Элизабет Таскер - Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли

Финальная стадия эволюции звезды массой более 8 масс Солнца (или солнечных масс) протекает гораздо драматичнее. Благодаря большей массе степень сжатия ядра достигает значений, обеспечивающих горение углерода, а затем и более тяжелых элементов. Дойдя до железа, реакции синтеза прекращаются, так как слияние ядер атомов железа сопровождается не выделением энергии, а ее поглощением. То есть звезда не получает никакого нового импульса от горения. Не имея возможности продолжать генерировать энергию, звезда перестает сопротивляться коллапсу — в результате гравитация побеждает, и звезда схлопывается. Образовавшаяся ударная волна вызывает термоядерный синтез практически всех элементов, и звезда взрывается. Такой взрыв называют вспышкой сверхновой .

При достаточной массе оставшегося после взрыва сверхновой ядра гравитация превращается в неудержимую силу, которая заставляет остатки звезды коллапсировать до тех пор, пока из ловушки гравитационного притяжения будет не в состоянии вырваться даже свет. Так образуется черная дыра . Если после взрыва остается ядро массой 1,4–3 солнечных массы, процесс не может завершиться образованием черной дыры. Вместо этого под действием гравитации ядро сжимается так сильно, что электроны в атомах соединяются с протонами, образуя нейтроны. В результате появляется горячая головня без оболочки — нейтронная звезда — самый плотный класс звезд во Вселенной.

Если диаметр этих трупов звезд уменьшается с миллионов километров до примерно 10–20 км, то их масса превышает массу Солнца более чем на 40%. От поверхности до ядра они состоят из насыщенных нейтронами атомных ядер. При этом доля нейтронов увеличивается с увеличением глубины до тех пор, пока ядерная структура не распадается, превращаясь в подобие супа из нейтронов. На Земле кусочек нейтронной звезды размером с кубик сахара весил бы более 100 млн т — больше, чем все население нашей планеты (правда, нам пришлось бы сильно потесниться).

Несмотря на уменьшение радиуса нейтронной звезды, в результате которого она сжимается до размеров небольшого городка, количество ее вращения остается прежним. Результат можно сравнить с тем, что будет происходить, если вы раскрутитесь в офисном кресле и начнете подтягивать руки к груди, продолжая кружиться. В обоих случаях скорость вращения возрастет [16] Ручаюсь, что вы только что попробовали проделать этот трюк. Я тоже. . В случае нейтронной звезды, подвергшейся колоссальному сжатию, время обращения уменьшается до считанных секунд.

Хотя нейтронная звезда состоит преимущественно из нейтральных нейтронов, в ней остается около 10% заряженных протонов и электронов, которые обеспечивают сохранение ее магнитного поля [17] Как мы видели в главе 6, заряженные частицы могут как создавать магнитное поле, так и взаимодействовать с существующими полями. . В результате коллапса поле сжимается, становясь в триллионы раз сильнее поля Земли. Магнитное поле вспарывает поверхность вращающейся звезды и вытягивает оставшиеся протоны и электроны из коры, направляя их вдоль силовых линий к магнитным полюсам. Лавируя при движении по силовым линиям, заряженные частицы испускают радиоволны вместе с мощным рентгеновским излучением, гамма-излучением и видимым светом. Там, где силовые линии магнитного поля сходятся на полюсах, излучение собирается в пучки, которые распространяются по космосу вместе с ветром из заряженных частиц.

Северный и южный полюсы магнитного поля могут не совпадать с осью вращения звезды. Именно так обстоит дело на Земле: ось магнитного поля нашей планеты наклонена на 11 градусов к ее оси вращения. Из-за этого смещения пучки излучения нейтронной звезды разлетаются в разные стороны от звезды, словно луч света от вращающегося маяка. Если траектория движения пучка проходит через Землю, при каждом обороте нейтронной звезды до нашей планеты добираются регулярные импульсы излучения. Именно эти импульсы и обнаружила Белл Бернелл, прозвав их «маленькими зелеными человечками».

Беря интервью у Белл Бернелл в 1968 г., научный корреспондент The Daily Telegraph поинтересовался у исследовательницы, как следует называть эти странные мерцающие объекты. Сам он предложил называть их пульсарами по аналогии с квазарами — теми яркими, но не пульсирующими источниками радиоизлучения, которые Белл Бернелл собиралась изучать с помощью выстроенного ею телескопа. Этот вариант вошел в научный обиход и стал повсеместно использоваться в качестве названия нового типа астрономических объектов.

Выяснив, что источником импульсов является быстро вращающийся пульсар, Белл Бернелл и Хьюиш решили переименовать загадочный объект, заменив аббревиатуру LGM-1 на CP 1919, где буквы CP — сокращение от Cambridge Pulsar («кембриджский пульсар»), а цифры 1919 указывают на угловое расстояние от нулевой точки на небесном экваторе в восточном направлении. Позже она получила свое нынешнее официальное обозначение — PSR B1919+21, где PSR означает пульсирующий источник радиоизлучения (Pulsating Source of Radio), дополнительные цифры 21 указывают на то, что склонение объекта к северу от небесного экватора составляет 21 градус, а буква B сообщает о формате записи координат.

В 1974 г. Хьюиш получил Нобелевскую премию по физике за открытие пульсаров. Тот факт, что вклад Белл Бернелл в это открытие не получил признания, долгое время оставался предметом дискуссии, хотя сама Белл Бернелл приняла его с достоинством, так прокомментировав решение: «Полагаю, не получив Нобелевскую премию, я получила даже больше!» За свою карьеру она была удостоена множества других престижных премий и наград. В Великобритании она занимала должность президента Королевского астрономического общества и президента Института физики. Тем временем изучение пульсаров приводило к результатам, которые выглядели все более и более странно.

В конце 1970-х гг. всего лишь в нескольких градусах от открытого Белл Бернелл и Хьюишем пульсара был обнаружен еще один радиоисточник. Учитывая его невероятно компактные размеры, исследователи решили, что это новый пульсар. Однако все попытки зафиксировать характерное для пульсаров мерцание ни к чему не привели. Казалось, объект испускал не импульсный сигнал, похожий на вспышки маяка, а непрерывный поток радиоволн.

Подозревая, что при огромной скорости вращения пульсара могут возникнуть трудности с фиксацией его мерцания, в марте 1982 г. исследователи предприняли еще одну попытку. На этот раз их мишенью стали пульсары с периодами вращения до 4 миллисекунд (то есть 250 оборотов в секунду). Самый быстрый из известных к тому времени пульсаров находился в Крабовидной туманности. Его период вращения составлял 33 миллисекунды. Таким образом, результатом новых поисков должны были стать объекты, вращающиеся в 10 раз быстрее. Однако вплоть до осени никаких признаков характерных для пульсаров мерцаний обнаружено так и не было.