Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Катя Москвич

его компаньон движутся вокруг их общего центра масс, из-за излучения гравитационных волн система теряет энергию движения по орбите, а следовательно, их общая орбита должна сужаться – и пара будет постепенно сближаться в роковом последнем танце, ведущем к столкновению. Именно этот сценарий впервые был косвенно подтвержден наблюдениями Халса и Тейлора в 1974 году и нашел прямое подтверждение в эксперименте на интерферометре LIGO, когда был зарегистрирован всплеск GW170817 гравитационных волн при слиянии двух нейтронных звезд. Это стало решающим прямым доказательством – и важной проверкой – правильности общей теории относительности.

Другой релятивистский эффект (и посткеплеровский параметр), который астрономы пытаются определить из наблюдений двойных систем, – это смещение периастра[31]. Согласно общей теории относительности, в такой системе эллиптическая орбита, которая была бы идеальным эллипсом в ньютоновской системе, не является замкнутой. За каждый оборот она чуть-чуть смещается. Это то же самое явление, что и смещение перигелия Меркурия: обращаясь вокруг Солнца, он не движется точно по одной и той же траектории, и его перигелий – точка на его орбите, в которой он находится ближе всего к Солнцу, – из-за кривизны пространства смещается на сорок три угловые секунды за столетие.

Измерение смещения периастра в двойных системах нейтронных звезд – другими словами, определение того, как быстро смещается орбита, – позволяет астрономам вычислить массы пульсаров и их компаньонов, опять же в предположении, что Эйнштейн был прав. Но если Эйнштейн был неправ и эти формулы неверны, ученые могли бы получить разные значения масс с помощью двух методов. Задержка Шапиро, которая является следствием общей теории относительности, – явление, выходящее за рамки теории тяготения Ньютона. Эйнштейн предсказал, что все отклонения от теории Ньютона должны быть связаны между собой определенным образом, и в данном случае это означает, что все они должны приводить к одним и тем же массам пульсара и его компаньона. “Если этого не происходит, значит, что-то не так с теорией Эйнштейна”, – говорит Арчибальд.

Если два посткеплеровских параметра известны, а вы затем измерите третий, станет возможно проверить, согласуется ли он со значением, предсказанным на основе двух других, опять используя теорию Эйнштейна. Добавьте четвертый параметр, и вы получите еще одну проверку теории относительности Эйнштейна. Если бы ученые обнаружили какие-либо измеримые отклонения от этих предсказаний, то общая теория относительности Эйнштейна, возможно, перестала бы служить лучшей теорией гравитации. Но до сих пор никакие измерения посткеплеровских параметров не смогли заставить нас усомниться в правильности уравнений Эйнштейна.

С точки зрения общей теории относительности большинство пульсарных систем малоинтересны – они не позволяют астрономам наблюдать какие-либо посткеплеровские параметры. Лишь несколько систем нейтронных звезд оказываются “релятивистскими”, то есть они достаточно массивны и движутся по своим орбитам достаточно быстро, чтобы эффекты общей теории относительности стало возможно наблюдать. Одна из них – двойная система Халса – Тейлора. Среди других – двойная система, которую Алекс Вольщан открыл в 1990 году, а также пульсар, вокруг которого обращаются три планеты и который они с Дейлом Фрейлом впервые обнаружили в 1992 году.

Глава 9

Быстрые радиовсплески, незавершенная глава

“Отклонена”.

В электронном письме были и другие слова, но это слово выделялось и казалось написанным ярко-красными чернилами. На дворе стоял июнь 2007 года, и Дункан Лоример, астрофизик из Университета Западной Вирджинии, впервые отправил статью, где он значился как ведущий автор, в престижный академический журнал Nature. Как и большинство ученых, Лоример всегда мечтал о публикации в журнале Nature, где его имя стояло бы на первом месте, и он считал, что ему наконец-то выпал шанс. Но его рукопись даже не отправили рецензентам – редакция британского журнала сочла, что “маловероятно, что его статья выдержит конкуренцию в условиях ограниченности объема журнала” и, кроме того, она “не представляет большого интереса для тех, кто работает в той же или смежных областях науки”.

Лоример почувствовал, как пол закачался у него под ногами. Из-за этого отказа в публикации одно из крупнейших астрофизических открытий начала XXI века, а именно быстрые радиовсплески (FRB) – загадочные, чрезвычайно мощные и сверхкороткие всплески радиоизлучения в космосе, продолжающиеся всего миллисекунды, – осталось почти незамеченным. Это открытие смогло бы помочь астрономам выяснить состав и динамику межгалактической среды, измерить напряженность межгалактических магнитных полей и пролить свет на другие загадки.

Когда-то быстрые всплески радиоизлучения считались экзотикой. Их обнаруживали редко, а поскольку импульсы были очень короткими, то определить местонахождение источника казалось невозможным. Ученые до сих пор не знают, что это за всплески и откуда они пришли, хотя интерес к нейтронным звездам был велик: основная версия состоит в том, что эти вспышки могут исходить от магнетаров. Что мы действительно знаем, так это то, что эти всплески в миллиард раз мощнее импульсов излучения типичных пульсаров, что выделяется энергия, эквивалентная энергии пятисот миллионов Солнц, и что их источниками являются объекты, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики.

Только недавно ученые научились определять местонахождение источников FRB, даже тех, от которых они зафиксировали только один всплеск. И в последние годы они зарегистрировали больше сигналов FRB, чем когда-либо прежде. Успешность этих наблюдений обязана двум обстоятельствам: более совершенным телескопам и… инопланетянам. Ну, точнее, не самим инопланетянам, а их поискам. В сообществе, включающем множество астрономов и астрофизиков, пытающихся понять природу этих загадочных сигналов, оказался эксцентричный российско-израильский миллиардер, который в своих упорных поисках разумной жизни за пределами Земли зашел так далеко, что стал соинвестором одной из самых сложных и масштабных из всех проводившихся ранее программ мониторинга радиосигналов в нашей Вселенной.

Некоторые астрономы считают, что эти вспышки могут действительно быть посланиями от инопланетян, хотя это и маловероятно. Помимо магнетарной ученые выдвигали и другие гипотезы происхождения FRB, например, некоторые считают, что быстрые радиовсплески испускаются при катаклизмах – таких как взрывы сверхновых или столкновения черных дыр с нейтронными звездами. Возможно также, что эти всплески возникают при столкновении темной материи, имеющей вид крошечных первичных черных дыр, со звездами. Или у них более прозаичное происхождение: и сигналы поступают вовсе не из космоса, а из тривиальных микроволновых печей?1

Все началось с того, что в начале февраля 2007 года студент-дипломник Дэвид Наркевич приехал на встречу со своим руководителем Лоримером для консультации. Это была обычная еженедельная встреча в Университете Западной Вирджинии, расположенном на берегу реки Мононгахила, протекающей через город Моргантаун. “Дэвид принадлежит к редкому типу людей, не испытывающих эмоциональных взлетов и падений, – шутит Лоример. – Он вошел, мы стали беседовать о том, что он сделал за прошедшую неделю, и эта встреча сначала казалась