Спутники серии Vela в 1960-х годах создавались вовсе не для изучения звезд или далеких галактик. Их главной задачей был контроль за соблюдением договора о запрете ядерных испытаний. Аппараты должны были фиксировать характерные всплески рентгеновского, гамма- и нейтронного излучения, которые могли бы указывать на скрытые ядерные взрывы в атмосфере, космосе или вблизи Земли.
Именно во время такой работы они неожиданно зарегистрировали совсем не то, что искали. 2 июля 1967 года спутник Vela 4 зафиксировал короткую вспышку гамма-излучения. Ее увидели и еще работавшие спутники Vela 3. Но эта вспышка не совпадала с ожидаемой картиной ядерного испытания, не была похожа на обычную помеху и не имела очевидного земного источника.
Позже стало ясно, что речь шла о первом зарегистрированном гамма-всплеске — одном из самых мощных типов космических взрывов во Вселенной. Однако к такому выводу ученые пришли не сразу. Первая открытая научная статья появилась только в 1973 году, когда исследователи из Лос-Аламосской лаборатории накопили достаточно похожих событий и смогли убедительно показать, что источники этих вспышек не связаны ни с Землей, ни с Солнцем.
При этом история оказалась не совсем такой, как часто ее пересказывают. В популярном изложении обычно говорят, что военные долго держали открытие засекреченным. Но, как отмечается в более позднем историческом разборе NASA Goddard и специалистов Лос-Аламоса, ни сами данные, ни факт открытия не были формально засекречены. Главной причиной задержки стала не секретность как таковая, а необходимость убедиться, что речь действительно идет о новом явлении, а не об ошибке наблюдений или о чем-то уже известном, пишет SpaceDaily.
Программа Vela появилась после подписания в 1963 году договора между США, СССР и Великобританией о частичном запрещении ядерных испытаний. Спутники запускали парами на высокую орбиту, чтобы они могли следить за большими участками пространства вокруг Земли. Их задачей было не фотографирование объектов и не радиоперехват, а именно контроль за радиационными признаками ядерных взрывов. На борту находились рентгеновские, гамма- и нейтронные детекторы.
Именно эта военная логика и привела к случайному астрономическому открытию. Гамма-детекторы оказались достаточно чувствительными, чтобы улавливать короткие и мощные события, не имеющие отношения к оружию. Позже это направление превратилось в отдельную ветвь астрофизики.
Первые спутники зафиксировали вспышку, но тогда у них не хватало точности по времени, чтобы уверенно определить направление на источник. Ситуация изменилась с запуском более совершенных Vela 5 и Vela 6. Они уже могли использовать разницу во времени прихода сигнала на разные аппараты, чтобы оценивать, откуда именно пришел всплеск. Когда таких событий накопилось достаточно, команда Лос-Аламоса смогла сделать главный вывод: источники не находятся ни на Земле, ни на Солнце.
В статье 1973 года под названием “Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin” были описаны 16 коротких всплесков, зарегистрированных с июля 1969 по июль 1972 года. Авторы — Рэй Клебесадел, Иэн Стронг и Рой Олсон — действовали очень осторожно. Они изложили данные о самих вспышках, приборах и временных задержках сигнала, но не стали утверждать, что уже поняли природу этих взрывов.
Такой осторожный подход был вполне оправдан. Тогда выражение «космическое происхождение» еще не означало, что источник находится в далеких галактиках на расстоянии миллиардов световых лет. Оно означало лишь, что вспышки приходят не с Земли и не от Солнца. Вопрос об их настоящем расстоянии стал одной из самых долгих и острых тем в астрофизике высоких энергий.
На протяжении следующих 20 лет спор шел уже не о том, существуют ли гамма-всплески, а о том, где они находятся. Если бы они шли от сравнительно близких объектов внутри или рядом с Млечным Путем, их энергия была бы огромной, но еще допустимой. Если же источники располагались в далеких галактиках, то выходило, что за считанные секунды они выделяют почти немыслимое количество энергии.
Сдвиг в пользу варианта с далекими галактиками произошел после запуска обсерватории Compton Gamma Ray Observatory в 1991 году. Ее прибор BATSE показал, что всплески распределены по небу почти равномерно. Такая картина плохо подходила для обычного населения объектов внутри Млечного Пути. Решающий шаг был сделан в 1997 году, когда спутник BeppoSAX сумел локализовать один из всплесков достаточно точно, чтобы наземные телескопы нашли его послесвечение на более низких энергиях. Именно это открыло путь к поиску галактик-хозяев и измерению красных смещений.
Сегодня картина стала намного яснее, хотя не до конца простой. Гамма-всплески обычно делят на 2 большие группы. Короткие всплески длятся меньше 2 секунд и связаны со столкновениями компактных объектов, например нейтронных звезд или черных дыр. Длинные всплески продолжаются 2 секунды и более, часто около минуты, и связаны с гибелью очень массивных звезд, когда их ядро коллапсирует и образует черную дыру.
В обоих случаях важнейшую роль играет не только сама катастрофа, но и узкие струи вещества, выбрасываемые почти со скоростью света. Если одна из таких струй направлена в сторону Земли, всплеск выглядит невероятно ярким. Если же она направлена в другую сторону, подобное событие может вообще остаться незамеченным для наших приборов.
Одним из самых известных примеров последних лет стал всплеск GRB 221009A, зарегистрированный 9 октября 2022 года обсерваториями Fermi, Swift и другими аппаратами. Из-за его яркости он получил неофициальное название BOAT — Brightest Of All Time, то есть «самый яркий за все время». Сигнал шел к Земле примерно 1,9 млрд лет. По данным NASA, он оказался настолько мощным, что фактически «ослепил» многие гамма-детекторы на орбите, и ученым пришлось восстанавливать его реальную яркость по косвенным данным. Анализ примерно 7000 гамма-всплесков показал, что настолько яркие события могут происходить в среднем лишь раз примерно в 10 000 лет.
Именно такой огромный пласт науки и открылся благодаря спутникам Vela. Аппараты, созданные для контроля за возможными ядерными испытаниями, в итоге вывели ученых на явления, связанные с гибелью звезд, слиянием нейтронных звезд, рождением черных дыр и узкими струями, которые видны через миллиарды световых лет.
Главный смысл этой истории в том, что открытие оказалось случайным только наполовину. Спутники увидели всплески, потому что были очень внимательно настроены на поиск совсем другого сигнала. А ученые не отбросили странные данные как шум, а начали их проверять, сопоставлять, ждать более точных наблюдений и только потом публиковать выводы.
Так поиск скрытых ядерных взрывов неожиданно привел к открытию одного из самых ярких и мощных явлений во Вселенной. И каждый современный гамма-всплеск, который сейчас регистрируют астрономы, так или иначе продолжает историю, начавшуюся с военных спутников эпохи холодной войны.
