Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Хотя открытие нейтронных звезд так и не заинтересовало швейцарского эксцентрика, новую тему быстро подхватили другие астрономы, повернувшие свои телескопы в направлении пульсаров. Астрономы напряженно следили не только за нейтронными звездами, но и за связанными с ними туманностями, поскольку, опять же в соответствии с теорией Цвикки, они были тем, что осталось после смерти массивных звезд. Один из телескопов, который использовали для этих целей, принадлежит радиообсерватории Молонгло, расположенной приблизительно в часе езды от столицы Австралии Канберры и примерно в четырех часах езды от Parkes. Крестообразный радиотелескоп Molonglo — фантастическая конструкция с двумя перпендикулярными плечами, каждое в милю длиной. Такую радиоантенну называют “крест Миллса”. Плечи телескопа имеют форму разрезанных пополам цилиндров: параболическая форма поперечного сечения антенн используется для фокусировки сигнала. Двигая антенну вверх или вниз, можно вращать один из цилиндрических параболоидов вокруг его длинной оси.

Телескоп заработал на полную мощность в 1967 году – именно тогда, когда так эффектно состоялась премьера первого пульсара LGM-1. Molonglo сконструирован для наблюдения источников радиоизлучения, так что пульсары, можно сказать, по его части. Относительно небольшой диаметр цилиндра в сравнении с большими одиночными отражателями означает, что у этого телескопа полоса сканирования неба гораздо шире – и поэтому отыскивать пульсары он может гораздо быстрее. “Собирать” пульсары Molonglo начал сразу, причем в таком количестве, что за первые два десятилетия существования астрономии пульсаров фактически более половины всех пульсаров и остатков сверхновых были обнаружены именно этой обсерваторией. С шестидесятых годов телескоп много раз модернизировали, так что теперь он называется MOST (Molonglo Observatory Synthesis Telescope, “телескоп апертурного синтеза обсерватории Молонгло”). Сюда я приехала с Мэтью Бейлзом в феврале 2019 года. Стояла ветреная и пасмурная погода, а мелкий дождь развеял последние мечты о солнечном дне австралийского лета. Дежурный оператор телескопа приветствовал нас около небольшого домика, служившего аппаратной и центром сбора данных. Здесь хранятся результаты космического сканирования за несколько десятилетий. Он подвел нас к радиотелескопу, больше напоминавшему гигантское ирригационное оборудование для сельского хозяйства, чем точный астрономический инструмент. Принадлежащее местному фермеру стадо овец только усиливало это впечатление. Овец мы спугнули, и они быстро ретировались, прячась от усиливающегося дождя под направленным с севера на юг плечом радиотелескопа.

В пятницу 4 октября 1968 года именно этот радиотелескоп еще раз подтвердил, что Цвикки был прав. В тот день в небольшой аппаратной Molonglo астроном Майкл Лардж проводил наблюдения новооткрытых пульсаров. Он внимательно следил за данными на ленте самописца и вдруг увидел, как оба пера начали выписывать какие-то беспорядочные каракули. Лардж понял, что обнаружил далекое космическое тело. “Увидев это, он немедленно попытался со мной связаться”, – рассказывает астроном Алан Воган, работавший тогда в Молонгло над диссертацией под руководством Ларджа. В обязанности Вогана входило повышение чувствительности телескопа. Однако в тот день он пошел на христианскую конференцию, и связаться с ним оказалось нелегко. Ларджу удалось это сделать, только позвонив Алану домой. Его мать дала номер телефона центра, где проходила конференция. Лардж был очень возбужден, и Воган сразу же сел на поезд, идущий в Молонгло. Он успел туда как раз вовремя, к моменту следующего наблюдения, через двадцать четыре часа после первого.

“Мы выполнили большое число предварительных измерений, и, что удивительно, этот объект пульсировал очень быстро по сравнению со всеми известными в то время пульсарами”, – рассказывает Воган.

Действительно, число пульсаций этой нейтронной звезды оказалось порядка одиннадцати за секунду, тогда как периодичность шести других известных тогда пульсаров (два обнаружены телескопом Molonglo, а оставшиеся четыре – Белл) составляла около одной секунды.

Воган и Лардж в спешном порядке решили показать свои данные в Сиднейском университете. Координаты нового пульсара они упомянули в разговоре со своим коллегой Бернардом Миллсом, одним из создателей радиотелескопа Molonglo. “Берни сразу сообразил, что источник находится на месте остатка сверхновой”, – вспоминает Воган. У туманности – остатка массивной звезды, умершей около пятидесяти тысяч лет назад, – было вращающееся, сильно намагниченное ядро. Этот пульсар, получивший название “пульсар Вела” (Vela Pulsar, пульсар в Парусах), стал первым прямым свидетельством связи между нейтронной звездой и взрывом сверхновой. Исследователи очень быстро подготовили статью для журнала Nature, где ее напечатали через три недели после самого открытия – 26 октября 1968 года. По словам Вогана, они были очень возбуждены, но не стали почивать на лаврах, а продолжили работу по поиску новых пульсаров. Примерно через десять лет, в 1977 году, астрономы с помощью Anglo-Australian Telescope, расположенного в обсерватории Сайдинг-Спринг, тоже наблюдали пульсар Вела, но теперь впервые в оптическом диапазоне.

Ровно в тот же день, когда в Nature поступила статья о пульсаре Вела, два астронома, Дэвид Стелин и Эдвард Рифенштейн, работавшие в Соединенных Штатах на радиотелескопе Green Bank примерно в двух часах езды от города Шарлоттсвилла в Западной Вирджинии, обнаружили в Крабовидной туманности странные радиоимпульсы. Крабовидная туманность – остаток взрыва другой сверхновой, в созвездии Телец. Как я уже говорила, китайские астрономы видели эту яркую сверхновую в 1054 году. А в 1850 году астроном Уильям Парсонс, проведя много ночей у своего 36-дюймового телескопа, зарисовал оставшуюся после нее туманность. Его рисунок напоминал краба, и поэтому туманность стали называть Крабовидной.

А через месяц после открытия Стелина и Рифенштейна, сделанного с помощью телескопа Green Bank, магистрант Корнеллского университета Ричард Лавлейс обнаружил, что радиосигнал, идущий из Крабовидной туманности, поступает через регулярные интервалы – каждые 33 миллисекунды. Он работал на радиотелескопе обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико – большом отражателе, вмонтированном в естественную карстовую воронку. Позднее этот радиотелескоп стал знаменит благодаря и сериалу “Контакт” (еще в съемках этого фильма участвовал телескоп Very Large Array в Нью-Мексико), и семнадцатому фильму бондианы “Золотой глаз”. Результаты телескопов Green Bank и Arecibo подтвердили гипотезу астронома Франко Пачини, который за несколько месяцев до того опубликовал статью, где приводил аргументы за то, что внутри Крабовидной туманности должен быть пульсар12.

Итак, теперь имелось два пульсара, ярко сиявших среди остатков сверхновой. Кусочки пазла встали на свои места. Так подтвердились все интуитивные предсказания Фрица Цвикки, сделанные им в 1933 году. Нейтронные звезды – сверхплотные, крошечные, быстро вращающиеся и сильно намагниченные – стали абсолютно реальны.

Вспышка сверхновой – явление редкое. В галактиках, сравнимых по размеру с Млечным Путем, такое случается примерно два раза в столетие. Наша Галактика, вмещающая около трехсот миллиардов звезд, уже “отстает от расписания”. Наиболее “молодая” из известных сверхновых взорвалась в центре Млечного Пути примерно в 1870 году. Однако видно ее не было – скрывала космическая пыль. Теперь астрономы могут наблюдать остаток этой сверхновой как яркий источник радио- и рентгеновского излучения. В видимой Вселенной по крайней мере два триллиона галактик, и это значит, что каждую секунду где-то в бескрайних просторах космоса десять звезд становятся сверхновыми13.

Похоже, нет никакой регулярности в том, где и когда может появиться сверхновая, и поэтому отследить их очень трудно. Астрономы с помощью телескопов-роботов проводят широкий обзор неба, то есть мониторинг всех вспышек в различных диапазонах длин волн. Компьютерные алгоритмы проверяют полученные данные и отбирают многообещающих кандидатов в сверхновые, а астрономы пытаются срочно забронировать время для работы на мощных телескопах, чтобы исследовать электромагнитный спектр вспышки – ее астрофизические “отпечатки”. Маттео Кантьелло, астрофизик из Принстонского университета, называет такой анализ звездной криминалистической экспертизой: мы знаем, что звезда умерла, а теперь хотим точно выяснить почему и как. Наблюдение последних часов жизни звезды – если таковое возможно – может дать астрономам необычайно важную информацию о сверхновых. В частности, демонстрирует ли умирающая звезда заранее, за несколько месяцев, недель или дней, признаки неизбежного взрыва.