Млечный путь № 3 2017 - Песах Амнуэль

они оказались потому, что ученые не проанализировали все исследовательское поле. Назовем их открытиями второго класса. Таким было, например, открытие пульсаров в 1967 году – неожиданное для многих астрофизиков, но вполне предсказуемое, поскольку теории нейтронных звезд к тому времени исполнилось уже тридцать лет, а то, что звезды вращаются, имеют магнитные поля и, следовательно, способны излучать узконаправленные потоки частиц, можно было предположить без особых усилий научного воображения (потому правильная гипотеза о природе пульсаров не замедлила появиться).

Открытия третьего класса – это такие, которые были предсказаны, но не вполне соответствовали ожиданиям. Пример – открытие темного вещества. В тридцатых годах прошлого века Фриц Цвикки обнаружил, что некоторые галактики вращаются быстрее, чем должны бы, если бы их массы были определены правильно. Похоже было, что галактики более массивны, чем выглядели – будто в них есть дополнительная невидимая масса. К статье Цвикки отнеслись скептически. И лишь в девяностых годах проблема невидимой темной массы стала общепризнанной, когда речь шла уже не о массе отдельных галактик, а о массе всей видимой Вселенной.

И есть, наконец, открытия четвертого класса – в точности такие, какие были предсказаны. Это открытия – прямые следствия из уже известной и популярной теории, такой, например, как общая теория относительности.

Именно такое открытие было сделано летом нынешнего года. Открытие четвертого класса – давно предсказанное, но только сейчас сделанное. Раньше не было нужной аппаратуры, сейчас она есть, только и всего.

Тем не менее, это действительно выдающееся открытие, о нем и пойдет речь.

Интернет полон популярных материалов о столкновении двух нейтронных звезд в далекой галактике. Например,

http://www.bbc.com/russian/features-41643567

http://tass.ru/nauka/4650579

https://nplus1.ru/news/2017/10/16/kilonova

.

Обратимся, однако, не к пересказам научных журналистов, а к комментарию профессионала: профессора, доктора физико-математических наук Владимира Михайловича Липунова, работающего в Астрономическом институте имени П. К. Штернберга в Москве.

http://www.pereplet.ru/lipunov/433.html#433

***

17 августа 2017 года, в процессе инспекции гравитационно-волнового импульса впервые в истории естествознания Глобальная сеть телескопов-роботов МАСТЕР МГУ обнаружила оптическую вспышку сопровождающую столкновение двух нейтронных звезд. Теперь можно констатировать состоявшимся рождение новой науки – гравитационно-волновой астрономии.

Что произошло 17 августа 2017 года?

Три гравитационно-волновых антенны, расположенные в США (Луизина, Хэмфорд) и Италии (Пиза) практически одновременно зарегистрировали столкновение двух нейтронных звезд на расстоянии 40 мегапарсек. Ошибка координат составила сотни градусов. Однако через две секунды всенаправленная гамма-обсерватория NASA «Ферми» обнаружила короткий всплеск гамма-излучения, позже подтвержденный и европейской гамма-обсерваторией «ИНТЕГРАЛ».

После уточнения и коррекции вероятного направления на небе квадрат ошибок стал порядка ста квадратных градусов. Через полдня несколько наземных оптических телескопов, в том числе один из восьми российских телескопов-роботов Глобальной сети МАСТЕР МГУ, расположенный в Андах на высоте 2500 метров (Аргентина, Обсерватория национального университета г, Сан-Хуан), обнаружил оптическую вспышку в галактике NGC 4993. Почему так быстро?

Например, телескопы прошлого века три десятилетия не могли обнаружить оптическое излучение самых мощных взрывов во Вселенной – гамма-всплесков. Это не удивительно: квадрат ошибок GW 170817 площадью ~ сто квадратных градусов телескопы ХХ века снимали бы несколько недель. Причем, они бы даже не обработали эти изображения. За это время оптическая вспышка успела бы угаснуть.

Как же аналогичную задачу удалось решить всего за несколько часов? Ответ простой – за последние 20 лет произошла революция быстродействия поисковых телескопов. Их возможности возросли в сотни раз! Сейчас самые быстрые телескопы-роботы всего за неделю способны осмотреть все небо. Аналогичная задача в ХХ веке решена была за несколько десятилетий. При этом надо не просто получить снимки, а найти на них все новые объекты!

Поэтому событие 17 августа 2017 года явилось результатом сразу двух революций в технологии: физики научились измерять расстояния с тысячекратной точностью по сравнению с ХХ веком, а астрономы создали телескопы-роботы, способные обозревать поля и находить новые объекты с тысячекратной скоростью.

Нейтронные звезды – это первый класс астрономических объектов, существование которых было предсказано теоретически и подтверждено наблюдениями. В 1932 году советский физик Лев Давыдович Ландау высказал идею о том, что в природе должны существовать гигантские атомные ядра с атомной массой больше массы Солнца и размером 10 км. Это случилось еще до открытия нейтронов британцем Джеймсом Чедвиком. Через два года американские астрофизики Вальтер Бааде и Фриц Цвикки дали им название – нейтронные звезды – и высказали предположение, что эти звезды рождаются в результате катастрофического коллапса (гравитационного сжатия), который в свою очередь сопровождается вспышкой Сверхновой звезды. Они прямо указали на Крабовидную туманность, которая образовалась в результате вспышки Сверхновой, наблюдавшейся китайскими астрономами в 1054 году. Именно здесь, в Крабовидной туманности, через 35 лет был найден самый молодой радиопульсар – быстро вращающаяся нейтронная звезда.

В 1966 г. советские ученые Яков Борисович Зельдович и Игорь Дмитриевич Новиков нашли физический процесс, который мог бы сделать эти микроскопические по масштабам звезд объекты с радиусом порядка 10 км яркими источниками электромагнитного излучения. Этот механизм – падение окружающего вещества на нейтронную звезду – был предложен Иосифом Самуиловичем Шкловским (1967) как объяснение природы самого яркого рентгеновского источника Sco X-1. Почти в то же время Николай Семенович Кардашев (1964) и итальянский астрофизик Франко Пачини (1967) нашли еще один источник энергии замагниченной нейтронной звезды – это запасенная во время коллапса ее вращательная энергия. Так нейтронные звезды, родившиеся на кончике пера, стали научной гипотезой, прямо подтвержденной после открытия радиопульсаров английским радиоастрономом Хьюишем (1968; Нобелевская премия 1971 года) и рентгеновских пульсаров (Риккардо Джиаккони, Нобелевская премия 2002 года).

После открытия двойного радиопульсара авcтралийскими радиоастрономами Аланом Халсом и Джозефом Тэйлором (Нобелевская премия 1993 года) стало ясно, что во Вселенной идут процессы столкновений нейтронных звезд, поскольку время слияния этой двойной было меньше ее возраста.

Процесс столкновения двух нейтронных звезд – этих сверхтяжелых атомных ядер – напоминает столкновение элементарных частиц в коллайдерах. Однако выделяющаяся энергия в этом своеобразном космическом коллайдере несравненно выше. Фактически, столкновение нейтронных звезд наряду со столкновением черных дыр, обнаруженных два года назад (открытие удостоено недавно Нобелевской премии по физике за 2017 год), представляет собой самый мощный процесс во Вселенной, сопровождающийся гравитационно-волновым импульсом. Именно поэтому Кип Торн – главный идеолог проекта – начал продвигать идею гравитационно-волнового детектора LIGO еще в 80-е годы.

Но сразу возник вопрос: как часто такие процессы идут во Вселенной? Говоря языком физики элементарных частиц, надо было рассчитать вероятность процессов столкновения релятивистских звезд во Вселенной: сечение самых мощных космических реакций.

Первые попытки оценить темп слияния нейтронных звезд в нашей Галактике, исходя из общих представлений об эволюции двойных