Сергей Попов - Суперобъекты. Звезды размером с город

Остаток сверхновой Кассиопея А, в центре которого находится одиночная остывающая нейтронная звезда.

Во всех естественных науках и отчасти в неестественных и противоестественных есть тяга к единой картине. Не только к систематизации, но и к попытке описать все с каких-то единых позиций, с помощью единого закона. Это естественный путь развития любой науки. Самое известное – это, конечно, создание теорий объединения в физике. Когда-то думали, что электричество и магнетизм – разные вещи, а потом все сложили в электромагнетизм. Затем объединили электромагнитное и слабое взаимодействия. Еще позже добавилось сильное ядерное взаимодействие – хотя здесь пока окончательной теории нет. Теперь мечта теоретиков состоит в том, чтобы добавить еще и гравитацию – создать единую теорию, или, как ее еще называют, Теорию всего.

Наверное, можно представить себе две причины тяги к единым моделям: есть пряник и кнут. Первая (о ней чаще говорят) связана с тем, что это эстетическое стремление. Действительно, очень красиво, когда, казалось бы, разрозненные факты и идеи вдруг складываются в общую мозаику. Это связано (также с эстетической) верой в то, что мир устроен относительно просто: мы можем его описать (или понять – как вам больше нравится), уложить все это в голове в виде изящной конструкции. Поэтому многие люди уверены, что объединительные подходы должны быть правильными.

Однако, вероятно, есть и вторая (подсознательная?) причина. Она может быть важнее не на индивидуальном, а на коллективном уровне. Видя обилие феноменологических данных, многообразие теоретических построений, великое множество отдельных задач и т. д. и т. п., мы начинаем пугаться, что эта лавина информации захлестнет нас и не позволит развиваться дальше. Потому что невозможно эффективно оперировать такой уймой фактов, используя человеческий мозг. Если бы все это удалось описать разом, в идеале – одной формулой, то не было бы необходимости постоянно «держать в голове» так много отдельных элементов картины: частное можно было бы вывести из общего. Это дало бы возможность накапливать новые данные, решать новые частные задачи, выдвигать новые гипотезы – и так до нового рубежа, когда появится новая единая теория.

Мне кажется, что тяга некоторых людей к псевдонауке или мифологическому объяснению явлений также связана с этими двумя причинами: во-первых, красиво, когда все устроено просто, а во-вторых, очень страшно, что все окажется сложным. Это вызывает беспокойство и стимулирует принятие простой (хотя и неправильной) картины мира.

Схема биологической эволюции с общими предками. Для нейтронных звезд тоже можно рисовать эволюционные схемы, причем иногда их поведение может быть довольно причудливым.

Модели единого описания в первую очередь базируются на каких-то общих свойствах описываемых объектов. Еще лучше, если элементы системы могут превращаться друг в друга или проявляют свойства, характерные сразу для нескольких классов объектов. В том случае, когда в системе есть эволюция, открываются дополнительные пути к объединению. Например, в нашей жизни мы знаем, что зайчики в белочек не превращаются, но мы знаем, что и у зайчиков, и у белочек есть единый общий предок. Так что в некотором смысле биология тоже стремится к описанию и объяснению всего с единых позиций, и эволюционная модель позволяет это сделать.

Таким образом, позыв объяснить большое разнообразие объектов в рамках какой-то единой картины существует везде, и астрофизика нейтронных звезд здесь не является исключением.

Как говорится, «чтобы объединиться, нужно решительно размежеваться» – с размежеванием у нейтронных звезд все было хорошо. Вначале были открыты радиопульсары. Это молодые нейтронные звезды, которые достаточно быстро вращаются, у них есть довольно сильное магнитное поле, и из-за этого возникает так называемые когерентное нетепловое излучение, генерируемое в магнитосфере. В первую очередь – радиоизлучение, но есть пульсары, которые мы видим пульсирующими во всех диапазонах: в видимом, в инфракрасном, в ультрафиолетовом, в рентгеновском, в гамма. Затем стали открывать молодые нейтронные звезды других типов, например магнитары. Это одно из самых красивых астрономических открытий, когда-либо сделанных в нашей стране. 5 марта 1979 года в рамках эксперимента «Конус» на аппаратах «Венера» была зарегистрирована очень мощная гамма-вспышка. После вспышки блеск не упал до нуля, а появились пульсации с периодом несколько секунд. Довольно быстро астрономы поняли, что это нейтронная звезда, нашли, где она находится, и показали, что это молодой объект. В списке наблюдательных проявлений компактных объектов появился новый вид активности молодых нейтронных звезд. Дальше этот зоопарк пополнялся, и к концу 90-х годов ХХ века существовало с полдюжины различных классов молодых нейтронных звезд, которые проявляли себя как астрофизические источники очень разных типов. Казалось, что каждый из них обречен родиться или радиопульсаром, или магнитаром, или центральным компактным объектом в остатке сверхновых, или еще чем-нибудь, и это судьба. То есть как у Кьеркегора: «или – или».

Приборы эксперимента «Конус». Их аналоги были установлены на аппаратах серии «Венера». Фотография предоставлена сотрудниками Лаборатории экспериментальной астрофизики ФТИ им. Иоффе.

Но затем появились новые наблюдения. Оказалось, что объект вовсе не обречен проявлять какой-то один тип активности: здесь зайчики могут превращаться в белочек (и обратно). Например, жил-был радиопульсар, наблюдали его исключительно как источник этого типа, и вдруг он начал выдавать вспышки как магнитар – объект из одного класса перешел в другой. Кроме этого, начали открывать транзиентные магнитары [16]. При этом мы уверены, что все это молодые нейтронные звезды. Потихонечку таких данных становилось все больше и больше, возникало все больше связей между разными типами нейтронных звезд. В итоге возник сильный позыв, связанный с реальными данными наблюдений, как-то объяснить все это в рамках общего сценария.

Так возникла концепция Великого объединения для нейтронных звезд, которая должна позволить объяснить все это многообразие типов источников единой физикой, единой эволюционной картиной.