Процессы, создающие излучение 4 страница
В случае звезд с рентгеновским излучением, возвращающихся пульсаров, время, потраченное на пребывание выше уровня скорости двух единиц, было слишком коротким для того, чтобы имело место любое большое количество приспособления изотопов, и переворот произошедших изменений достигался относительно быстро. Состав изотопов обычных белых карликов полностью приспособлен к промежуточной скорости в период движения наружу этих объектов. Обратное приспособление продолжается длительный период времени, но здесь сильное излучение скачкообразно. Оно исходит из звезды в огромных количествах только при определенных условиях, коротких по продолжительности. Меньшие количества испускаются как утечки или небольшие вспышки.
Остатки сверхновой дают возможность наблюдения эволюции испускания рентгеновских лучей. Вообще говоря, чем больше изотоп отдален от центра зоны стабильности, тем энергетичнее испускание и короче полураспад. Соответственно, с течением времени, за изначально жесткими или энергетичными рентгеновскими лучами из материи, падающей назад в диапазон низкой скорости, следуют мягкие испускания, и коротко живущие изотопы устраняются. Изначальное рентгеновское излучение из остатков отождествляется с излучением от твердых компактных объектов. Например, сообщается, что рентгеновские лучи от Кассиопеи А “довольно жесткие”.[207] Затем излучение продолжается на мягкой основе относительно долгий период времени. Например, рентгеновские лучи из Петли Лебедя, одного из более старых остатков, пребывают в мягком диапазоне, ниже 1 KeV.[208]
|
|
|
Благодаря разнообразию источников и условий, вовлеченных в наблюдаемое испускание рентгеновских лучей, на процесс создания этого излучения можно установить некоторые ограничения, а затем сравнить с теоретическими выводами. Во-первых, мы можем прийти к выводу, что весьма непохоже на то, что два разных процесса создания сильного рентгеновского излучения работали бы посредством одного и того же события сверхновой. Следовательно, механизм, посредством которого создаются рентгеновские лучи, должен быть одним, относящимся к обоим наблюдаемым видам продуктов сверхновой: компактным источникам и расширенным остаткам. (Принято считать, что сверхновая, создающая компактный источник рентгеновских лучей, оставляет остаток.) Это накладывает жесткие ограничения на вид исследуемого процесса.
Кроме того, если наблюдаемое испускание рентгеновских лучей из остатков сверхновой рассматривается вместе с результатами наблюдений, которых искали, но не обнаружили (высокочастотное излучение в больших количествах из сверхновой[209]), к теории рентгеновских лучей предъявляется еще более жесткое требование. Факт, что испускание в остатках происходит и из концентраций материи (горячие пятна), и из диффузных облаков (расширенные источники), означает, что испускание должно возникать в результате состояний самой материи, а не в результате способа объединения материи. Но отсутствие рентгеновского излучения в период наблюдаемой стадии взрыва сверхновой, когда частицы энергий пребывают в максимуме, указывает на то, что тепловые процессы неадекватны такому сильному испусканию рентгеновских лучей.
|
|
|
В остатках рентгеновские лучи исходят из материи, терявшей энергию значительный период времени, в некоторых случаях более 50.000 лет, и сейчас пребывающей на энергетическом уровне ниже пика, достигнутого при взрыве. Поэтому наблюдения требуют существования процесса, в котором материя, теряющая часть своей энергии после достижения уровня высокой энергии сильного взрыва, подвергается некоему виду изменения, вовлекающего испускание рентгеновских лучей. На предшествующих страницах мы видели, что развитие теории вселенной движения ведет как раз к такому процессу.
Все развитие теории происходило задолго до открытия астрономических эмиттеров рентгеновских лучей. Уже определено, что быстродвижущиеся продукты звездных и галактических взрывов подвергаются инверсной радиоактивности при переходе от низкоскоростных к высокоскоростным диапазонам, создавая излучение радиочастот. Также, исходя из теоретических рассуждений, было обнаружено, что одни продукты взрыва обретают достаточно скорости для выхода из материального сектора в космический сектор, а другие не достигают скорости ухода и, в конце концов, возвращаются к относительно низким скоростям, обычным для материального сектора. Все, что требовалось для завершения теоретического понимания эмиттеров рентгеновского излучения, – осознание следующего довольно очевидного факта. Процесс, ранее принимаемый за источник излучения радиочастот из уходящих продуктов звездных и галактических взрывов, работает, но в обратном порядке, для создания рентгеновских лучей из продуктов взрыва, возвращающихся в низкоскоростной диапазон.
|
|
|
Таким образом, у нас есть теоретическое определение происхождения и свойств эмиттеров рентгеновского излучения, которое не строилось в целях соответствия наблюдениям, способом, посредством которого создается большинство научных теорий, а уже выведенное из постулатов, определяющих вселенную движения, и опубликованных до открытия астрономического испускания рентгеновских лучей. Поэтому особо заслуживает внимания тесное согласование между заранее существующей теорией и доступной сейчас информацией наблюдения. Во-первых, теоретический процесс рентгеновских лучей – это существенный элемент теоретического процесса создания энергии. Теперь не нужно давать отдельное объяснение, как создается энергия. Во-вторых, тот же процесс применим ко всем эмиттерам жесткого рентгеновского излучения.
|
|
|
Между тем, традиционная астрономическая теория стоит перед лицом проблемы, как объединить новую комбинацию генерирования энергии с процессом создания излучения у почти всех типов эмиттеров рентгеновского излучения, с которыми она сталкивается. Нынешнее мышление в этой сфере центрируется, в основном, на ситуации с Крабовидной туманностью. Здесь астрономам удалось создать теорию, с которой им достаточно удобно, хотя, как указывалось раньше, им приходится не легко от неспособности выявить механизм, посредством которого выполняется требуемая теорией передача энергии. Согласно этой теории, центральный пульсар – это вращающаяся нейтронная звезда, высвобождающая энергию посредством замедления вращения. Энергия передается туманности, которая затем излучает “посредством синхротронного процесса, испускающего радиоволны, видимый свет и рентгеновские лучи”.[210] И кое-какие источники излучения удовлетворяют этому процессу. Кроме некоторых, радио испускающие пульсары не имеют связанных остатков, а остатки сверхновой не содержат пульсаров. Поэтому для объяснения радио испусканий из этих источников требуются другие гипотезы. Эмиттеры рентгеновских лучей еще больше усложнили ситуацию. Для таких объектов в качестве источника энергии признается вращение, но лишь некоторые из них демонстрируют пульсацию, которая интерпретируется как свидетельство вращения; и даже у этих некоторых периоды пульсации уменьшаются. Джиакони указывает, что из-за увеличения скорости “энергия не может создаваться вращением” и продолжает утверждать:
“Единственный правдоподобный источник энергии был гравитационной энергией, высвобождавшейся посредством наращивания материала из звезды-компаньона в испускающий рентгеновские лучи объект”.[211]
Здесь, вновь, мы встречаемся с вездесущим аргументом “другого способа нет”. Нет физического свидетельства, поддерживающего допущение, что такой процесс действительно работает. Достоверна она или нет, это просто гипотеза, основанная на ряде допущений о природе двух компонентов бинарной системы, испускающей рентгеновские лучи, допущений, которые, как мы показали, неверны.
Ни синхротронный процесс, ни процесс приращения не применимы к остаткам, кроме остатков типа Крабовидной туманности, поэтому для них требуется выведение еще одного процесса испускания рентгеновских лучей. Здесь допущение таково: “высокоэнергетическое излучение создается нагреванием, когда газ остатка сталкивается с межзвездной средой”.[212] Этой гипотезе противостоят две большие проблемы: (1) ее трудно сжать для рассмотрения существования “горячих пятен” во внутренних частях многих остатков, особенно там, где, как у Кассиопеи А, горячие пятна как бы стационарны; (2) испускание энергии из остатков уменьшается намного медленнее, чем предсказывает объяснение.
Испускание рентгеновских лучей в целом – это еще один пример способа, к которому прибегает современная астрономическая теория для многих разных объяснений одной и той же вещи. В свете незавершенной природы ныне существующего астрономического знания, несмотря на заметный прогресс, сделанный за последние несколько десятилетий, невозможно проверить эти гипотезы в свете установленных фактов. При отсутствии опровержения, которое последовало бы за такой проверкой, каждое объяснение обладает определенной степенью достоверности, когда рассматривается отдельно, хотя все они почти полностью базируются на допущениях. Но подобно многим разным теориям, созданным для рассмотрения индивидуальных проявлений крайне высокой плотности, приведенных в главе 17, множество объяснений одних и тех же феноменов приводит к накоплению искусственности основ гипотез. Демонстрируемая необходимость выводить новое объяснение феномену, когда он обнаруживается в разных обстоятельствах, – это убедительное свидетельство того, что в нынешнем понимании феномена что-то не в порядке.
Как и следовало ожидать, внегалактические наблюдения добавили проблеме еще больше измерений. Все галактики испускают рентгеновские лучи. Во многих случаях излучение, очевидно, исходит из источников, подобных тем, которые наблюдаются в нашей галактике Млечный Путь. И отдельные источники, и остатки сверхновых, испускающие рентгеновские лучи, обнаружены и в других галактиках, которые достаточно близки для пребывания в диапазоне доступного инструментария наблюдения. Среди многих отдаленных галактик имеются некоторые более мощные эмиттеры рентгеновского излучения. Галактики Сейферта, класс очень активных спиралей, которые будут обсуждаться в главе 27, наблюдаются как сильные источники испускания рентгеновских лучей. Галактики, демонстрирующие свидетельство крайней активности, такие как М 82 и NGC 5128, тоже испускают огромные количества энергии рентгеновских лучей. Похоже, и квазары являются чрезмерными эмиттерами рентгеновских лучей, чего и следовало ожидать от турбулентных условий в таких объектах, подвергающихся быстрым и радикальным изменениям.
Еще одно недавнее открытие, привлекшее большое внимание, – обнаружение рентгеновских лучей в межзвездном пространстве в некоторых отдаленных скоплениях галактик. Сообщение Джиакони в 1980 году определяет два класса испусканий: один, в котором испускающие источники “собираются вокруг отдельных галактик или групп галактик”, и другой, в котором испускание “концентрируется возле центра и плавно уменьшается с расстоянием”.[213] Согласно Горенштейну и Такеру, испускание рентгеновских лучей исходит из скоплений “с центрально расположенной сверхгигантской эллиптической (сфероидальной) галактикой”.[214] Также авторы сообщают, что М 87, самая ближайшая галактика класса гигантов и член скопления Девы, “окружена облаком, испускающим рентгеновские лучи, протяженностью миллион световых лет”.
Испускание рентгеновских лучей в этих скоплениях галактик ныне приписываются присутствию горячего газа. “Пространство внутри таких скоплений заполнено газом, разогретым до 10 миллионов градусов”, – полагает Джиакони.[215] Очевидно, что данная ситуация взывает к более критическому рассмотрению. В свете того, что уже известно об основах тепла и температуры, высокая температура в среде, такой разряженной, как среда межгалактического пространства, невозможна. Как объяснялось в томе II, температура газа – это результат сдерживания. Давление – это мера сдерживания, а температура – это мера энергии, переданной газу, который подвергается давлению. Следовательно, температура Т – это функция давления Р. У любого данного объема V “идеального газа” эти две величины прямо пропорциональны, как указывается общим законом газа PV = RT, где R – газовая константа. Если давление очень низкое, почти как в вакууме межгалактического или межзвездного пространства, температура тоже очень низкая. Она измеряется в градусах, а не в миллионах градусов.
Часто допускается, что объемы газа поблизости от горячих звезд или активных галактик “нагреваются излучением”. Но излучение не отменяет законов газа. Поглощение излучения не повышает температуру, если газ свободно расширяется. Излучение может ионизировать атомы газа и создавать впечатление подъема температуры, но такой вывод некорректен. Степень ионизации – это указание интенсивности ионизирующего реагента, каким бы он ни был. При очень высоких температурах имеет место тепловая ионизация; то есть, часть теплового движения превращается в вид движения, известного как ионизация. В данном случае, степень ионизации – это на самом деле указание температуры, интенсивности теплового движения. Но ионизация посредством другого реагента, такого как излучение, не зависит от температуры. Движение в форме излучения напрямую превращается в движение в форме ионизации. Здесь степень ионизации – это указание на интенсивность излучения и не имеет никакого отношения к температуре. Тогда вероятность радиоактивного добавления к температуре газа следует вычеркнуть. Рентгеновские лучи в пространстве вокруг гигантских галактик не могут создаваться температурой. Их должны генерировать нетепловые процессы в местах, где они наблюдаются.
Во вселенной движения испускание рентгеновских лучей происходит благодаря утечке материи, движущейся с промежуточной скоростью из региона высокого давления внутри гигантских галактик. Там где температура утекающей материи пребывает в нижней секции диапазона промежуточной скорости, относительно небольшое количество охлаждения переносит некоторые частицы через границу единицы скорости в диапазон более низкой скорости. В таком случае испускание начинается сразу же после того, как утекающая материя покидает галактику, и испускание “плавно уменьшается с расстоянием”, как во второй категории Джиакони и вокруг М 87. Более высокая исходная температура задерживает начало испускания рентгеновских лучей и благоприятствует испусканию вблизи других галактик скопления, где материя, уходящая от гиганта, охлаждается посредством контакта с уходящей материей тех галактик. Затем распределение испусканий рентгеновских лучей следует описанию первой “массивной” категории Джиакони. Как мы увидим в главе 27, галактики Сейферта тоже теряют материал промежуточной скорости из внутренних частей, и рентгеновское излучение от этих объектов, будучи значительно сильнее по причинам, которые будут объясняться в последующем обсуждении, – это результат тех же процессов, которые работают вокруг отдаленных гигантов.
Выводы в связи с происхождением рентгеновских лучей, наблюдающихся поблизости гигантских галактик, также применимы, в более мелком масштабе, к производству рентгеновских лучей в окружениях отдельных звезд. Считается, что такие лучи создаются в коронах звезд. Отсюда делается вывод, что в коронах существуют “температуры от миллиона до 10 миллионов градусов”.[216] Здесь, вновь, существование таких температур исключается базовыми тепловыми принципами. Следовательно, в таких местах рентгеновские лучи не могут создаваться температурой. Но, как и в ситуации с галактикой, создание рентгеновских лучей легко объясняется на основе утечки материи, движущейся с промежуточной скоростью, из внутренних частей звезд, за которой следует возвращение к диапазону низкой скорости в коронах.
Объяснение посредством “утечки” также справедливо для относительных скоростей испускания из разных классов звезд. Это одна из сфер, в которой новые открытия наблюдения обесценивают предыдущие теории. “Предсказания испускания рентгеновских лучей, основанные на классических теориях, – говорит Джиакони, – полностью теряют цену в качестве объяснения наблюдений”.[217] Как можно видеть из описания процесса создания звездной энергии на предыдущих страницах, центральные регионы всех звезд пребывают в состоянии, где комбинации тепловых и ионизированных энергий вполне достаточно для начала внедрения промежуточных скоростей в значительное число частиц. Принимая во внимание единообразие внутренней ситуации, главным определителем количества утечки, кроме массы звезды, является толщина слоя материи, через который прокладывают свой путь частицы, движущиеся с промежуточной скоростью. Отсюда следует, что скорость утечки должна быть относительно большей у более мелких звезд. Это подтверждается результатами наблюдений обсерватории Эйнштейна, которые показывают, что отношение испускания рентгеновских лучей к оптическому испусканию в сто раз больше у мелких звезд главной последовательности спектрального класса М, чем у Солнца – представителя большего класса G. Такие результаты, говорит Джиакони, “будут форсировать главный пересмотр теорий и атмосфер звезд, и эволюции звезд”.[218]
Глава 20
Ситуация с квазарами
Существование квазаров вынуждает полагать, что мы имеем дело с феноменами, которые не в состоянии объяснить современная физика. Возможно, мы фундаментально неверно интерпретируем некоторые данные, или это указывает на то, что есть законы физики, о которых мы еще ничего не знаем.[219]
Самой очевидной и потрясающей характеристикой квазаров, положением, на котором сфокусировалось так много внимания, является то, что они просто не укладываются в традиционную картину вселенной. Они “загадочные”, “удивительные”, “непонятные”, “непостижимые” и так далее. До сих пор не представляется возможным сформулировать даже гипотезу о природе механизма этих объектов, которая не вступала бы в открытый и серьезный конфликт с тем или иным сегментом наблюдаемых фактов. Р. Дж. Уэймен делает такой комментарий:
“История нашего знания квази звездных источников преподносит один сюрприз за другим. Конечно, почти без исключения, каждая новая линия исследования наблюдений раскрывала что-то неожиданное”.[220]
Ирония ситуации в том, что задолго до открытия квазаров имелась физическая теория, предсказавшая существование класса объектов, к которому относятся квазары, и представившая объяснение главных характеристик этих объектов, тех характеристик, которые сейчас так озадачивают тех, кто пытается уложить их в традиционную структуру физической и астрономической мысли. Хотя в то время применение теории вселенной движения к астрономическим феноменам пребывало еще на очень ранней стадии, почти четверть века назад, существование галактических взрывов уже было выведено из базовых постулатов теории, наряду с общей природой продуктов взрыва.
Наблюдение отставало от теории. В 1959 году, во время публикации первого издания данной труда, изучение внегалактических радио источников пребывало еще в младенчестве. Конечно, тогда было открыто всего пять таких источников. Самым благоприятным объяснением генерирования энергии радиоизлучения была гипотеза столкновения галактик. Первые неуверенные предположения галактических взрывов не становились публичными еще год или два, и прошло еще три года прежде, чем было осознано реальное свидетельство такого взрыва. Существование квазаров было неизвестным и непредвиденным.
В подобных обстоятельствах, расширение физической теории на предсказание существования взрывающихся галактик и описание общих характеристик таких галактик и продуктов взрыва явилось беспрецедентным шагом. Таким способом почти невозможно расширить общепринятую научную теорию в неизвестную сферу, поскольку формулировка традиционного типа теории требует каких-то экспериментальных и наблюдаемых фактов, на которых она строится, а тут феномены абсолютно неизвестны, и нет известных фактов, которыми можно было бы воспользоваться.
“Теоретические шаги должны покоиться на данных наблюдений. Когда базы данных не существует, не помогает одна лишь логика теории”.[221]
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 153; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!