изучает высокопроникающее электромагнитное гамма-излучение, приходящее из космоса.
Наши знания о космосе базируются на изучении попадающих на Землю космического вещества и излучения. Вещество попадает в форме метеоритов и космических лучей, т.е. быстрых заряженных частиц - протонов, электронов и др. Электромагнитное излучение наблюдается в различных диапазонах спектра (в порядке увеличения частоты): радио-, инфракрасном, оптическом, ультрафиолетовом, рентгеновском и гамма-диапазоне. Астрофизики пытаются получить из этих источников единую картину происходящих в космосе явлений. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО; ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
Источники. Фотоны видимого света имеют энергию 2-3 электронвольта (эВ), а гамма-фотонами называют кванты электромагнитного поля с энергией выше 500 кэВ. Это очень энергичные фотоны, но их поток из космоса чрезвычайно слаб. Типичными процессами, в которых рождаются гамма-фотоны, служат аннигиляция вещества с антивеществом, излучение возбужденных атомных ядер, резкое отклонение быстрых электронов в магнитном поле или при столкновении с ядрами атомов, а также распад элементарных частиц (???-мезонов), рождающихся при взаимодействии частиц космических лучей с ядрами атомов. См. также АНТИВЕЩЕСТВО .
В астрономии эти процессы могут происходить в окрестности пульсаров и сверхновых звезд, при вспышках на звездах и на Солнце, при взаимодействии космических лучей с межзвездным веществом, в ядрах галактик, квазарах и, возможно, вблизи черных дыр. См. также ЧЕРНАЯ ДЫРА; МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО; НОВАЯ ЗВЕЗДА; КВАЗАР.
Регистрация. Гамма-лучи с энергией менее 1010 эВ поглощаются земной атмосферой. Поэтому первые космические гамма-источники были зарегистрированы в 1960-х годах приборами, поднятыми на аэростатах на высоту более 30 км, а первый обзор неба в гамма-лучах был получен со спутника OSO-3, запущенного в 1967. Важнейшим результатом этого эксперимента стало обнаружение характерного гамма-излучения, обусловленного аннигиляцией электронов с позитронами (вещества с антивеществом). Его источник расположен вблизи центра Галактики, а природа до сих пор не ясна.
В последующие годы были выведены на орбиту спутники для исследования гамма-лучей высокой энергии от 30 до 5000 МэВ: SAS-2 (запущен в 1972) и COS-B (1975), а также для исследования мягкого гамма-излучения: HEAO-1 (1977) и HEAO-3 (1979). В 1991 была запущена крупная гамма-обсерватория GRO с четырьмя детекторами в широком диапазоне энергий. Ее работа рассчитана на 10 лет. См. также ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ .
Гамма-лучи очень высокой энергии, более 1011 эВ, доступны для изучения с поверхности Земли. Эти энергичные кванты рождают в атмосфере поток вторичных электронов, движение которых в воздухе вызывает оптическое черенковское излучение (см. также ЧЕРЕНКОВ, ПАВЕЛ АЛЕКСЕЕВИЧ). Попадание в атмосферу мощного гамма-кванта заканчивается короткой вспышкой света, которую можно зарегистрировать специальным телескопом. Так было открыто гамма-излучение от галактического объекта Лебедь X-3 и внегалактического - Кентавр А. Переменное гамма-излучение обнаружено от двух пульсаров: в Крабовидной туманности и в созвездии Парусов. Нет сомнений, что оно принадлежит именно им, поскольку его пульсации совпадают с переменностью объектов в радиодиапазоне. Однако детально механизм генерации этого излучения пока не объяснен. См. также РАДИОАСТРОНОМИЯ ; ПУЛЬСАР .
Считается, что примерно половина потока гамма-лучей связана с компактными объектами, а половина рождается при взаимодействии космических лучей с межзвездным газом. Поэтому есть надежда, что гамма-астрономия поможет выяснить природу космических лучей. По иронии судьбы, когда в 1912 В. Гесс открыл их, все думали, что это поток космического гамма-излучения, поэтому Р.Милликен и назвал их "лучами". Теперь известно, что космические "лучи" почти полностью состоят из протонов, электронов и ядер легких атомов. Но, возможно, именно гамма-излучение подскажет, где рождаются космические лучи. Если удастся доказать, что их плотность неодинакова в разных частях Галактики, то это будет означать, что они галактического, а не внегалактического происхождения.
Внегалактические гамма-лучи. Среди нескольких внегалактических источников гамма-лучей идентифицирован ближайший квазар 3C 273 и радиогалактика Кентавр А. Возможно, существует и слабый изотропный поток гамма-лучей космологической природы. Его происхождение могло бы быть связано с аннигиляцией вещества с антивеществом в раннюю эпоху существования Вселенной. См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ.
Возможно, самым интригующим открытием в гамма-астрономии являются короткие гамма-вспышки, регулярно приходящие со всех направлений на небе. Длительность этих вспышек от долей секунды до десятков секунд. Их не удается отождествить с известными объектами на небе. Не ясно даже, рождаются ли они в пределах Солнечной системы или далеко за пределами Галактики. Гамма-вспышки были открыты еще в начале 1970-х годов; сейчас у астрофизиков накоплен по ним огромный материал, но о природе этого явления ничего определенного пока сказать нельзя.