Коллектив авторов - Космос. От Солнца до границ неизвестного

Но поиски звезды-спутника не увенчались успехом. Это может означать следующее. Рядом с белым карликом действительно была вторая звезда, но она тоже превратилась в белый карлик незадолго до того, как в двойной системе произошел взрыв, уничтоживший обе звезды. Не исключено также, что вторая звезда все еще обретается по соседству с местом взрыва, но замаскирована или обезображена взрывом – и теперь не видна из-за малой светимости или по иным причинам.

Астрономы, впрочем, пока не потеряли надежду найти вторую звезду; они также рассчитывают, что спектральные исследования остатка сверхновой дадут новые улики того, что произошло во время взрыва. До тех пор же нераскрытое дело так и будет «висеть» на юго-западном небосводе и понемногу истлевать в горниле, пылающем от жара белых карликов.

После взрывов сверхновых остаются ядра взорвавшихся массивных звезд – нейтронные звезды. Источником энергии сверхновых типа Ia являются термоядерные реакции, других сверхновых подпитывает энергия гравитационного коллапса. Когда в массивных звездах заканчивается ядерное горючее и давление излучения падает, они коллапсируют под действием собственной гравитации и сжимаются до критической плотности, пока не возникает новая сила, способная остановить дальнейшее сжатие звезды. Сильное ядерное взаимодействие, которое удерживает вместе протоны и нейтроны в ядрах атомов, начинает играть роль отталкивающей силы в плотно сжатом веществе.

Гравитационное и сильное взаимодействия оказываются в тупике, когда ядро сжимается примерно до размеров 10–15 км. При этих условиях большинство протонов и электронов объединяются и образуют нейтроны. Эти частицы упакованы так плотно, что чайная ложка нейтронного вещества весит несколько миллиардов тонн. Нейтронное вещество должно быть сверхтекучим – способным течь без трения – и пронизанным магнитными вихрями.

Это вещество само по себе очень странное. Но природа пошла еще дальше – по крайней мере, в гипотезах некоторых физиков. В особенно массивных нейтронных звездах, говорят они, избыточное давление может вызвать распад нейтронов, высвобождая кварки, из которых они состоят. Или частицы могут образовать бозе-эйнштейновский конденсат – такое квантовое состояние, в котором индивидуальные свойства нейтронов размываются, и они ведут себя как одна большая коллективная частица.

Теории существования экзотического вещества получили настоящий удар «под дых» от нейтронной звезды под названием EXO 0748-676. Ее масса, по оценкам, равна двум массам Солнца. В то же время большинство моделей кварковых звезд и нейтронных звезд, содержащих бозе-эйнштейновский конденсат, предсказывают, что они коллапсируют в черную дыру, не успев достигнуть такой высокой массы.

Но дело еще не полностью закрыто. В 2014 году Чарльз Хоровиц и его коллеги из Университета Индианы (г. Блумингтон, США) смоделировали поведение крошечной нейтронной звезды размером меньше одного атома, содержащей десятки тысяч нейтронов и протонов. Сверхплотная упаковка протонов и нейтронов оказывается полем битвы между сильным ядерным взаимодействием и электростатической силой и превращает звезду в подобие некоей вафельной конструкции. По своим характерным размерам эти вафельные структуры лишь немногим больше атомного ядра.

Кора нейтронных звезд сжата не так сильно. Она скорее напоминает знакомое нам твердое вещество с ядрами и электронами. Это вещество также сверхпрочно, но оно может разрываться под действием магнитного поля некоторых нейтронных звезд – магнетаров. Магнитные поля этих звезд настолько сильны, что, случись магнетару пройти на полпути между Землей и Луной, со всех магнитных карт на Земле стерлись бы все данные. Вращающееся магнитное поле «вспарывает» кору магнетара изнутри, и оттуда вырывается огненный шар частиц и излучения. И тогда астрономы наблюдают яркую вспышку фотонов с высокими энергиями, от которой звезда содрогается.

В 2006 году астрономы измерили толщину коры нейтронной звезды, пользуясь результатами анализа особенно сильного звездотрясения. Оно было зафиксировано в декабре 2004 года на звезде SGR 1806-20 с помощью орбитальной рентгеновской обсерватории Rossi X-ray Timing Explorer («Исследователь временных излучений», назван в честь астронома Бруно Росси). Научная группа под руководством Тода Стромайера из Центра космических полетов Годдарда (НАСА), решившая измерить толщину коры этой нейтронной звезды, обнаружила, что тряска заставила нейтронную звезду вибрировать на разных частотах – были зафиксированы соответствующие колебания в рентгеновском спектре. На основании предположения о вертикальном распространении некоторых волн через кору удалось рассчитать ее толщину, которая оказалась равна примерно 1,5 км.

С помощью магнетаров удается объяснить происхождение сверхъярких сверхновых – их вращающиеся магнитные поля могут накачать дополнительную энергию в облако разлетающихся осколков, выброшенное взрывом сверхновой, в результате которого и сформировался магнетар.

Ночь за ночью Земли достигают ритмичные радиосигналы. Самые медленные из них можно сравнить по частоте со звуком молотка, вбивающего гвоздь в дерево, или с ударом ботинка, когда мы стучим по столбу, чтобы сбить грязь. Другие подобны тарахтящему мотору, вынужденному притормозить на светофоре. Некоторые сливаются в сплошной фон; еще немного – и с небес польется космическая симфония. Мелодии одни и те же, всегда из одних и тех же точек на небе. Неудивительно, что, когда в 1967 году астрономы впервые услышали один из таких радиосигналов, они задумались: а не послание ли это от внеземного разума?

На самом деле сигнал 1967 года был от радиопульсара – нейтронной звезды, которая посылает регулярные радиосигналы. Чтобы нейтронная звезда была пульсаром, ее магнитная ось должна находиться под углом к оси вращения. Тогда мощные струи излучения, извергающиеся из магнитных полюсов звезды, будут при вращении звезды обшаривать пространство, как луч маяка. Струи (джеты) посылают радиоволны, которые заставляют вибрировать антенны наших телескопов. Но мы до сих пор до конца не знаем, как формируются эти отголоски дребезжащей от старости звезды.

Ученые Джон Синглтон и Андреа Шмидт из Лос-Аламосской национальной лаборатории (штат Нью-Мексико, США) сравнили механизм рождения радиоволн в пульсарах со сверхзвуковым хлопком, который возникает, когда сверхзвуковой самолет преодолевает звуковой барьер. Теория относительности не запрещает магнитным полям на поверхности пульсара вращаться быстрее скорости света, говорит Синглтон. При этом частицы противоположных зарядов выталкиваются по разные стороны от пульсара, где они испускают излучение. Направленное излучение формируется, когда магнитное поле преодолевает световой барьер – возникает резко очерченный импульс, излучаемый в пространство.