Павел Амнуэль - Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров.

Можно ли надежно определять возраст пульсара по замедлению его вращения, если период то и дело скачком уменьшается? Да и как вообще объяснить это уменьшение периода? Торможение вращения звезды — это понятно. Энергия вращения теряется на ускорение частиц и на излучение. А уменьшение периода? Получается, что некто накачивает в пульсар дополнительную энергию?

Впрочем, все объяснилось достаточно просто. Энергия вращения звезды пропорциональна не только угловой скорости, но моменту инерции. Допустим, что энергия вращения не изменилась, а угловая скорость вдруг увеличилась. О чем это говорит? Только о том, что неожиданно уменьшился момент инерции звезды.

Казалось бы, не одно противоречие — так другое! Почему должен вдруг уменьшиться момент инерции?

Момент инерции звезды зависит от ее массы и размеров, а также от того, как распределено внутри звезды вещество, как быстро растет плотность с приближением к центру звезды. Не будем говорить о массе — вряд ли масса нейтронной звезды может скачком уменьшиться. Но вот размеры и распределение вещества… М. Рудерман почти сразу после обнаружения сбоя периода у пульсара PSR 0833—45 дал объяснение этому феномену. Он предложил гипотезу «звездотрясения». Что-то происходит со звездой, ее неспокойные недра переживают какие-то катаклизмы, о которых мы пока ничего не знаем. И напряжения в веществе нейтронной звезды неожиданно приводят к тому же, к чему приводят напряжения в земной коре — происходят «звездотрясения». Самое мощное землетрясение на нашей планете не в состоянии своротить даже небольшой горный хребет — для этого недра Земли недостаточно активны. А «звездотрясения» в нейтронных звездах охватывают всю звезду, перестраивают ее недра, уплотняя их, и радиус звезды скачком уменьшается.

Насколько же должен уменьшиться радиус нейтронной звезды, чтобы объяснить наблюдаемый скачок периода? Оказывается, радиус звезды Минковского в Крабовидной туманности в момент «звездотрясения» стал меньше на… сотую долю миллиметра! Всего-навсего.

Наблюдая торможение вращения пульсаров, можно достаточно надежно определить: действительно ли именно энергия вращения идет на ускорение газовой туманности, на излучение туманности и пульсара. Достаточно ли для всего этого одной вращательной энергии, или нужны еще иные источники?

Крабовидная туманность и южная звезда излучают во всех диапазонах длин волн ненамного больше, чем 10 37эрг/с. А какова величина потери вращательной энергии? Изменение энергии вращения пропорционально моменту инерции нейтронной звезды, угловой скорости вращения и изменению этой скорости. Южная звезда вращается с угловой скоростью 190 рад/с. Ежесекундно эта скорость уменьшается на 2,5*10 9рад. А момент инерции нейтронной звезды примерно равен 3*10 44г*см 2. Перемножив эти числа, получим, что вращательная энергия южной звезды ежесекундно уменьшается примерно на 10 38эрг. Этого вполне достаточно и для ускорения расширения туманности, и для ускорения релятивистских частиц, впрыскиваемых в туманность, и для излучения туманности и пульсара, и даже остается немного на другие виды излучений, которые наши приборы пока не воспринимают.

Так в 1969 году было окончательно доказано, что в Крабовидной туманности находится активная вращающаяся магнитная нейтронная звезда.

Нужно сказать, что нам очень повезло с самого начала нашего «расследования». Повезло в том, что мы начали расследовать гибель звезды в 1054 году, а не какую-нибудь другую вспышку сверхновой.

Сверхновая 1054 года — поистине уникальный объект. Вспышка была так ярка, что звезда-гостья была видна даже днем. Первым газообразным остатком сверхновой, обнаруженным астрофизиками, была Крабовидная туманность — остаток вспышки 1054 года. Первым остатком сверхновой, для которого удалось определить возраст, была Крабовидная туманность. Первым (и пока единственным) остатком, расширяющимся ускоренно, является Крабовидная туманность. Первым остатком сверхновой, в котором была обнаружена внутренняя активность, быстрые движения «жгутов», была Крабовидная туманность. Первый остаток сверхновой, в центре которого обнаружена оптическая звезда, — Крабовидная туманность. Южная звезда в Крабовидной туманности (звезда Минковского) стала первым объектом, о котором сказали — это, может быть, нейтронная звезда. Среди первых радиоисточников, обнаруженных на заре развития радиоастрономии, числится Крабовидная туманность. Одним из первых обнаруженных рентгеновских источников была Крабовидная туманность. Повезло даже в том, что Крабовидная туманность регулярно затмевается Луной, а ведь вероятность такого благоприятного расположения не так уж и велика. Именно наблюдение затмения Крабовидной туманности Луной позволило определить размеры рентгеновского источника в этом остатке сверхновой. Одним из первых пульсаров, открытых учеными, был пульсар в Крабовидной туманности. Этот пульсар обладает одним из самых коротких периодов вращения. Его пульсирующее излучение наблюдается в радио, оптическом и рентгеновском диапазонах. И наконец, пульсар в Крабовидной туманности — один из двух пульсаров, в недрах которых происходят «звездотрясения»…

Целый паноптикум астрофизических аномалий! И в чем нам особенно повезло, так это в том, что сверхновая 1054 года вспыхнула на расстоянии всего 6 тысяч световых лет от Солнца. Она ведь могла вспыхнуть и на противоположном крае Галактики! Кто знает, как пошло бы тогда развитие астрофизики?

Не приходим ли опять к противоречию? Мы стремимся, чтобы открытия делались не случайно, но ведь вспышка сверхновой 1054 года со всеми ее аномалиями — именно случай… Что ж, это прекрасное противоречие! Открытие делается случайно, и в то же время оно делается не случайно. В этом диалектика познания. Мы можем предсказать, что должно быть обнаружено некое явление, но не всегда удается сказать, в какой области неба, где именно это предсказанное явление искать. Предсказание свойств пульсаров и остатков сверхновых звезд — закономерность. Открытие Крабовидной туманности со всем арсеналом ее уникальных свойств — случайность. Единичное явление может быть и случайным, общее же свойство всегда закономерно вытекает из прошлого опыта.

Научные теории — это сложные системы, развивающиеся по свойственным им законам. Научные системы отражают реальные свойства систем природных. И природные системы развиваются по свойственным им законам. Каждый элемент системы может обладать всеми свойствами, присущими системе в целом, а может обладать лишь частью этих свойств. И может — в крайнем случае — отражать лишь одно-единственное из свойств системы. Крабовидная туманность — один из элементов природной системы «остатки сверхновых». К счастью, этот элемент обладает практически всеми свойствами целой системы!