Знание - сила, 2005 № 09 (939)

То и дело натыкаясь на такого рода интри1ующие заголовки, невольно захочешь понять, что же такое эти пульсары, и почему они вращаются, и что за вспышки они излучают. В космосе есть много причудливых и странных объектов — чего стоят одни только «черные дыры»! — но пульсары, несомненно, являются едва ли не самыми фантастическими. Все их физические параметры поражают, точнее сказать — подавляют воображение. Плотность вещества — самая большая в звездной Вселенной. Притяжение на поверхности — в миллион раз сильнее, чем на Земле. Температура — в тысячу раз больше, чем на Солнце. Магнитное поле - в миллиарды раз больше земного. Скорость движения — самая большая из известных вообще. И тому подобное.

Само слово «пульсар» наводит на мысль о каких-то пульсациях. И действительно, главной особенностью пульсаров является их пульсирующее излучение. Радиоволны от всякого пульсара приходят к нам в виде очень короткого всплеска, потом на короткое время исчезают совсем и снова появляются — и все это со строгой регулярностью, с точностью до миллиардных долей секунды.

Астрономам и прежде были известны источники излучения, периодически меняющие яркость, — например, долгопериодические цефеиды. Оболочка этих звезд периодически сжимается и расширяется, и это меняет их яркость. Но у этих звезд, как говорит само их название, период пульсаций яркости довольно большой, порядка нескольких дней. У пульсаров же — очень маленький: десятые, сотые, а то и тысячные доли секунды. Обычная звезда, радиус которой составляет порядка миллиона километров, не может так быстро менять свои размеры. Значит, пульсар должен иметь очень небольшой радиус.

С другой стороны, «мигания» пульсара могут быть следствием не пульсаций его объема, а вращения звезды как целого—что-то наподобие маяка. Это, однако, накладывает дополнительное ограничение. Звезда, вращающаяся десятки раз в секунду, должна быть не только достаточно маленькой, но и достаточно плотной, иначе ее разорвут центробежные силы. Науке известно два класса звезд малого размера и высокой плотности — это белые карлики, образующиеся из обычных, не очень массивных звезд после выгорания в них термоядерного горючего, и так называемые нейтронные звезды, образующиеся из остатков очень массивных звезд после их превращения в сверхновую.

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.