Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Катя Москвич

маховика молодые магнетары, вращаясь и быстро замедляясь, должны излучать радиоволны. Электрические токи, обуславливающие их огромные магнитные поля, медленно затухают на протяжении тысяч лет, что делает молодые магнетары яркими и непрерывно действующими источниками рентгеновского излучения. Годами эта модель оставалась лишь одной из нескольких приемлемых теорий. Но Томпсон и Дункан показали, что, если AXP – на самом деле магнетары, такие же как источники мягких повторяющихся гамма-всплесков, они время от времени должны демонстрировать яркие вспышки, которые астрономы должны иметь возможность обнаружить. Однако для наблюдения этого явления исследователям нужен был какой-то новый метод. Идея пришла в голову Виктории Каспи, астрофизику из Университета Макгилла в Монреале.

В ожидании “глитча”[17]

Я встретилась с Каспи дождливым октябрьским днем. Клены за окном ее кабинета соревновались в выборе самых ярких осенних оттенков желтого и красного. Каспи – хрупкая, невысокая женщина с копной красиво вьющихся волос и, кажется, неизменной улыбкой. У нее огромный опыт исследования радиопульсаров. В аспирантуре Каспи много занималась хронометрированием пульсаров и, в частности, миллисекундных пульсаров на основании данных обсерватории Аресибо. Это было только самое начало мониторинга временной динамики пульсаров — очень точной регистрации времени прихода импульсов для определенного числа разбросанных по небу пульсаров. Каспи точно знала, как “сохранять период” – отслеживать каждое вращение нейтронной звезды в течение длительного времени. “Я знала, что главное – иметь результаты двух наблюдений, разделенных небольшим временным интервалом, часом или двумя, затем третьего измерения, выполненного несколькими часами позже, а затем надо увеличивать интервалы до тех пор, пока не будет достаточно наблюдать их только раз в месяц”, – рассказывает Каспи.

Но это были радиопульсары. Однажды, в 1995 году, когда Каспи после защиты диссертации работала в Калифорнийском технологическом институте, она услышала доклад физика Тома Принса об аномальных рентгеновских пульсарах. Эти системы ее заинтриговали. Как раз в то время Дункан и Томпсон выдвинули предположение, что это могут быть магнетары, и Каспи хотела помочь разгадать загадку. За несколько месяцев до этого приступила к работе орбитальная рентгеновская обсерватория RXTE, и она подумала, что было бы интересно проверить, применим ли к AXP метод отслеживания периода, использованный ею при исследовании радиопульсаров. Каспи не слишком много знала о RXTE, но ее друг и коллега из Массачусетского технологического института Дипто Чакрабарти знал достаточно, и поэтому план исследования они составили вместе. “Этот проект требовал очень больших ресурсов телескопов, но был одобрен”, – говорит Каспи. Метод хронометрирования сработал, что стало понятно сразу же после получения первого пакета данных RXTE. Выяснилось, что, в отличие от достаточно нестабильных аккрецирующих рентгеновских пульсаров, аномальные рентгеновские пульсары вращаются вполне стабильно.

Для Каспи это служило доказательством того, что AXP излучают не за счет аккреции вещества звезды-компаньона в двойной системе. Но это еще не доказывало, что это магнетары, и поэтому она продолжила систематические наблюдения. Метод хронометрирования, главное в котором – сохранение согласованности периодов, дает возможность обнаруживать внезапные, очень малые изменения периода вращения подобных объектов, и однажды они с Чакрабарти такое изменение зарегистрировали. Это было первое наблюдение так называемого глитча аномальных рентгеновских пульсаров. Хотя обычно радиопульсар представляет собой очень точные астрономические часы, при глитче период вращения пульсара внезапно становится короче – нейтронная звезда начинает вращаться быстрее, а затем ее скорость вращения постепенно восстанавливается до прежнего значения (подробнее о глитче см. главу 5). “Это важно, поскольку до того глитч наблюдался только у радиопульсаров. И это стало еще одним убедительным свидетельством в пользу того, что AXP имеют больше общего с одиночными радиопульсарами, чем с аккрецирующими пульсарами”, – рассказывает Каспи. Как следовало из измеренных Каспи и Чакрабарти скоростей замедления вращения AXP, их магнитные поля тоже существенно больше, чем у одиночных радиопульсаров.

Каспи и Чакрабарти продолжали в среднем каждые две-три недели проверять пять аномальных рентгеновских пульсаров, что позволило им собрать достаточно большую базу данных. Они увидели глитч еще одного такого объекта, но в целом картина выглядела стабильной. Каспи говорит: “… Для меня, но не для всех, этого доказательства было достаточно”. В 2001 году на конференции в Бостоне коллега Каспи астроном Пит Вудс предложил поискать среди их данных вспышки, аналогичные вспышкам источников мягких повторяющихся гамма-всплесков. Каспи, в то время профессор Университета Макгилла, попросила сделать это одного из своих аспирантов, Фотиса Гавриила. Его старания были вознаграждены. В сентябре 2002 года Гавриил показал Каспи сигнал, похожий на тот, который они искали. Источник этой яркой рентгеновской вспышки находился в направлении известного аномального рентгеновского пульсара 1E 1048.1-5937. После тщательного анализа и долгих обсуждений группа Каспи пришла к выводу: наиболее вероятно, что это SGR-подобный всплеск. Он не такой яркий, как при мягких повторяющихся гамма-всплесках, но все же гораздо ярче, чем в случае обычных рентгеновских пульсаров. Они опубликовали статью в Nature14. И все же Каспи беспокоилась, что их анализ может оказаться неправильным: ведь, хотя и наблюдалось две вспышки с интервалом в шестнадцать дней, источник был всего один.

Как оказалось, они попали в точку. Через несколько месяцев, 22 июня 2002 года, зазвонил мобильный телефон Каспи. Это была Джин Суонк – научный руководитель RXTE. Она была взволнована. “Вспыхнул один из ваших аномальных рентгеновских пульсаров – сработала сигнализация. Что ты хочешь, чтобы мы сделали?” – выпалила она. Источник 1E 2259 + 586 расположен в совсем другом направлении, чем та вспышка, о которой шла речь в статье в Nature. Ответ последовал немедленно: “Продолжайте наблюдения!” Что они и сделали. Так зарегистрировали первую очень сильную, более яркую, чем предыдущая, вспышку аномального рентгеновского пульсара. Всего зафиксировали более восьмидесяти коротких всплесков и одновременно сбои вращения – глитчи. Типичные рентгеновские пульсары так себя не ведут. “Эти вспышки были столь похожи на вспышки SGR, что астрономам не требовалось новых доказательств. Ясно, что аномальные рентгеновские пульсары – это магнетары”, – говорит Каспи. Даже в названии статьи ученые указали, что эти данные получены в результате наблюдений “больше не аномального рентгеновского пульсара 1E 2259 + 586”15. “Сейчас понятно, – говорит Каспи, – что исследователи поступили смело, утверждая, что первый всплеск был магнетароподобным, но со вторым все стало совсем просто”.

И, немного помолчав, добавляет: “К слову сказать, когда произошла эта вспышка, я была на девятом месяце беременности, так что слово «всплеск»[18] имело для меня совсем другое значение!” Каспи родила дочку через неделю после регистрации всплесков, но до самой последней минуты координировала наблюдения за ними на нескольких телескопах. Одна из коллег даже предложила назвать девочку 1E 2259 + 586, но Каспи решила назвать ее Джулией.

Вики Каспи перенесла