Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

8 февраля Энтони Хьюиш и четверо его сотрудников отправили в Nature статью о своем открытии [42] Hewish, A. et al. Observations of a Rapidly Pulsating Radio Source // Nature (1968), 217: 709. . Написал ее сам Хьюиш, а подпись Джоселин Белл стояла на втором месте. 24 февраля она появилась в печати. Четырьмя днями ранее Хьюиш рассказал о ней на семинаре в Максвелловской аудитории Кавендишской лаборатории. В апреле Nature опубликовал еще одну работу Кембриджской группы с анализом сигналов от остальных трех источников. Следует отметить, что в марте периодическое излучение источника CP 1919 было зарегистрировано на телескопе имени Паркса сразу на пяти различных частотах от 85 до 1410 МГц, и об этом австралийские радиоастрономы сообщили в сентябре.

Термин «пульсар» — по явной аналогии с квазаром — придумал Хьюиш, скорее всего, не позднее марта 1968 г. Так и получилось, что новые радиоисточники оказались обязаны квазарам не только открытием (ведь Хьюиш искал именно квазары!), но и названием.

В первой же статье Хьюиш и его коллеги не просто рассказали о загадочном пульсирующем источнике радиоволн, но и высказали соображения о его природе. Они отметили, что он не принадлежит Солнечной системе, однако наверняка находится внутри нашей Галактики. Авторы также обсудили гипотезу, в соответствии с которой источником сигналов были радиальные вибрации белых карликов или нейтронных звезд. Одним из предположений было, что такие вибрации порождают ударные волны на звездной поверхности и именно эти волны генерируют электромагнитные импульсы. Соавторы весьма осторожно отнеслись к этой гипотезе и подчеркнули, что «для понимания странного нового класса радиоисточников понадобятся новые наблюдения».

Точности ради надо отметить, что белые карлики к этому времени были давно открыты и хорошо изучены. Нейтронные же звезды, напротив, были предсказаны теоретиками еще в 1930-е гг., но по-прежнему считались гипотетическими объектами.

Как нередко случается, понимание природы нового явления в своей основе было достигнуто еще до его открытия. 11 ноября 1967 г. в Nature появилась статья итальянского астрофизика Франко Пачини (он в то время работал в Корнеллском университете) с провидческим заголовком «Испускание энергии нейтронной звездой» (Energy Emission from a Neutron Star) [43] Pacini, F. Energy Emission from a Neutron Star // Nature (1967), 216: 567. . Он показал, что вращающаяся намагниченная нейтронная звезда должна быть источником электромагнитных волн, которые преимущественно исходят вдоль ее магнитной оси. Если эта ось не совпадает с осью вращения звезды, то направленный вовне узкий поток радиоволн крутится в космическом пространстве и, возможно, на каждом обороте задевает нашу планету. Такой поток радиотелескопы смогут зарегистрировать как последовательность пульсаций, приходящих на Землю с частотой вращения звезды (подобно тому, как вращающийся прожектор маяка периодически освещает далекие корабли). Хотя Пачини этого вывода не сделал, он непосредственно следует из его модели.

Пачини дал оценку мощности излучения черной дыры с магнитным полем порядка 10 10гаусс, получив весьма солидную величину в 2 × 10 40эрг/с. Отсюда следует (хотя опять-таки Пачини на этом специально не остановился), что если ее излучение не будет поглощено межзвездной средой, оно сможет проявиться на расстояниях, сравнимых с размерами крупных галактик.

Пачини сам отметил, что его модель «наклонного ротатора» чрезмерно идеализирована, так что сильно намагниченные нейтронные звезды требуют дальнейшего изучения. В ретроспективе основная слабость этой модели вполне очевидна. Пачини рассматривал нейтронную звезду как магнитный диполь, ось которого пересекает центр звезды под углом к оси ее вращения. В результате ось диполя вычерчивает коническую поверхность (откуда и название «наклонный ротатор»), по которой уходят радиоволны. Такая система генерирует монохроматичное излучение очень низкой частоты, равной угловой частоте вращения звезды (Пачини оценил ее в 1 кГц). Поэтому длины испущенных радиоволн составляют сотни километров. Такие волны должны сильно отражаться и поглощаться межзвездной плазмой на весьма умеренных дистанциях от источника. «В результате, — заключил Пачини, — нас такие электромагнитные волны достичь не могут».

Напомню, что статья Пачини вышла из печати всего за две с половиной недели до того, как Джоселин Белл впервые наблюдала на ленте самописца пульсации источника CP 1919. Тогда эту работу мало кто заметил и, во всяком случае, не связал с открытием первого пульсара. Возможно, вывод Пачини о радионевидимости нейтронных звезд для земных наблюдателей стал фактором снижения интереса астрономов и астрофизиков к его работе. Впрочем, мне как историку науки задним числом несложно предложить такое объяснение, поэтому я на нем и не настаиваю.

Декану астрономического факультета все того же Корнелла Томасу Голду повезло гораздо больше. Он предположил, что зарегистрированные Кембриджской группой радиоимпульсы порождены релятивистскими движениями плазмы в магнитосфере быстро вращающейся нейтронной звезды. В целом это та же модель, что и у Пачини, но с явным указанием на роль динамических процессов в магнитосфере (кстати, этот термин придумал тот же Голд). Занятно, что Голд не только не обратил внимания на статью Пачини, но и не обсудил с ним собственную гипотезу, хотя их кабинеты находились в одном коридоре. Маартену Шмидту с коллегами повезло больше.

Голд хотел доложить о своей работе на конференции по пульсарам в Нью-Йорке 20–21 мая 1968 г. Но не получилось. Организатор этой встречи, известный астрофизик Аластер Камерон, счел гипотезу Голда чересчур экстравагантной и отказался предоставить ему слово. Однако тогдашний редактор Nature (не астроном и не физик, а биолог!) Джон Мэддокс не только поверил Голду, но и немедленно отправил его статью в набор. Она поступила в редакцию журнала 20 мая, а 25 мая была опубликована [44] Gold, T. Rotating Neutron Star as the Origin of Pulsating Radio Sources // Nature (1968), 218: 731. . Насколько я знаю, это абсолютный рекорд в истории журнала.

Томас Голд дал своей работе совсем уж говорящий заголовок: «Вращающиеся нейтронные звезды как причина пульсирующих источников радиоволн». Ни убавить, не прибавить — все сказано. В конце короткой (чуть больше журнальной страницы) статьи два важнейших предсказания. Голд пишет, что, поскольку радиоволны испускаются за счет ротационной энергии нейтронной звезды, скорость ее вращения постепенно замедляется, а периоды пульсаций увеличиваются. Во-вторых, скорость вращения нейтронной звезды может достигать сотен оборотов в секунду, поэтому не будет неожиданным открытие космических радиопульсаций с такими же короткими периодами.