19.10.2023
Рентгеновская астрономия, Риккардо Джаккони
Рентген дополнил наблюдения других диапазонов, дал возможность увидеть до этого незаметные источники, показал, что непримечательные в видимом диапазоне части Вселенной могут быть необыкновенными и загадочными.
2002 год был особенным с точки зрения астрономии. Нобелевская премия целиком была вручена за исследования в области астрофизики: одна половина Рэймонду Дэвису и Масатоси Косибе «за новаторский вклад в астрофизику, в частности, за обнаружение космических нейтрино», а другая половина — Риккардо Джаккони «за новаторский вклад в астрофизику, который привел к открытию источников космического рентгеновского излучения».
Рассмотрим за что была присуждена премия Риккардо Джаккони.
Риккардо Джаккони (1931-2018) американский физик итальянского происхождения, член Национальной академии наук США. Защитил диссертацию в Миланском университете, после перешел работать в Принстонский университет. С 1959 года работал в Американской корпорации по науке и технике (АКНТ/AS&E) в Кембридже, был принят в совет директоров фирмы и с 1969 года стал ее вице-президентом. Работая в АКНТ Джаккони участвовал в запуске 23-х исследовательских ракет, шести спутников и одного полёта на самолёте, вся работа была направлена на исследование космического рентгена. Это была успешная работа. Риккардо Джаккони написал автобиографию ”Secrets of the hoary deep”.
Рентгеновский свет (или X-лучи) это энергичная, коротковолновая часть электромагнитного спектра. Они изучаются уже более ста лет. В 1901 году Нобелевская премия вручалась Рентгену за их открытие. В 1912 Макс фон Лауэ получил нобелевскую премию за изучение дифракции ренгеновских лучей. В 1917 Баркла за рассеяние рентгеновских лучей. В 1924 г. Манн Зигбан разработал рентгеновскую спектроскопию атомов и получил за это премию.
Ни одно из этих открытий не связано с астрономией. Они все были сделаны на Земле, в лабораториях, приемники излучения не направляли на небо. Дело в том, что и направить приемник на небо недостаточно - земная атмосфера отлично поглощает рентген. Так что рентгеновская астрономия началась поздно, для ее развития были нужны внеатмосферные приборы.
В 1949 Герберт Фридман впервые обнаружил солнечный рентген с помощью счетчика Гейгера, запущенного на ракете, несмотря на то что Солнце в рентгеновском диапазоне в миллион раз тусклее, чем в видимом.
Фридман наблюдал прохождение Луны по диску Солнца. Луна частично скрывала Солнце и можно было понять откуда испускаются X-лучи. Оказалось, что излучают солнечные пятна и протяженная горячая солнечная корона.
Чтобы заметить космический рентген не только от Солнца, надо было улучшить точность наблюдений. Такие работы велись в АКТН, куда в 1959 был принят на работу Риккардо Джаккони. Расчет был на то, что на ночном небе в X лучах ярче всего будет светить Луна - флуоресцировать набранным солнечным излучением.
Точность удалось увеличить в основном из-за увеличения площади приемника, прибор был запущен и 12 июня 1962 года открыт первый звездный рентгеновский источник. Это была не Луна! Ярчайшим источником на ночном небе оказалось что-то в созвездии Скорпиона - Sco X1.
В направлении Sco X1 в видимом или радио диапазоне нет ничего примечательного, но в рентгене он второй после Солнца. Sco X1 излучает в рентгеновском диапазоне в 1000 раз больше энергии, чем в видимом диапазоне, а его общая светимость в 1000 раз превосходит светимость Солнца. Sco X1 не похож на Солнце, он не похож на на все известные звезды.
Еще один результат увеличения точности - наблюдение изотропного рентгеновского фона. Казалось, что космос со всех сторон светиться в рентгеновских лучах. Таким образом появились вопросы: загадочное изотропное излучение космоса и необычный энергичный источник, на которые не скоро удалось ответить.
Для дальнейшего развития были нужны спутники. Ракеты могут наблюдать только пару минут, а аэростаты чувствительны только к энергиям больше 20 кэВ. В 1970 АКТН был запущен первый спутник для наблюдения в рентгене -UHURU (свобода). Количество рентгеновских источников быстро возросло до 339.
Рентгеновское небо UHURU, все ярчайшие источники X-лучей на ночном небе
Появилась возможность фокусировки на одном источнике и длительного наблюдения за ним. Оказалось, что излучение не всех источников постоянно, оно меняется со временем. Центавр(Cen) X-3 один из таких источников, его яркость периодически менялась. Похожее явление было открыто в радиодиапазоне Хьюишом. В 1967 были открыты пульсары - нейтронные звезды с быстрым вращением, которые излучают за счет энергии вращения. Может Cen X-3 - пульсар?
Оказалось, что это не так. Период пульсаций Cen X-3 непостоянный, он уменьшается, вращение со временем происходит быстрей и быстрей. Если бы Cen X-3 был пульсаром, он бы терял энергию вращения излучая, он должен был замедляться. Cen X-3 может быть двойной звездой: обычная звезда и более массивный объект. Газ обычной звезды падает в потенциальную «яму», созданную массивным компаньоном. Как при падении воды на гидроэлектростанциях, такой механизм обеспечивает выделение энергии. Такой механизм аккреции вещества звезды на компактный объект объясняет излучение большинства галактических источников, в том числе Sco X–1.
Еще один интересный источник Лебедь (Syg) X–1, его удалось отождествить в радио и видимом диапазоне с двойной системой, наблюдать спектр и оценить массу. Массивный компонент двойной системы имеет массу больше 6 масс Солнца. Такие массивные звезды не могут быть нейтронными, Лебедь X–1 стал первым кандидатом в черные дыры.
Следующее открытие UHURU - излучение горячего газа в скоплениях галактик. Такой газ имеет массу сравнимую с массой самих галактик и дает заметный вклад в барионную массу Вселенной. UHURU наблюдал газ только в 3 ближайших галактиках, это работа была продолжена следующей внеатмосферной обсерваторией - «Эйнштейн».
«Эйнштейн» первый телескоп с совершенно новым подходом к увеличению точности - оптикой косого падения. Большие инструменты сложно выводить на орбиту, так что увеличивать точность за счет площади надо было прекратить. Джаккони и Росси предложили новую конструкцию телескопа, использовалось комбинация из параболического и гиперболического зеркал. Рентгеновские лучи отражаются только если летят под очень маленькими углами к поверхности зеркала, иначе они просто поглощаются.
Следующим шагом стал телескоп Chandra (в честь американского теоретика-астрофизика Чандрасекара), запущенный в 1999г. Достигнуто угловое разрешение 0.5”. На нем решена задача рентгеновского фона. Ренгеновский фон оказался множеством источников, которые не были видны по отдельности и сливались при наблюдении с невысоким разрешением.
Открытие космического рентгеновского излучения поменяло астрономию. Рентген дополнил наблюдения других диапазонов, дал возможность увидеть до этого незаметные источники, показал, что непримечательные в видимом диапазоне части Вселенной могут быть необыкновенными и загадочными.
Рентгеновская астрономия началась с новых технологий. Джаккони, Росси и Фридман были ведущими специалистами, они разрабатывали инструменты для наблюдений и руководили миссиями по наблюдению за X-лучами. На момент присуждения премии Фридман и Росси были мертвы.
Сейчас на орбите работают уже 14 инструментов, изучающих небо в X-лучах.
Теги: рентгеновский свет
234567 Начало активности (дата): 19.10.2023 18:52:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: рентген, астрономия, астрофизика, рентгеновский свет
12354567899
Похожие статьи
Участница проекта «Твой Ход» работает над исследованием, которое позволит отказаться от рентгенаРентген на дому 8 495 22 555 6 8
Новый рентген-аппарат введен в эксплуатацию в «Балашихинском» филиале
Лечение повреждения ахиллова сухожилия
Новое из биографии Н.В. Склифосовского
