Знание - сила, 2005 № 09 (939)

Первый пульсар был открыт в 1967 году радиоастрономом Энтони Хьюишем и его аспиранткой Джоселин Белл Барнелл. К тому времени, когда статья Хьюиша и Белл, содержавшая сообщение об этом открытии, появилась в журнале «Nature», авторы уже пришли к заключению, что «источником этих сигналов могут быть либо белые карлики, либо нейтронные звезды». Вскоре, однако, группа нашла еще один пульсар, на сей раз в центре Крабовидной туманности, который посылал целых 30 радиоимпульсов в секунду. Никакой белый карлик не мог бы уцелеть при такой скорости вращения, и это решило спор в пользу нейтронных звезд.

История пульсаров развивалась дальше, причем весьма бурно, о чем свидетельствуют открытые на сегодняшний день полторы тысячи таких звезд. Почти все они находятся в пределах нашей галактики Млечный путь, в нескольких тысячах или десятках тысяч световых лет от Солнца, и лишь 9 обнаружено в Магеллановых облаках (звездных скоплениях, которые являются спутниками Млечного пути); в других галактиках пульсары (пока) не найдены. Пульсары движутся в космическом пространстве с огромными скоростями, намного быстрее обычных звезд, и не случайно именно пульсару принадлежит рекорд среди всех измеренных звездных скоростей. 1200 километров в секунду — такова головокружительная скорость, с которой этот маленький гигант большого веса пересекает сейчас туманность Гитары, образованную в космическом газе его движением (и курьезно похожую по форме на гитару).

Начальный период быстрого вращения нейтронной звезды не может продолжаться очень долго. Но мир пульсаров причудлив, и в нем есть такой класс нейтронных звезд, которые время от времени не замедляют, а ускоряют свое вращение или сложным образом его меняют. Поскольку обычно пульсары, как уже сказано, «мигают» с величайшей регулярностью, точнее всяких электронных часов, то любые отклонения от такой регулярности легко заметить, разумеется, при наличии соответствующих методов наблюдения и приборов. Именно так был открыт новый класс пульсаров — так называемые «реставрированные».

Это странное название получили те старые пульсары, период вращения которых удлинился уже до нескольких секунд. Но затем они случайно оказались вблизи распухших перед смертью нормальных звезд. Попав в такую раздувшуюся газовую оболочку, старый пульсар благодаря своей массе начинает жадно притягивать звездный газ. Газ этот, под действием колоссальной силы тяжести пульсара, приобретает при падении на него огромную кинетическую энергию и передает ее пульсару, тем самым заново разгоняя и разгоняя его — порой до сотен оборотов в секунду. К настоящему времени обнаружено уже более ста таких «миллисекундных» пульсаров, и некоторые из них были пойманы, что называется, «на горячем» в буквальном смысле этого слова — в теснейшем соседстве с теми нормальными звездами, которые они доедают.

Миллисекундные пульсары подарили астрономам самые точные часы во Вселенной, а вот «бинарные пульсары» дали им возможность проверить эйнштейнову теорию гравитации. В этом очередном подклассе пульсаров было найдено два разных типа звезд, оба двойные и оба довольно редко встречающиеся. К первому типу относятся двойные звезды, в которых одним партнером является пульсар, а другим — бывший пульсар, то есть старая нейтронная звезда, уже переставшая быстро вращаться и энергично излучать. Второй, еще более редкий тип — двойная звезда, состоящая из двух активных пульсаров.

Первый бинарный пульсар был открыт в 1974 году астрономом Тэйлором и его аспирантом Хульсе. В этой звездной паре активный пульсар с периодом вращения 1/17 секунды обращался вокруг обычной, невращающейся нейтронной звезды. Близость двух нейтронных звезд-тяжеловесов создавала в пространстве между ними такое могучее гравитационное поле, в котором эффекты, предсказанные теорией Эйнштейна, должны были стать доступными измерению. В частности, можно было ожидать ощутимого замедления времени (отражающегося в изменении частоты излучения). искривления пространства и спирального сближения обеих звезд, которые при этом должны были терять «потенциальную» энергию, излучая ее в виде гравитационных волн. Хульсе и Тэйлор действительно обнаружили все эти эффекты теории Эйнштейна, за что по справедливости поделили Нобелевскую премию 1993 года.

А в начале 2004 года группа английского астронома Лайна открыла первую бинарную группу, состоящую из двух активных пульсаров, молодого, делающего 44 оборота в секунду, и старого, лениво поворачивающегося раз в 2,8 секунды. Эта пара все еще изучается, но уже установлено, что более быстрый пульсар излучает с какого-то небольшого участка своей поверхности мощный «ветер» заряженных частиц, который омывает медленный пульсар расходящимся конусом и искажает поле его излучения.

Все эти новые открытия позволили постепенно уточнить теорию строения и излучения пульсаров и шире — нейтронных звезд вообще, разработанную еще в семидесятые годы прошлого века. Причина излучения пульсаров оказалось самой трудной загадкой для теоретиков. Как показали расчеты, оно сильно искажается их огромными магнитными полями. Силовые линии магнитного поля охватывают испускаемые пульсаром мощные потоки заряженных частиц и электромагнитных волн (от радиоволн до рентгеновских лучей и гамма- излучения) и собирают их в узконаправленные пучки. Этот механизм до сих пор не вполне еще ясен, но очевидно, что в силу такого же, как на Земле, несовпадения оси магнитного поля и оси вращения эти направленные пучки излучения, испускаемого пульсаром, вращаются вместе с ним, как лучи маяка. Поэтому они улавливаются земными телескопами лишь в тот момент, когда поворачиваются точно в сторону Земли. Это происходит, разумеется, столько же раз в секунду, сколько раз в секунду поворачивается пульсар. Так возникают те «пульсации», благодаря которым пульсары и были обнаружены впервые.

Как уже сказано, на сегодняшний день число зарегистрированных пульсаров достигло полутора тысяч. Половина из них была обнаружена за первые 30 лет изучения, вторая — за последние 7 лет, когда австралийский 64- метровый радиотелескоп Паркс начал систематическую «охоту» за ними. Это количество позволяет уже сделать некоторые статистические обобщения.

Такая статистика показывает, что большинство пульсаров относится к классу «обычных», с периодами вращения от десятых и сотых долей секунды до секунды. Возраст этих пульсаров составляет от 1 до 10 миллионов лет. Меньшую часть пульсаров составляют «миллисекундные» («реставрированные») с возрастом порядка 1 — 10 миллиардов лет. Можно набросать и некий общий сценарий, историю жизни типичного пульсара. Первые 10 тысяч лет своей жизни, а то и больше, он проводит внутри расширяющейся оболочки бывшей сверхновой, подгоняя ее ураганными потоками излучения и заряженных частиц, которые непрерывно испускаются с его поверхности. После этого бурного «детства» наступает не менее бурная «зрелость», и пульсар переходит в класс обычных «радиопульсаров», постепенно замедляя, однако, свое вращение, пока, по истечении миллионов лет, оно не спадает до нескольких оборотов в секунду. Еще позже в своей жизни некоторые из этих старых медленных пульсаров переживают своего рода «вторую молодость» — по счастливой случайности попадают в «переработку» в топке умирающей звезды и, высасывая ее газ, возрождаются к жизни, превращаясь в сверхбыстрые «миллисекундные» пульсары.

Мир пульсаров поистине причудлив и богат неожиданностями. Время открытий в этой области далеко еще не закончилось. Так, в 1992 году у одного из пульсаров была открыта своя планетная система — две большие планеты размером с Юпитер и одна поменьше. Еще более сенсационным оказалось обнаружение в 1998 году совершенно нового класса пульсаров (и нейтронных звезд вообще) — так называемых «магнитаров».

...к громовым магнитарам

Настоящая сенсация должна быть подобна революционной идее — она должна овладевать массами и побуждать их к экстраординарным поступкам. Например, броситься к компьютеру и написать запрос ученому соседу (а все мы — соседи по интернету): «Не эта ли вспышка магнитара была причиной недавнего цунами в Юго- Восточной Азии?»

Еще вчера человек представления не имел, что на свете существуют какие-то там магнетары, никогда в жизни не слышал даже этого слова, а если бы услышал, то, скорее всего, опасливо сплюнул бы через левое плечо, за которым всегда находится нечистая сила. Но вот газеты принесли сенсацию: «Вспышка магнитара по ту сторону Млечного пути, достигшая Земли 27 декабря 2004 года, была такой мощной, что, произойди она поближе, наша атмосфера лишилась бы своего озона, а мы все — своих кредитных карточек» — и вот гражданин-налогоплательщик срывается с места и бросается к компьютеру с законным возмущением: «Как это, чтобы какой- то там магнитар размагнитил мою кредитную карточку?* Я жаловаться буду! Распустили, понимаешь!»

Успокоим читателя: к недавнему цунами упомянутый магнитар не имеет никакого отношения и нашим кредитным карточкам ничего не грозит, потому что активные магнитары в природе вообще весьма редки, их на сегодняшний день во всей нашей галактике обнаружено всего 11 штук, и за все время существования Земли, за все ее невообразимые четыре с половиной миллиарда лет ни один магнитар, судя по всему, вблизи нашей Солнечной системы не вспыхивал. Хотя, впрочем...

Давайте попробуем разобраться по порядку. Магнитары — это весьма экзотическая разновидность пульсаров, грубо говоря — это сверхнамагниченные (как указывает само их название), очень медленные и очень молодые пульсары. Однако мысль о существовании нейтронных звезд, одновременно и очень молодых, и очень медленно вращающихся, и сильно намагниченных, кажется противоречивой и, будучи впервые высказанной еще в 1987 году, встретила понятное недоверие ученых.