навколо спільного центра мас, речовина не може падати прямо на нейтронну зорю. Перш ніж досягти поверхні, розжарений газ потрапляє на орбіту навколо нейтронної зорі, утворюючи диск, що обертається. Його називають акреційним диском. Частині газу із внутрішніх шарів диска зрештою вдається впасти на поверхню нейтронної зорі.

Далі до гри долучається цікаве фізичне явище, з яким ви вже ознайомилися в іншому контексті. Оскільки газ дуже гарячий, він іонізований, тобто складається з позитивно заряджених протонів і негативно заряджених електронів. А нейтронні зорі мають дуже потужне магнітне поле, тому заряджені частинки рухаються вздовж його магнітних ліній, і більшість плазми врешті-решт потрапляє на магнітні полюси зорі, як полярне сяйво на Землі. Поверхня нейтронної зорі біля магнітних полюсів (де в неї врізається речовина) розжарюється до мільйонів кельвінів та випромінює рентгенівські промені. А через те що магнітні полюси зазвичай не збігаються із полюсами осі обертання (див. розділ 12), ми спостерігаємо рентгенівський потік на Землі, тільки коли розжарена пляма повернута в наш бік. Нейтронна зоря обертається, тому з’являється ефект пульсації.

У будь-якій рентгенівській подвійній системі навколо компакт­ного об’єкта — нейтронної зорі, білого карлика або, як у випадку з Лебідь Х-1, чорної діри — обертається акреційний диск. Акреційні диски — одні з найдивовижніших утворень у Всесвіті, але майже ніхто, крім астрономів-професіоналів, про них ніколи не чув.

Акреційні диски було виявлено навколо всіх рентгенівських подвійних систем із чорної дірою. Їх мають навіть надмасивні чорні діри в центрі багатьох галактик, хоча, судячи з усього, це, мабуть, не стосується чорної діри в центрі нашої Галактики.

Дослідження акреційних дисків стало окремою галуззю сучасної астрофізики. Ви можете побачити їхні дивовижні зображення, ввівши в пошуковик гугла словосполучення «X-ray binaries». Ми ще багато чого не знаємо про акреційні диски. Найбільше нас бентежить те, що ми досі не цілком розуміємо, як речовина з акреційного диска потрапляє на компактний об’єкт. Крім того, до кінця не з’ясовано природу непостійності в акреційних дисках, яка викликає змінність потоку речовини на компактний об’єкт і змінність світності рентгенівського випромінювання. Також дуже мало відомо про радіострумені, наявні в кількох рентгенівських подвійних системах.

Зоря-донор може передавати нейтронній зорі до 1018 грамів речовини за секунду. Здається, наче це багато, але навіть такими темпами на те, щоб передати кількість матерії, що становить масу Землі, знадобиться 200 років. Речовина з диска перетікає на зорю-акретор під владою її потужного гравітаційного поля, що розганяє її до неймовірних швидкостей — від третини до половини швидкості світла. Гравітаційна потенціальна енергія, яку вивільняє речовина, перетворюється на кінетичну (орієнтовно 5 · 1030 ватів) і розжарює стрімкий потік газу до мільйонів градусів.

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.

Маючи повне уявлення про чорні тіла, ми можемо за допомогою елементарної фізики дійти дуже багатьох висновків щодо спалахів, що я вважаю дивовижею. Це ж треба, аналізуючи спектри рентгенівського випромінювання від невідомих джерел на відстані 25 000 світлових років, ми здійснили прорив завдяки тим законам фізики, які студенти МТІ вивчають на першому курсі!

Ми знаємо, що повна кількість енергії, яку за секунду випромінює чорне тіло, пропорційна його температурі в четвертому ступені (це аж ніяк не логічно), а також площі його поверхні (це вже логічно — що більша площа, то більше енергії виділяється). Отже, якщо в нас є дві сфери діаметром один метр і одна з них удвічі гарячіша за другу, вона випромінюватиме в 16 разів (24) більше енергії. Крім того, площа поверхні сфери пропорційна квадрату її радіуса, тому якщо температура тіла залишатиметься незмінною, а розмір збільшиться втричі, то кількість енергії, яку воно випромінює за секунду, зросте в дев’ять разів.

Рентгенівський спектр у будь-який момент спалаху підказує нам температуру чорного тіла для джерела випромінювання. Під час спалаху температура швидко зростає до майже 30 мільйонів кельвінів, а потім поступово знижується. Оскільки нам була відома приблизна відстань до барстерів, ми могли також обчислити світність джерела в будь-який момент спалаху. Знаючи температуру і світність чорного тіла, можна обчислити радіус джерела випромінювання — так само в будь-який момент, поки триває спалах. Уперше це зробив Жан Свонк із Центру космічних польотів імені Ґоддарда. Ми в МТІ незабаром це повторили й дійшли висновку, що спалахи створювало тіло, яке охолоджувалося, радіуса приблизно 10 кілометрів. Це був переконливий доказ, що джерело спалахів — нейтронні зорі, а не дуже масивні чорні діри. І якщо це нейтронні зорі, вони, очевидно, входили до рентгенівських подвійних систем.

У 1976 році в МТІ приїжджала італійська астрономка Лаура Мараскі. Якогось лютневого дня вона зайшла до мене в кабінет і висловила здогад, що спалахи виникають через потужні термо­ядерні вибухи на поверхні акреціювальних нейтронних зір. Коли водень перетікає на нейтронну зорю, гравітаційна потенціальна енергія перетворюється на тепло, і газ розжарюється настільки, що починає виділяти рентгенівські промені (див. попередній розділ). Але, як припустила Мараскі, накопичуючись на поверхні нейтронної зорі, акреціювальна речовина може зазнати некерованого ядерного синтезу (як у водневій бомбі), й це спричиняє рентгенівський спалах. Наступний вибух може статися за кілька годин, коли накопичиться нова порція ядерного палива. За допомогою простих обчислень на дошці в моєму кабінеті Мараскі показала, що коли матерія мчить до поверхні нейтронної зорі на швидкості, яка становить приблизно половину швидкості світла, вивільняється значно більше енергії, ніж під час термоядерних вибухів, і дані це підтверджували.

Я був вражений: це пояснення здавалося переконливим. Термоядерні вибухи відповідали всім вимогам. Тоді й охолодження, що ми спостерігали під час спалахів, мало сенс, якщо те, що ми бачили, було потужним вибухом на нейтронній зорі. Також її модель добре пояснювала інтервали між спалахами: щоб стався вибух, має накопичитися достатня кількість речовини. За звичайного темпу акреції критична маса може зібратися за кілька годин, і приблизно такий інтервал між спалахами ми спостерігали в багатьох джерел.

У мене в кабінеті на столі стоїть цікавий радіоприймач, який часто бентежить моїх відвідувачів. Він працює від сонячної батареї і лише тоді, коли в ній достатньо заряду. Поки приймач собі стоїть, вбираючи сонячне світло, батарея поступово наповнюється енергією (узимку значно повільніше), а тоді приблизно що десять хвилин — часом довше, якщо погода погана — він несподівано вмикається, але тільки на кілька секунд, бо майже одразу розряджається. Зрозуміли? Так само, як в акумуляторі накопичується електроенергія, на поверхні нейтронної зорі накопичується акреціювальна речовина: коли збирається потрібна кількість, стається вибух, який згодом згасає.

Потім, 2 березня 1976 року, за кілька тижнів після приїзду Мараскі та в розпал «лихоманки спалахів» ми відкрили рентгенівське джерело МХВ 1730-335, на якому відбувалося кілька тисяч спалахів за день. Вони нагадували кулеметний вогонь: спалахи часто відбувалися з інтервалом у шість секунд! Не знаю, чи зможу вповні передати наше збентеження. Це джерело (зараз його називають Швидким Барстером) цілком вибивалося з картини й одразу знищило теорію Мараскі. По-перше, за шість секунд на поверхні нейтронної зорі ніяк не може зібратися достатньо речовини для термоядерного вибуху. Крім того, якщо спалахи — побічний продукт акреції, ми мали б спостерігати викликаний нею сильний рентгенівський потік (вивільнення гравітаційної потенціальної енергії), який значно перевищує енергію спалахів, але цього не було. Тому на початку березня 1976 року здавалося, що чудова термоядерна модель, яку запропонувала Лаура Мараскі, мертвіша за мертвого. У публікації, присвяченій МХВ 1730-335, ми припустили, що спалахи викликані «епізодичною акрецією» на нейтронну зорю. Інакше кажучи, розжарена матерія з акреційного диска потрапляє на поверхню нейтронної зорі не постійним потоком, а дуже нерегулярно.

Вимірюючи спалахи якийсь час, ми з’ясували, що після сильнішого спалаху доводиться довше чекати наступного. Пауза мог­ла тривати від шести секунд до восьми хвилин. Щось схоже відбувається із блискавками. Коли вдаряє особливо велика блискавка, тобто відбувається сильний розряд, потрібно більше часу, аби потенціал електричного поля зріс настільки, щоб його вистачило на ще один розряд.

Того ж року зненацька виринув переклад нещодавньої радянської статті, присвяченої рентгенівським спалахам: їх виявили в 1971 році за допомогою супутника «Космос-428». Ми були приголомшені. Радянські вчені відкрили рентгенівські спалахи, випередивши Захід! Проте що більше я дізнавався про ці спалахи, то більше зростав мій скептицизм. Спалахи, виявлені ними, так разюче відрізнялися від багатьох спалахів, які виявив я за допомогою SAS-3. Тому в мене з’явилися серйозні сумніви щодо їхньої справжності. Я допускав, що вони або мали штучне походження, або якимось дивним і незрозумілим чином виникали недалеко від Землі.

Через існування «залізної завіси» дослідити це глибше не вдавалося. Дізнатися відповідь було неможливо. Проте мені пощастило: влітку 1977 року мене запросили в Радянський Союз на конференцію вельми високого рівня. У ній узяли участь лише дванадцять радянських і дванадцять американських астрофізиків. Саме тоді я познайомився зі всесвітньо відомими вченими — Йосипом Шкловським, Роальдом Сагдєєвим, Яковом Зельдовичем і Рашидом Суняєвим.

Я прочитав доповідь про — ви ж здогадалися — рентгенівські спалахи, а потім зустрівся з авторами радянської статті. Вони люб’язно показали мені багато даних щодо спалахів, значно більше, ніж вони оприлюднили в 1975 році. Мені одразу стало зрозуміло, що все це нісенітниці, але я їм цього не сказав, принаймні тоді. Спершу я пішов до їхнього керівника Роальда Сагдєєва, який тоді очолював Інститут космічних досліджень Академії наук СРСР у Москві. Я сказав йому, що хочу обговорити одне досить делікатне питання. Він запропонував поговорити в іншому місці (в кабінеті було повно «жучків»), тому ми вийшли на вулицю. Я навів йому свої аргументи, чому вони помиляються щодо спалахів, і він одразу все зрозумів. Я переймався, що коли розповім про це всім, у цих хлопців, можливо, виникнуть серйозні проблеми з радянським режимом. Він запевнив, що цього не станеться, і переконав зустрітися з ними й сказати їм те саме, що і йому. Я так і зробив, і відтоді про радянські рентгенівські спахали ми більше не чули. Хочу додати, що ми досі дружимо!

Можливо, вам цікаво, що було причиною цих спалахів. Тоді я не мав жодного уявлення, але тепер знаю: вони мали штучне походження. І вгадайте, хто їх створив? Радянський Союз! Трохи згодом я відкрию цю таємницю.

Поки що повернімося до справжніх спалахів, яких ми ніяк не могли зрозуміти. Коли рентгенівські промені від спалахів врізаються в акреційний диск (або зорю-донор) рентгенівської подвійної зорі, диск і зоря нагріваються і на короткий час спалахують в оптичному діапазоні. Оскільки рентгенівські промені спершу мають потрапити на диск і зорю-донор, ми розраховували, що оптичний спалах від диска дійде до нас за кілька секунд після рентгенівського спалаху. Тож ми почали шукати поєднання оптичних і рентгенівських спалахів. Мій колишній аспірант Джефф Макклінток і його колеги в 1977 році вперше ­ідентифікували джерела спалахів в оптичному діапазоні: ними виявилися МХВ 1636-53 і МХВ 1735-44; саме на них ми і націлилися.

Бачите, як усе відбувається в науці? Якщо модель правильна, її мають підтвердити спостереження. Улітку 1977 року ми з моїм колегою і другом Джеффрі Гоффманом організували всесвітнє «чатування на спалахи» — одночасне спостереження в рентгенівському, радіохвильовому, оптичному й інфрачервоному діапазоні.

Це була дивовижна авантюра. Ми мали переконати астрономів із сорока чотирьох обсерваторій у чотирнадцяти країнах присвятити дорогоцінний час у найсприятливіші для дослідження години (так званий «час темноти», коли відсутній Місяць) одній тьмяній зорі — що, можливо, нічого не дасть. Їхня готовність узяти участь свідчила про те, якою важливою для астрономів була таємниця рентгенівських спалахів. За тридцять п’ять днів ми за допомогою SAS-3 зареєстрували 120 спалахів від джерела MXB 1636-53, але телескопи на поверхні не зафіксували жодного. Яке розчарування!

Можливо, ви подумали, що нам довелося вибачатися перед колегами з усього світу, але насправді ніхто не сприйняв це як проблему. Це невід’ємна складова науки.

Наступного року ми повторили спробу, але використали великі наземні телескопи. Джефф Гоффман переїхав у Г’юстон, щоб стати астронавтом, але до мене приєдналися моя аспірантка Лінн Комінскі та голландський астроном Ян ван Парадейс, який почав працювати в МТІ у вересні 1977 року22. Цього разу ми обрали MXB 1735-44. У ніч на 2 червня 1978 року ми досягли успіху. За кілька секунд після того, як ми в МТІ за допомогою SAS-3 зафіксували рентгенівський спалах, Джош Гріндлей із колегами (включно з Макклінтоком) у півтораметровий телескоп в обсерваторії «Серро-Тололо» в Чилі спостерігали оптичний спалах. Наше відкриття потрапило на обкладинку журналу Nature, що було неабиякою честю. Це ще раз підтвердило, що джерело спалахів — рентгенівські подвійні зорі.

Для нас досі залишалося загадкою, чому всі джерела, крім одного, створювали лише кілька спалахів на день і чому Швидкий Барстер так відрізнявся від решти. Відповідь крилася в найдивовижнішому — і найнезрозумілішому — відкритті за всю мою кар’єру.

Швидкий Барстер — це так званий транзієнт. Джерело Центавр Х-2 також є транзієнтом (див. розділ 11). Проте Швидкий Барстер — періодичний транзієнт. У 1970-ті він ставав активним що півроку, але лише на кілька тижнів, після чого зникав з ефіру.

Приблизно за півтора року після відкриття Швидкого Барстера ми помітили одну особливість у графіку його спалахів, що перетворила це загадкове джерело на розетський камінь для рентгенівських барстерів. Восени 1977 року, коли Швидкий Барстер знову був активний, мій студент Герман Маршалл, уважно вивчаючи графіки спалахів, помітив серед дуже швидких спалахів спалахи іншого типу, які відбувалися значно рідше, приблизно раз на три-чотири години. Спектри цих особливих спалахів, як ми їх спершу називали, демонстрували таку саму схожість зі спектрами під час охолодження чорного тіла, яка була властива всім спалахам від багатьох інших джерел. Інакше кажучи, мабуть, наші особливі спалахи (пізніше ми назвали їх спалахами І типу, а швидкі спалахи — спалахами II типу) насправді зовсім не особливі. Спалахи II типу явно були наслідком епізодичної акреції — це не викликало жодного сумніву — але, можливо, типові спалахи І типу таки справді виникали через термоядерні вибухи. Незабаром я вам розповім, як ми це з’ясували. Просто наберіться терпіння.

Восени 1978 року мій колега з МТІ Пол Джосс здійснив деякі ретельні обчислення, щоб з’ясувати природу термоядерних спалахів на поверхні нейтронних зір. Він дійшов висновку, що спершу накопичений водень поступово перетворюється в гелій, але той гелій, щойно досягне критичної маси, тиску і температури, може вибухнути й тоді відбудеться термоядерний спалах (і рентгенівський спалах І типу). Із цього випливав прогноз, що енергія рентгенівського випромінювання, вивільнена під час стійкої акреції, має приблизно в 100 разів перевищувати енергію, яка виділяється під час термоядерного спалаху. Інакше кажучи, доступна гравітаційна потенціальна енергія приблизно в 100 разів більша за доступну термоядерну енергію.

Ми виміряли загальну кількість енергії, яку Швидкий Барстер випроменив у рентгенівському спектрі за п’ять із половиною днів наших спостережень восени 1977 року, і з’ясували, що на спалахи II типу припадає приблизно в 120 разів більше енергії, ніж на «особливі» спалахи І типу. Це був вирішальний аргумент. Тоді ми переконалися, що Швидкий Барстер — це рентгенівська подвійна зоря, спалахи І типу — результат термоядерних спалахів на поверхні акреціювальної нейтронної зорі, а спалахи II типу — наслідок вивільнення гравітаційної потенціальної енергії речовини, яка перетікає від зорі-донора на нейтронну зорю. Це вже не викликало жодних сумнівів. Відтоді ми знали, що всі джерела спалахів І типу — це рентгенівські подвійні системи з нейтронною зорею. Водночас ми остаточно переконалися, що джерелами спалахів не можуть бути чорні діри. У них немає поверхні, тому там не можуть виникати термоядерні спалахи.

Попри те що на початок 1978 року для більшості з нас було вже цілком очевидно, що джерела спалахів — нейтронні зорі в подвійних системах, Ґріндлей у Гарварді й далі наполягав, що спалахи виникають через процеси в масивних чорних дірах. У 1978 році він навіть опублікував статтю, в якій намагався пояснити, як це відбувається. Я ж казав, що науковці часом приростають до своїх теорій. Кембриджська газета The Real Paper опублікувала величезну статтю під назвою «Гарвард і МТІ на межі», у якій було вміщено наші з Ґріндлеєм фотографії.

Докази належності джерел спалахів до подвійних зір з’явилися в 1981 році, коли ми з моїм данським другом Хольгером Педерсоном і Яном ван Парадейсом виявили, що джерело МХВ 1636-53 має період обертання 3,8 години. Проте лише в 1984 році Ґріндлей нарешті визнав свою помилку.

Так найдивніше рентгенівське джерело, Швидкий Барстер, допомогло підтвердити гіпотезу щодо звичайних (І типу) спалахів рентгенівського випромінювання, які спантеличували нас самі по собі. Іронія в тому, що хоча Швидкий Барстер стільки всього пояснив, сам він багато в чому залишається загадкою. Астрономів-практиків це не дуже стосується, але от теоретики досі ніяковіють. Максимум, що ми зробили, і максимум, що нам вдалося зробити, це запропонувати пояснення «епізодичної акреції». Розумію, що це схоже на назву інфекційної хвороби, яку можна підхопити у відпустці в екзотичній країні. І річ у тім, що це лише слова, а не фізика. Речовина, що рухається до нейтронної зорі, з невідомих причин, на деякий час затримується в диску, перш ніж її згусток або кільце відділиться від нього і порине на поверхню зорі, спалахами вивільняючи гравітаційну потенціальну енергію. Це явище називають нестабільністю диска, але це також лише слова: ніхто не знає, чому і як це відбувається.

Якщо відверто, ми також не розуміємо, чому деякі рентгенівські джерела поводяться як періодичні транзієнти. Чому вони то «вмикаються», то «вимикаються»? Ми просто цього не знаємо. Якось у 1977 році всі детектори SAS-3 одночасно почали реєструвати спалахи. Це було дивно, тому що ці пристрої спостерігали за небом в абсолютно різних напрямках. Єдине раціональне пояснення, що спало нам на думку, — крізь космічний апарат пройшли гамма-промені надвисоких енергій (рентгенівське випромінювання на таке не здатне), залишивши по собі сигнали. Оскільки всі детектори спрацювали одночасно, ми не мали жодного уявлення, звідки прийшло це гамма-випромінювання. Протягом кількох місяців ми спостерігали десятки подібних епізодів, а потім усе припинилося, щоб за тринадцять місяців початися знову. Для всіх в МТІ це явище було загадкою.

З допомогою моєї студентки Крістіани Теллефсон я почав складати каталог таких спалахів, і ми навіть систематизували їх за категоріями A, B і C, залежно від їхніх характеристик. Я зберігав їх у папці, якій дав назву «Кляті спалахи».

Пам’ятаю, як проводив презентацію для представників NASA (вони приїжджали до нас щороку), на якій розповів останні захоп­ливі новини про рентгенівські спалахи та продемонстрував де­які з тих дивних спалахів. Своє небажання публікувати результати я пояснив тим, що ці спалахи здаються мені якимись несправжніми. Проте мене переконали не зволікати. Тому ми з Крістіаною почали готувати статтю.

Але якось мені цілком несподівано зателефонував мій колишній студент Боб Скарлетт, який працював над засекреченим проектом у Національній лабораторії в Лос-Аламосі. Він попросив не публікувати статтю про дивні спалахи. Мені було цікаво чому, але йому заборонили оголошувати мені причину. Він запитав про час, коли виникали спалахи, і я надав йому цю інформацію. Через два дні він знову зателефонував і цього разу наполягав, щоб я не публікував даних з міркувань національної безпеки. Я ледь не впав зі стільця. Я одразу зателефонував Франс Кордова — своїй подрузі й колишній колезі, яка тоді також працювала в Лос-Аламосі. Я переповів їй нашу з Бобом розмову, сподіваючись, що вона зможе пролити світло на те, що відбувається. Напевно, вона поговорила про це з Бобом, тому що за кілька днів також зателефонувала й настійно порадила не друкувати статтю. Щоб заспокоїти мене, вона запевнила, що ці спалахи не мають жодного значення для астрономії. Одним словом, я не опублікував результатів.