Необычайно яркие космические радиоисточники, излучающие в радиолиниях молекул ОН, Н2О и SiO (см. Электромагнитное излучение небесных тел). «Мазер» — сокращенное английское название явления, которое в переводе на русский язык звучит так: «усиление микроволнового излучения посредством вынужденного испускания фотонов». Смысл этого явления заключается в следующем. Как известно, молекулы могут находиться только в совершенно определенных энергетических состояниях — на определенных уровнях энергии, характерных для каждого вида молекул. Между некоторыми уровнями энергии возможны переходы, которые сопровождаются излучением или поглощением фотонов определенной частоты. Если исходному уровню перехода соответствует большая энергия молекулы, чем конечному, то фотон излучается. При обратном переходе происходит поглощение фотона той же частоты.
Молекула, находящаяся на верхнем уровне данного перехода и не подверженная никаким внешним воздействиям, через определенное время самопроизвольно перескакивает на нижний уровень, испустив фотон. Но, оказывается, помимо самопроизвольных переходов молекула может совершать еще и «вынужденные» переходы сверху вниз под действием тех фотонов, частота которых совпадает с частотой данного перехода. Фотон как бы «встряхивает» молекулу, заставляя ее перескочить с верхнего уровня на нижний прежде, чем молекула сделает это сама. Поскольку при этом испускается точно такой же фотон, какой вынудил молекулу перескочить сверху вниз, интенсивность излучения возрастает.
Однако в обычных условиях молекул на нижнем уровне любого перехода находится больше, чем на верхнем уровне. Поэтому фотонов поглощается больше, чем испускается, и интенсивность излучения уменьшается. В лабораториях созданы системы, в которых молекулы искусственно «накачиваются» на верхний уровень так, что там их становится больше, чем на нижнем уровне. В такой системе фотонов излучается больше, чем поглощается, поэтому излучение не ослабевает, а, наоборот, усиливается. Это и есть мазерный усилитель — устройство, широко используемое сейчас в науке и технике.
В 1965 г. открыли космические радиоисточники, свойства которых не удается объяснить иначе, как предположив, что’ внутри этих источников происходит мазерное усиление излучения. В самом деле, некоторые из источников излучают в узких радиолиниях ОН, Н2О или SiO такое огромное количество фотонов, что их суммарная энергия иногда сравнивается с энергией, излучаемой Солнцем во всех спектральных диапазонах. Обеспечить подобную яркость излучения в радиодиапазоне «нагреванием» невозможно. Для этого тело нужно довести до чудовищной температуры в 1013—1015К. Совершенно очевидно, что излучение космических молекул ОН, Н2О и SiO нетепловой природы, так как и при гораздо меньших температурах молекулы полностью разрушились бы. Глубокий анализ результатов наблюдений показал, что фотоны в этих источниках почти наверняка «размножаются» мазерным механизмом.
Космические мазеры интересны не только сами по себе, как уникальное явление природы, но также и потому, что многие из них наблюдаются как раз в тех областях Галактики, где в наше время рождаются новые поколения звезд. Мазерное радиоизлучение молекул несет уникальную информацию о физических условиях в очагах звездообразования.
