Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

данных была слишком мала по сравнению с более поздней работой Пензиаса и Уилсона. Теперь, по прошествии времени, можно обратить внимание и на объяснение некоторых непонятных линий поглощения, обнаруженных в обсерватории Маунт-Вилсон, предложенное в 1940 г. Эндрю Маккелларом из Главной астрофизической обсерватории в Виктории (Канада): он считал, что они могут возникать в результате поглощения излучения космическими молекулами циана при температуре 2,7 K. Он даже предсказал существование еще одной линии поглощения и впоследствии обнаружил ее, но его догадки не получили широкой известности; некоторые специалисты открыто отвергали их, поэтому, как и другие вышеупомянутые идеи, они не обрели широкого резонанса среди теоретиков.

Невероятное оживление, возникшее в среде космологов в 1965 г., было обусловлено тем, что этот случай отличался от предыдущих одним крайне важным обстоятельством. Благодаря Дикке полученные данные стали рассматриваться как ответ на основополагающий вопрос, которым задавалось все большее и большее количество астрономов. Ведь именно здесь таились доказательства, способные существенно сузить отбор предложенных на тот момент космологических теорий. Стационарные теории, судя по всему, еще не потеряли всех своих сторонников. Некоторые из них считали вполне возможной такую ситуацию, когда новое излучение рождается вместе с новой материей, повсеместно возникающей в космическом пространстве, но в целом к открытию фонового излучения с температурой 3 K было выработано другое отношение. Начиная с этого момента большинство космологов переключились на изучение эволюционирующей Вселенной с горячим Большим взрывом в начальной фазе, после чего ее эволюция определялась законами физики фундаментальных частиц.

Этот новый стиль космологических рассуждений, который можно назвать стилем Леметра – Толмена – Гамова, активно развивался в 1960‐х и 1970‐х гг. такими теоретиками, как Фаулер, Вагонер, Торн, Сакс, Артур Вольф, Сахаров, Вайнберг, Шрамм и Стейман. В результате стимулирующего воздействия указанного теоретического направления удалось собрать множество данных нового типа не только в радиоастрономии, но и в таких только что возникших областях, как рентгеновская и гамма-астрономия. Параллельно с этой недавно появившейся сферой теоретических интересов быстро развивалось другое направление, где главное внимание уделялось математике. Были предприняты попытки исследовать так называемую проблему горизонта космологических моделей, физических эффектов с необычными топологическими свойствами – эффектов, приводивших некоторых теоретиков к мысли, что если рассматривать Вселенную в больших масштабах, то она может оказаться неоднородной. Мы вернемся к этим вопросам после того, как изучим новые данные, полученные в других диапазонах. Как уже отмечалось, не все космологи, являвшиеся сторонниками стационарных моделей, были готовы выразить свою солидарность с произошедшими изменениями. В 1975 г. такие специалисты, как Фред Хойл и Джайант Нарликар, продолжали отстаивать стационарную модель, изложенную в «скалярно-тензорной» версии общей теории относительности, немного напоминающей теорию, разработанную Паскуалем Йорданом в 1939 г. О частицах не говорилось, будто они рождаются, вместо этого утверждалось, что изменилась их масса. Космическое излучение с температурой 3 K было представлено как постепенно превратившееся в тепловую энергию излучения звезд на ранней стадии существования Вселенной, произведенное атомами огромного размера в ту эпоху, когда большинство частиц обладало почти нулевой массой. В настоящее время не осталось никого, кто разделял бы такие воззрения.

КОСМИЧЕСКИЕ МАЗЕРЫ И ОТКРЫТИЕ ПУЛЬСАРОВ

Два других фундаментальных астрофизических открытия сделаны примерно в тот же период, когда установили существование микроволнового фонового излучения, и оба они были сходны с ним в весьма любопытных аспектах. В первом случае – при обнаружении космических мазеров – мы убеждаемся в следующем: чтобы открытие стало открытием, ему необходимо признание, которое, в свою очередь, нуждается в изменении ряда теоретических представлений. Во втором случае – открытии пульсаров – мы еще раз утверждаемся в мысли: не следует заранее отметать то, что не находит объяснения, каким бы бессмысленным оно нам ни казалось на первый взгляд.

В 1964 г. группа специалистов из Университета Калифорнии в Беркли, возглавляемая Гарольдом Уивером, исследуя излучение Галактики на сверхвысоких частотах, обнаружила крайне загадочную серию спектральных линий в Большой туманности Ориона. Сначала они отнесли это на счет некой «тайны». Но вскоре серию идентифицировали с излучением, получающимся в результате переходов, возникающих в гидроксильном радикале – соединении атомов кислорода и водорода (OH). Из-за сходства с процессом, который можно получить в лабораторных условиях, соответствующий объект был признан космическим эквивалентом мазера. Мазер – прибор для усиления микроволнового излучения в очень узком диапазоне частот – изобретен в 1954 г. Чарльзом Таунсом и его младшими коллегами по Колумбийскому университету в Нью-Йорке18. Его название является сокращением от развернутого наименования microwave amplification through stimulated emission of radiation («усиление микроволн с помощью вынужденного излучения»). Принцип, лежащий в его основе, был впоследствии использован в оптическом диапазоне для создания более широко известного лазера (light amplification through stimulated emission of radiation – «усиление света с помощью вынужденного излучения»). Согласно высказанному предположению, в природе есть процессы, осуществляющие мощное усиление микроволнового излучения, исходящего от молекул OH, находящихся в источнике. После этого удалось выявить множество других аналогичных источников, обнаруженных, в частности, Массачусетским технологическим институтом и обсерваторией Джодрелл-Бэнк даже раньше, еще до того как стала понятна их природа; в некоторых случаях они состояли из других групп атомов – таких, как вода, монооксид кремния, формальдегид и метиловый спирт. Мазеры обнаружили в холодных облаках вблизи горячего ионизированного газа, а также по соседству с определенными типами звезд, обладающих мощным инфракрасным излучением.

У открытия пульсаров была своя специфика. Все началось с наблюдения, выполненного студенткой Кембриджского университета С. Джоселин Белл. Она обратила внимание на «гребенку», идущую вдоль 120‐метровой бумажной ленты, на которой записывалась вся совокупность сигналов, исходящих от участка неба над (неподвижной) антенной телескопа. Белл пыталась обнаружить, каким образом испускаемый Солнцем газ воздействует на сигналы, исходящие от радиоисточников, и техногенные радиошумы в данном случае представляли собой серьезную проблему. Необычный характер записи, сделанной 6 августа 1967 г., она заметила в октябре – сигнал выглядел как серия короткопериодических пульсаций, испускаемых одним и тем же участком неба. Белл продолжила тщательные наблюдения этого сигнала вместе с руководителем своей диссертации Энтони Хьюишем и тремя другими коллегами и обнаружила, что источник сигнала сохраняет свое местоположение, а импульсы повторяются с высокой точностью, примерно через каждые 1,3 секунды. Накануне Рождества Джоселин Белл обнаружила второй пульсирующий источник с периодом лишь ненамного меньшим, чем у первого. Когда об открытии было объявлено в журнале Nature, в Кембридже возникла шумиха, мол, ближайшие коллеги Хьюиша присвоили открытие себе. На деле, они, похоже, искренне беспокоились о том, что указанные пульсации могли иметь заурядное объяснение, связанное с техническими причинами, например с неполадками оборудования. На кембриджском семинаре, где впервые было объявлено об обнаружении первых пульсаров, всерьез обсуждалась мысль о том, что они могут нести сигнал, идущий от далеких цивилизаций, в силу чего для них подобрали аббревиатуру LGM 1–4, которая расшифровывалась как «little green men» (маленькие зеленые человечки). Это белые карлики или нейтронные звезды? Пульсировали ли они на самом деле или просто вращались? Сначала кембриджская группа остановила свой выбор на пульсации белых карликов и допустила двойную ошибку. Каким бы ни был ответ на этот вопрос, самым удивительным оказалось то, что сигналы повторялись с невероятной точностью. В настоящее время период первого открытого пульсара надежно определен с точностью до восьмого знака после запятой в десятичной системе!

Томас Голд из Корнельского университета, похоже, был первым, кто догадался, что пульсары являются теми самыми долго разыскиваемыми нейтронными звездами, теоретическая возможность существования которых дискутировалась, начиная с 1930‐х гг. После открытия первого пульсара (названного CP 1919, что означает, кембриджский пульсар с прямым восхождением 19h 19m) и его отождествления Голдом были