Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Катя Москвич

и еще один неподалеку. А после того, как на Parkes установили современный многолучевой приемник, позволяющий обследовать большую площадь неба, в 2001 году астрономы обнаружили еще тринадцать пульсаров. (Более подробно о многолучевых приемниках см. в разделе “Чуть глубже: Многолучевой приемник” в главе 4.) Еще одно важное достижение многолучевых исследований Parkes — открытие двойного пульсара PSR Jo737-3039А/В. Это единственная система, состоящая из двух пульсаров, обращающихся вокруг общего центра масс. Их столкновение неизбежно. Журнал Science отметил обнаружение этого пульсара как одно из десяти наиболее важных научных открытий 2004 года30.

Аппаратная располагается непосредственно под тарелкой. Взглянув на стоящий здесь компьютер, Бейлз увидел, что удаленно, из Сиднея, ведет наблюдения ветеран исследования пульсаров— астроном из CSIRO Дик Манчестер31.

“От Дика мы получили разрешение вести наблюдения”, – говорит Бейлз. По голосу слышно, что Бейлз слегка нервничает, но потом он полушутливо добавляет: “Ты всегда должен чуть-чуть побаиваться своего руководителя. Мне уже больше пятидесяти, он перестал быть моим руководителем в 1989 году, но, когда Дик предлагает мне что-то сделать, я говорю себе: «Ну, это-то я должен сделать»”.

Позднее в тот же день Саркисян пригласил меня на сюрреалистическую прогулку по гигантской тарелке Parkes. Его коллега опустил тарелку как можно ниже, так что ее край почти коснулся земли. Ступив на нее, я не могла отделаться от мысли, что вхожу в большую металлическую супницу. В феврале палящая австралийская жара делала такое сравнение еще более уместным. Вот только, к счастью, жар шел сверху, а не снизу. Оператор телескопа начал медленно поднимать тарелку Parkes все выше и выше над вершинами деревьев, и наконец мы остановились. Теперь наша “супница” была полностью горизонтальна и напоминала тянущийся к солнцу футуристический цветок. Я подошла к одной из тех лестниц, по которым десятилетиями карабкались вверх астрономы: нахлынувшие чувства оказались не сравнимы ни с какими острыми ощущениями, когда-либо мной испытанными.

Наступили сумерки, солнце медленно становилось красным, и тут появились птицы. Десятки, сотни птиц: большие белые какаду с желто-зелеными хохолками, яркие розовые какаду, нахальные птицы-апостолы, вороны-флейтисты, белокрылые сорочьи жаворонки и более привычные австралийские сороки. В это время суток телескоп принадлежит им. Вокруг прыгает множество кенгуру, со своими хвостами и мощными ногами напоминающие ископаемых ящеров из “Парка юрского периода”. Еще несколько мгновений – и солнце опускается за горизонт. Мы выходим из “Тарелки”. Время уезжать отсюда. Прощай, Parkes.

Чуть глубже: Межзвездная среда – пристанище нейтронных звезд

“Ну надо же, это не сон! Я измеряю пульсации, которым потребовались тысячи лет, чтобы добраться до нас”, – думал Джеймс Корд, глядя на экран стоящего перед ним осциллографа. Всплеск-всплеск-всплеск – пошел сигнал, напоминающий отклоняющуюся то вверх, то вниз зигзагообразную линию на экране монитора сердечного ритма. Он видел мигающий вдалеке космический маяк – быстро вращающуюся нейтронную звезду, погруженную в разреженную среду ионизированного газа и пыли. Это так называемая межзвездная среда, которая заполняет пространство между всеми звездами (и нейтронными тоже). Хотя мы уже знаем кое-что об окружении звезд, межзвездная среда все еще полна тайн.

Это было в 1972 году. Тогда Корд впервые оказался среди тропических лесов Пуэрто-Рико. Отведя взгляд от осциллографа, он посмотрел в большое окно: прямо перед ним, в нескольких десятках метров, был виден гигантский отражатель-тарелка телескопа обсерватории Аресибо. “Вы можете видеть события, происходящие в межзвездной среде, и на подсознательном уровне возникает какое-то чувство… Тогда оно каким-то образом связало меня с ней – просто я знаю, что со мной это случилось”, – говорит он, сидя в своем кабинете в Корнеллском университете. Этого занимающегося пульсарами астронома тогда так заинтересовало воздействие межзвездной среды на сигналы, испускаемые пульсарами, что он с тех пор занимается именно этим.

В десятилетнем масштабе времени пульсары – сверхточные часы. Они настолько надежны, что рассматривается возможность использовать их как радиомаяки для космических полетов. Например, невероятно быстро вращающиеся миллисекундные пульсары совершают сотни оборотов каждую секунду. Благодаря огромной скорости вращения и большой массе их трудно замедлить, а значит, их периодические вспышки чрезвычайно точны. Даже за миллиарды лет они замедляются всего на несколько миллисекунд, а значит, последовательность посылаемых ими импульсов остается неизменной неопределенно долго. Поскольку пульсары столь “надежны”, даже малейшее изменение их поведения может указывать на изменение окружающей обстановки – межзвездной среды вблизи нейтронной звезды.

Многие думают, что межзвездная среда представляет собой идеальный вакуум, но это не так. Она состоит из движущихся заряженных электронов и протонов, примерно по одному на каждый кубический сантиметр. Кроме того, межзвездная среда намагничена: ее всепроникающее магнитное поле разной напряженности можно обнаружить везде в космосе. В среднем магнитное поле межзвездной среды составляет несколько микрогауссов – около одной миллионной напряженности магнитного поля на поверхности Земли. Магнитное поле томографа – около 10 тысяч гауссов. На другом полюсе – магнитное поле средней нейтронной звезды, его напряженность порядка 1012(одного триллиона) гауссов. Это поле столь велико, что находящиеся в нем атомы вытягиваются вдоль магнитных силовых линий, приобретая форму цилиндров.

Пульсар – источник излучения в очень широком диапазоне частот по всему электромагнитному спектру. У волн высокой частоты очень короткие длины, поэтому они хуже рассеиваются частицами плазмы и легко проходят через межзвездную среду. Волны более низкой частоты, сталкиваясь с электронами, отстают и в результате доходят до телескопа позднее. Это явление называется дисперсией. Различие во времени регистрации волн разной частоты зависит от числа электронов между наблюдателем и пульсаром. Задержка низкочастотных волн может составлять примерно одну секунду. В случае пульсара, находящегося на расстоянии тысячи световых лет от нас (значит, его пульсациям требуется тысяча лет, чтобы мы могли их зарегистрировать), задержка в одну секунду может показаться пренебрежимо малой. Но, когда ученый изучает пульсар, ему необходимо сделать поправку на этот эффект, чтобы иметь возможность учесть все частоты излучения согласованно.

Измерение дисперсии показывает астрономам, сколько электронов заполняет межзвездную среду между нами и пульсаром, что, в свою очередь, указывает на расстояние до него. Чем дальше пульсар, тем через большее число электронов приходится “пробиваться” излучению, а это значит, что дисперсия – или разброс во времени регистрации сигналов разных частот – тоже будет больше32.

Речь идет не только о подсчете блуждающих в космосе электронов. Поняв свойства межзвездной среды, ученые смогут пролить свет на образование и эволюцию звезд и галактик. Если, наблюдая определенный пульсар, они через год увидят, что дисперсия его излучения изменилась, значит, в этой области изменилось содержание электронов, поскольку там имеются области турбулентности. Сцинтилляция (или мерцание) радиоволн дает астрономам возможность исследовать, как движутся сгустки вещества между