Микроквазары – ускорители частиц сверхвысоких энергий
Последние десять лет все радиоастрономы мира находятся под впечатлением выдающихся достижений двух космических экспериментов по исследованию флуктуаций реликтового микроволнового фона: американского аппарата WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) и европейского Planck, в результате которых космологические параметры Вселенной удалось определить с беспрецедентной точностью – лучше одного процента. Иными словами, космология стала точной наукой.
Однако новые измерения далеких галактик на инфракрасном телескопе им. Дж. Уэбба (JWST) привели ученых в замешательство – в самой ранней Вселенной, когда ей было всего 300—400 миллионов лет, уже существовали развитые звездные системы со сверхмассивными черными дырами. Это нельзя было объяснить в рамках старых представлений об эволюции самого первого поколения звезд, рожденных после Большого взрыва. Другим нерешенным вопросом стало различие двух оценок темпа расширения Вселенной – постоянной Хаббла – в исследованиях микроволнового фона в ранних эпохах с одной стороны и в исследованиях сверхновых первого типа Ia – стандартных свечах Вселенной – в современную эпоху. Различие значительно превышает точности этих измерений постоянной Хаббла: 73—74 и 67,4—67,7 км/c/Мпк соответственно.
Таким образом, над стандартной космологической моделью сгустились тучи, которые космологи не могут развеять уже несколько лет, хотя и предложены разные способы снизить «напряжение» в споре между радиоастрономами (реликтовое излучение) и оптическими исследователями (сверхновые типа Iа).
Понимание физических явлений в черных дырах звездных масс в тесных двойных системах и сверхмассивных черных дырах в центрах ранних галактик как в раннюю эпоху, так и в современном Млечном Пути, может пролить свет на самые энергетические процессы во Вселенной.
Рентгеновские двойные звезды с релятивистскими струйными выбросами, – названные по аналогии с ядрами активных галактик – микроквазарами, уже 50 лет вызывают неослабевающий интерес у ученых. Астрофизика микроквазаров тесно связана с самыми таинственными космическим объектами во Вселенной – черными дырами и нейтронными звездами.
И те, и другие являются исключительно важными объектами, недаром несколько нобелевских лауреатов по физике занимались и занимаются изучением этих удивительных небесных тел. Процессы и явления, которые характеризуют нейтронные звезды и черные дыры, нельзя создать в земных лабораториях, но эволюция космоса пронизана мощной гравитацией, магнитными полями, корпускулярными космическими лучами и гамма-излучением сверхвысоких энергий. Пожалуй, в последние годы главной ареной космических открытий стали специальные установки, принимающие гамма-излучение высоких и сверхвысоких энергий. Установки мало напоминают традиционные телескопы, (фактически рабочим «зеркалом» является атмосфера Земли), однако они имеют достаточную направленность, чтобы отождествлять источники гамма-излучения сверхвысоких энергий с известными космическими объектами.
И главный сюрприз последних лет – это обнаружение пэватронного гамма-излучения1 от заряженных частиц в звездных источниках – остатках вспышек сверхновых звезд, пульсарах и микроквазарах. Если Крабовидная туманность стала первым таким источником в 2021 году, то микроквазары как пэватроны зарегистрировали только в этом году.
1 Пэватронное гамма-излучение – высокоэнергетическое электромагнитное излучение с энергиями гамма-квантов в диапазоне от 100 тераэлектронвольт (ТэВ) до примерно 1,4 петаэлектронвольта (ПэВ).
В обсерватории САО РАН микроквазары наблюдаются уже 50 лет. В 1970—80 годы под руководством И. М. Копылова, директора САО в те годы, на 6-метровом телескопе БТА начали наблюдать первый микроквазар, тогда самый популярный объект на небе – SS433, а радиоастрономы под руководством академика Ю. П. Парийского выбрали участок неба с этим переменным источником для исследования флуктуаций реликтового микроволнового фона, чтобы попутно исследовать совершенно таинственные тогда радиосвойства SS433.
Теперь мы знаем, что большинство микроквазаров содержат черные дыры, вокруг которых формируется горячий диск из падающего вещества, перетекающего с обычной звезды, которая и составляет пару с черной дырой.
Стоит заметить, что это падение вещества астрономы называют аккрецией под действием гравитации, и она играет ключевую роль в астрофизике как самый эффективный механизм преобразования потенциальной энергии в кинетическую и далее в энергию электромагнитного излучения.