Суперобъекты. Звезды размером с город - Сергей Попов

Эту гипотезу удалось доказать, когда Андреа Тиенго и его коллеги получили хороший рентгеновский спектр одного из магнитаров со слабым дипольным полем. Благодаря большой собирающей площади рентгеновской обсерватории ХММ-Ньютон астрономы смогли разглядеть спектральные детали, говорящие об очень сильном поле в небольшой области вблизи поверхности нейтронной звезды. Это полностью укладывается в модель магнитара, у которого мультипольные («кудрявые») поля гораздо сильнее дипольного. Магнитары остаются магнитарами.

Наиболее перспективные идеи в области «алхимии нейтронных звезд» так или иначе связаны с затуханием магнитного поля, что вполне естественно. У нейтронной звезды батарейки нет: если токи в ней текут, значит, со временем они затухают. И это может приводить к изменению статуса нейтронной звезды. Она может вспыхивать чаще или реже или не вспыхивать совсем. Например, объект может рождаться как источник мягких повторяющихся гамма-всплесков, затем превращаться в объект типа аномального рентгеновского пульсара, а после, когда магнитное поле распадается еще сильнее, он превращается просто в нейтронную звезду, которую мы видим в наших окрестностях благодаря ее тепловому излучению. Таких источников известно всего семь, и поэтому эта группа звезд известна как Великолепная семерка.

Появились попытки описать разные типы нейтронных звезд вместе, в рамках единого эволюционного сценария. Первую такую хорошую попытку сделали мы с коллегами из Испании и Германии. У нас получилось описать вместе, в рамках единого подхода, классические магнитары, Великолепную семерку и подобные им объекты, а также обычные радиопульсары. В дальнейшем Мигель Гуллон, Хосе Понс и их коллеги продолжили развивать этот подход.

Но со временем оказалось, что есть еще более удивительные превращения, и это позволило установить связь с другими типами молодых нейтронных звезд. В остатках сверхновых наблюдают центральные точечные объекты. Мы уверены, что это нейтронные звезды. Мы их видим, просто потому, что они еще горячие в силу своего небольшого возраста (в среднем порядка нескольких тысяч лет). При этом у них могут быть очень короткие периоды по сравнению с магнитарами, не 5–10 секунд, а десятые доли секунды. Совсем недавно, уже во втором десятилетии нашего века, стала популярной очень красивая идея. Пусть вначале рождается магнитар, т. е. нейтронная звезда с большим магнитным полем, но после взрыва сверхновой часть вещества падает обратно. Его падает настолько много, что это вещество как бы заваливает, экранирует магнитное поле, и в течении нескольких тысяч лет мы можем не знать, что там скрыт магнитар. Внешнее магнитное поле будет очень слабое, меньше, чем у радиопульсара. Звезда будет очень плохо тормозиться, но она будет горячее, чем ей положено быть, потому что внутри спрятан магнитар, который находится как бы в коконе. Детальные исследования таких объектов показывают, что это очень продуктивная гипотеза. Вот что в самом деле может реализовываться в природе: некоторые из рентгеновских источников в остатках сверхновых являются вот такими вот заваленными магнитарами, которым понадобится несколько тысяч лет, чтобы расправить крылья и превратиться в красивую бабочку.

Остаток сверхновой Кассиопея А, в центре которого находится одиночная остывающая нейтронная звезда.

XI. Великое объединение нейтронных звезд

Про зайчиков и белочек

Во всех естественных науках и отчасти в неестественных и противоестественных есть тяга к единой картине. Не только к систематизации, но и к попытке описать все с каких-то единых позиций, с помощью единого закона. Это естественный путь развития любой науки. Самое известное – это, конечно, создание теорий объединения в физике. Когда-то думали, что электричество и магнетизм – разные вещи, а потом все сложили в электромагнетизм. Затем объединили электромагнитное и слабое взаимодействия. Еще позже добавилось сильное ядерное взаимодействие – хотя здесь пока окончательной теории нет. Теперь мечта теоретиков состоит в том, чтобы добавить еще и гравитацию – создать единую теорию, или, как ее еще называют, Теорию всего.

Наверное, можно представить себе две причины тяги к единым моделям: есть пряник и кнут. Первая (о ней чаще говорят) связана с тем, что это эстетическое стремление. Действительно, очень красиво, когда, казалось бы, разрозненные факты и идеи вдруг складываются в общую мозаику. Это связано (также с эстетической) верой в то, что мир устроен относительно просто: мы можем его описать (или понять – как вам больше нравится), уложить все это в голове в виде изящной конструкции. Поэтому многие люди уверены, что объединительные подходы должны быть правильными.

Однако, вероятно, есть и вторая (подсознательная?) причина. Она может быть важнее не на индивидуальном, а на коллективном уровне. Видя обилие феноменологических данных, многообразие теоретических построений, великое множество отдельных задач и т. д. и т. п., мы начинаем пугаться, что эта лавина информации захлестнет нас и не позволит развиваться дальше. Потому что невозможно эффективно оперировать такой уймой фактов, используя человеческий мозг. Если бы все это удалось описать разом, в идеале – одной формулой, то не было бы необходимости постоянно «держать в голове» так много отдельных элементов картины: частное можно было бы вывести из общего. Это дало бы возможность накапливать новые данные, решать новые частные задачи, выдвигать новые гипотезы – и так до нового рубежа, когда появится новая единая теория.

Мне кажется, что тяга некоторых людей к псевдонауке или мифологическому объяснению явлений также связана с этими двумя причинами: во-первых, красиво, когда все устроено просто, а во-вторых, очень страшно, что все окажется сложным. Это вызывает беспокойство и стимулирует принятие простой (хотя и неправильной) картины мира.

Схема биологической эволюции с общими предками. Для нейтронных звезд тоже можно рисовать эволюционные схемы, причем иногда их поведение может быть довольно причудливым.

Модели единого описания в первую очередь базируются на каких-то общих свойствах описываемых объектов. Еще лучше, если элементы системы могут превращаться друг в друга или проявляют свойства, характерные сразу для нескольких классов объектов. В том случае, когда в системе есть эволюция, открываются дополнительные пути к объединению. Например, в нашей жизни мы знаем, что зайчики в белочек не превращаются, но мы знаем, что и у зайчиков, и у белочек есть единый общий предок. Так что в некотором смысле биология тоже стремится к описанию и объяснению всего с единых позиций, и эволюционная модель позволяет это сделать.

Таким образом, позыв объяснить большое разнообразие объектов в рамках какой-то единой картины существует везде, и астрофизика нейтронных звезд здесь не является исключением.

Такие разные нейтронные звезды

Как говорится, «чтобы объединиться, нужно решительно размежеваться» – с размежеванием у нейтронных звезд все было хорошо. Вначале были открыты радиопульсары. Это молодые нейтронные звезды, которые достаточно быстро вращаются, у них есть довольно сильное магнитное поле, и из-за этого возникает так называемые когерентное нетепловое излучение, генерируемое в магнитосфере. В первую очередь – радиоизлучение, но есть пульсары, которые мы видим пульсирующими во всех диапазонах: в видимом, в инфракрасном, в ультрафиолетовом, в рентгеновском, в гамма. Затем стали открывать молодые нейтронные звезды других типов, например магнитары. Это одно из самых красивых астрономических открытий, когда-либо сделанных в нашей стране. 5 марта 1979 года в рамках эксперимента «Конус» на аппаратах «Венера» была зарегистрирована очень мощная гамма-вспышка. После вспышки блеск не упал до нуля, а появились пульсации с периодом несколько секунд. Довольно быстро астрономы поняли, что это нейтронная звезда, нашли, где она находится, и показали, что это молодой объект. В списке наблюдательных проявлений компактных объектов появился новый вид активности молодых нейтронных звезд. Дальше этот зоопарк пополнялся, и к концу 90-х годов ХХ века существовало с полдюжины различных классов молодых нейтронных звезд, которые проявляли себя как астрофизические источники очень разных типов. Казалось, что каждый из них обречен родиться или радиопульсаром, или магнитаром, или центральным компактным объектом в остатке сверхновых, или еще чем-нибудь, и это судьба. То есть как у Кьеркегора: «или – или».

Приборы эксперимента «Конус». Их аналоги были установлены на аппаратах серии «Венера». Фотография предоставлена сотрудниками Лаборатории экспериментальной астрофизики ФТИ им. Иоффе.