Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Как оказалось, этот другой пульсар, который стал всего лишь пятым по счету миллисекундным пульсаром, обнаруженным на тот момент, и на который какое-то время не обращали внимания, изменит не только жизнь Вольщана, но и наше понимание происхождения планет и галактик.

Когда Вольщан наконец нашел время и вернулся к результатам наблюдений за этим пульсаром, он заметил некоторые его странности. Как и в случае с любым новым пульсаром, он начал хронометрировать его, то есть в течение нескольких месяцев измерять время прихода от него импульсов, что требовалось для построения модели. “Но поведение во времени этого пульсара было очень трудно промоделировать, – говорит Вольщан. – Он просто вел себя не так, как я ожидал от него, да и вообще на тот момент никто такого ожидать не мог”. Импульсы были нерегулярными, что казалось странным, поскольку миллисекундные пульсары обычно очень стабильны. Также Вольщан заметил какую-то закономерность в этой нерегулярности, но не мог понять, с чем она связана.

Поскольку миллисекундные пульсары обычно встречаются в двойных системах, астрономы знают, что время прихода импульса от пульсара из двойной системы отличается от времени прихода импульса от пульсара, не имеющего пары. Вольщан заметил похожие отклонения, но они были очень маленькими. Чем менее массивен объект, обращающийся вокруг другой звезды, тем меньше эти отклонения, но в данном случае регистрируемые отклонения были слишком малы, чтобы быть вызванными белым карликом – типичным компаньоном миллисекундного пульсара в двойных системах. Но это была не единственная проблема. Когда Вольщан попытался соотнести данные с одной определенной орбитой, сначала это получалось, но затем наблюдаемые данные переставали укладываться на эту орбиту. Он снова и снова пытался усовершенствовать модель, но ничего не выходило.

Озадаченный, он начал очень внимательно наблюдать пульсар каждый день в течение трех недель, чтобы определить точный характер отклонений. В результате этой кропотливой работы он понял, что система, которую он наблюдал, совершенно точно не была стандартным двойным пульсаром. Он также отверг и другое распространенное в то время мнение: будто бы сейсмические процессы внутри нейтронной звезды могли заставить ее вести себя нетипично, создавая так называемый шум тайминга, разброс во времени приходов импульсов. Ему эта гипотеза казалась очень маловероятной (поскольку это был старый миллисекундный пульсар). Затем Вольщан проверил свой метод анализа данных и поискал какие-либо технические проблемы в работе Arecibo, но оказалось, что во второй обнаруженной им двойной системе пульсаров ни один из этих странных эффектов не проявлялся. Если источником ошибок были не приборы и анализ данных верен, странность должна заключаться именно в самой пульсарной системе.

Несмотря на уникальную чувствительность Arecibo, Вольщан не мог определить точное местоположение пульсара. А это было важно, потому что любая ошибка в определении его положения могла быть неправильно интерпретирована как обращающийся вокруг него объект. Чтобы разобраться в этом, Вольщан попросил коллегу-астронома Дейла Фрейла, работавшего в обсерватории VLA (с двадцатью семью антеннами), расположенной в Сокорро, штат Нью-Мексико, помочь ему. Фрейлу потребовалось совсем немного времени, чтобы определить местоположение пульсара.

Вооружившись точными координатами, Вольщан планировал совершить научный рывок. “Я очень ясно видел: то, на что я смотрел, было чем-то вроде биений при сложении двух синусоидальных волн. Итак, я знал, что должны существовать два объекта, обращающихся вокруг пульсара”, – говорит он. Когда он измерил амплитуду этих волн, он понял, что их источники должны иметь планетную массу порядка земной.

Когда Вольщан наконец получил результаты, он посмотрел на экран и не поверил своим глазам. Действительно, тогда астрономы не подозревали, что планеты могут обращаться вокруг нейтронных звезд, ведь Эндрю Лайн еще не опубликовал свою (ошибочную) статью – это произошло позже в том же году. Итак, хотя Вольщан думал, что два тела планетной массы могут объяснить полученные им

данные, он не мог поверить, что это правильное решение. Он не переставал размышлять о своих результатах: и когда на закате смотрел на тарелку антенны, находясь на платформе, и когда загорал на одном из знаменитых песчаных пляжей Пуэрто-Рико (там он обычно отдыхал в выходные), и когда смотрел на экран своего компьютера, запуская различные альтернативные сценарии и отбрасывая их один за другим. Он хотел заранее продумать любые возможные вопросы и критику со стороны коллег, которые наверняка возникнут, как только он объявит о столь необычном объяснении поведения пульсара.

Вольщан покинул Пуэрто-Рико в сентябре 1991 года и вернулся в Корнеллский университет в Итаке, штат Нью-Йорк. Там он обработал данные за весь год, собранные с июня 1990-го, и протестировал свою модель тайминга пульсара в предположении, что он обнаружил две планеты земной массы, обращающиеся по круговой орбите. Он провел еще одну полную и решающую проверку и в конце концов пришел к выводу: никакое альтернативное объяснение не работает. Догадка, которая возникла у него несколько месяцев назад, была правильной. Единственное объяснение, расставляющее все по своим местам, состояло в том, что он действительно обнаружил мертвую звезду, вокруг которой обращались две планеты. По его словам, прямо в офисе в Корнелле у него возникло ощущение его “личной эврики”. Он сделал судьбоносное открытие: планеты существуют и за пределами нашей Солнечной системы. “Я посмотрел на результат, и он был абсолютно идеальным, – говорит он. – Я понял, что наконец-то его получил. Мне пришлось принять реальность: это должны быть именно планеты. И точка”. Первоначально измеренные массы этих экзопланет равнялись 3,4 и 2,8 земной массы.

Вольщан знал, что двумя месяцами ранее Лайн опубликовал статью, описывающую открытие планеты, обращающейся вокруг пульсара. Поэтому знал, что не он первый сделал это открытие, и смирился с этим. Вольщан и Фрейл опубликовали свою статью 9 января 1992 года, всего за несколько дней до выступления Вольщана на конференции Американского астрономического общества4.

Когда Вольщан ехал на конференцию, он знал, что выступает после Лайна. В то время он был еще неопытным оратором, поэтому много раз репетировал свой доклад перед зеркалом. Он прибыл в Атланту за день до мероприятия, и как раз в тот момент, когда он собирался выпить бокал вина, президент астрономического общества Джон Бахколл отвел его в сторону для приватной беседы. Он попросил Вольщана сесть. “Он сказал мне, что Эндрю приедет, но не для того, чтобы подтвердить свое открытие, а для того, чтобы опровергнуть его. И он вроде как пытался намекнуть мне, что я должен быть милым и деликатным в такой ситуации”.

То, что он узнал о предстоящем опровержении Лайном своего открытия заранее, дало Вольщану несколько необходимых часов для внесения изменений в свой доклад. В тот же вечер он подошел к Лайну для разговора. Оба чувствовали себя неловко. “Он сожалел о том, что все произошло именно так, – говорит Вольщан, – и это вполне понятно. Он, должно быть, был удручен всем этим, но не показывал виду. На людях он сохранял лицо”.

Когда Лайн вышел на сцену и объявил о своей ошибке, он даже сослался на открытие Вольщана, заявив, что оно, вероятно, выдержит любую критику и проверку. Но слушатели уже вскочили со стульев. “Это был настоящий фурор”, – вспоминает Вольщан. Когда он сам поднялся на сцену, то готовился к тому, что столкнется с множеством сложных вопросов, но ему не задали ни одного.

Возможно, предположил Вольщан, это произошло из-за того, что люди были ошеломлены заявлением Лайна, а может быть, из-за того, что он тщательно рассмотрел все возможные альтернативные объяснения и продемонстрировал, почему они не работают. Его коллеги согласились с выводом о существовании планет, обращающихся вокруг пульсара.

Открытие Вольщана стало чем-то большим, чем наблюдение любопытного случая движения планет вокруг остатка ядра массивной звезды. Он доказал, что планеты могут обращаться вокруг разных видов звезд и при этом формируются так же, как планеты вокруг таких звезд, как наше Солнце, а именно – из газопылевого диска, окружающего звезду. Однако разница в том, как образуется этот диск. В настоящее время у ученых есть две основные теории: либо существует диск, который мог образоваться из вещества, выброшенного во время взрыва сверхновой, и который вместо того, чтобы улететь в космос, вернулся обратно к мертвому ядру, либо новорожденная нейтронная звезда могла столкнуться со звездой-компаньоном родительской звезды, в этом случае звезда разорвалась бы и начала разбрызгивать вокруг собственное вещество, образуя диск.