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

Опять приходится обращаться к статистическим исследованиям. И опять оценки получаются не очень-то надежными. По-видимому, через несколько миллионов лет после образования пульсара излучение его резко ослабевает, и пульсар «выключается». Несколько миллионов лет — недолгий срок по астрономическим масштабам времени. Один галактический год — время полного оборота Солнца вокруг центра Галактики — продолжается 200 миллионов лет. Значит, пульсар в среднем «живет» всего-то одну-две галактические недели!

Причина угасания излучения пульсаров понятна: вращение нейтронной звезды тормозится, вращательная энергия уменьшается, таинственный механизм генерирует все меньше быстрых частиц. Да и магнитное поле пульсара может со временем ослабевать, и пока неизвестен механизм, который мог бы воссоздавать это поле. А может быть, как считают советские астрофизики О. X. Гусейнов и И. М. Юсифов, со временем сближаются друг с другом магнитная ось пульсара и ось вращения. Как мы уже знаем, при этом и эффект пульсара неизбежно пропадает…

Сейчас, через двадцать лет после открытия пульсаров, мы все еще ничего не знаем о том, что происходит в их недрах. Раньше говорили, что нейтронная звезда — мертвое тело. Потом оказалось — нет, она живет! Момент смерти отодвинули на несколько миллионов лет. Но может, и тогда звезда не умирает? Может, включаются новые источники энергии, не связанные с вращением? А если даже и не так, если нейтронная звезда-пульсар, прожив половину галактического месяца, угасает окончательно — неужели нет способа такую звезду все же обнаружить?

Способ есть, и мы его уже обсуждали. Вспомним идею Я. Б. Зельдовича о том, что огромное поле тяжести нейтронной звезды должно притягивать газ и разгонять его до скорости около 100 тысяч км/с. Когда такой газ достигает поверхности нейтронной звезды, возникает, говорили мы, рентгеновское излучение. Открытие пульсаров отвлекло нас от обсуждения этой идеи. Но астрофизики об аккреции никогда не забывали. Пока считается, что нейтронная звезда, замедлив вращение, перестает быть радиомаяком, аккреция остается единственным физическим процессом, наблюдая который мы можем надеяться отыскать старые нейтронные звезды. Впрочем, они уже давно открыты! В ходе расследования мы уже говорили о рентгеновских источниках. Гипотеза о том, что это горячие нейтронные звезды, быстро погибла. И осталась жить гипотеза об аккреции.

Большинство ярких рентгеновских источников — это двойные звездные системы. Одна звезда в системе — обычная. А вторая — релятивистская: нейтронная звезда или даже черная дыра. Мы говорили, что звезды, эволюционируя, «худеют», теряют вещество. В двойной системе звезда теряет массу охотнее — ведь рядом находится другая звезда, и ее тяготение буквально «выдирает» вещество с поверхности звезды-соседки. Возникает поток плазмы — струя течет от обычной звезды к релятивистской. Около релятивистской звезды образуется нагретый до миллионов градусов газовый диск, где и возникает рентгеновское излучение.

И вот что важно. Если нейтронная звезда одиночна (как, например, южная звезда в Крабовидной туманности), то измерить ее массу прямыми наблюдениями невозможно — современная астрономия таких методов не знает. Иначе обстоит дело, если нейтронная звезда входит в двойную систему. Законы Кеплера связывают период обращения звезд в двойной системе, расстояния между звездами и их массы. Период обращения звезд друг около друга надежно и очень точно определяется из наблюдений. Например, в системе рентгеновского источника Геркулес Х-1 нейтронная звезда, обращаясь около звезды обычной, каждые 1,7 суток скрывается за ней. Происходит затмение рентгеновского источника. Значит, и период обращения звезд в этой системе равен именно 1,7 суток. Теперь можно оценить и массы звезд. По современным данным, нейтронная звезда здесь имеет массу 1,3–1,5 массы Солнца. Такая же нейтронная звезда находится в системе Центавр Х-3 и, видимо, в знаменитой системе Скорпион Х-1, первом из открытых рентгеновских источников.

А вот в системе Лебедь Х-1 нейтронной звезды, по-видимому, нет. Дело в том, что релятивистская звезда здесь имеет массу не менее 3 масс Солнца. Нейтронная звезда не может быть такой массивной! Так утверждает теория. Значит, здесь черная дыра? Астрофизики все больше склоняются к мнению, что так оно и есть. Но сомнения все же остаются, потому что все аргументы — косвенные. Да, масса релятивистского компонента велика. Но, может, теория все-таки ошибается? Существуют работы, согласно которым нейтронная звезда может обладать массой до 5 масс Солнца. Да, рентгеновский источник Лебедь Х-1 обладает странной особенностью — его излучение испытывает хаотические колебания яркости, меняясь за очень короткое время — сотые доли секунды. Это совсем не характерно для нейтронной звезды-пульсара, но похоже на то, как должен излучать газ вблизи от черной дыры. Но и это лишь косвенная улика! И все же астрофизики почти уверены в том, что в системе Лебедь Х-1 находится черная дыра.

Что ж, обнаружить и старую нейтронную звезду, давно переставшую быть пульсаром, и даже черную дыру можно, если они находятся в двойной системе, если они «вытягивают» к себе вещество звезды-соседки. Увидеть мы можем, но речь идет о том, чтобы узнать — сколько их, этих старых нейтронных звезд и этих загадочных черных дыр. Ведь мы взялись ответить на вопрос: как часто они образуются? Всегда ли при взрывах сверхновых? Пульсары нам ответа не дали — слишком ненадежны, неточны числа. Не помогут и рентгеновские двойные системы — здесь статистика еще хуже, очень многое приходится оценивать «на глазок»… Так и не могут астрономы-наблюдатели даже через двадцать лет после открытия пульсаров ответить на простой, казалось бы, но очень каверзный вопрос, заданный Ф. Цвикки более чем полвека назад.

Если не могут помочь наблюдения, может быть, обратиться к теории?

Теорию вспышек массивных звезд как сверхновых начали впервые разрабатывать в 1966 году У. Фаулер и Ф. Хойл. Их коллеги С. Колгейт и Р. Уайт продолжили исследования, рассмотрев, как могут взрываться менее массивные звезды — до 1,5 массы Солнца.

Вы еще не забыли о противоречии, о котором говорилось в начале этой главы? Коллапс протекает очень быстро — за минуты или даже секунды должна выделиться энергия до 10 53эрг. Но такая большая энергия не может выделиться так быстро. Нам неизвестен механизм, который мог бы отобрать у звезды и рассеять в пространстве 10 53эрг энергии за считанные секунды! Как избавиться от противоречия? Либо отказаться от быстрого коллапса, либо придумать «холодильник», который отбирал бы у звезды излишки энергии и рассеивал их. Оставлять энергию в коллапсирующем ядре звезды нельзя — огромные, в сотни миллиардов градусов, температуры замедлят коллапс и могут даже остановить его, а нам это вовсе ни к чему. Что делать?