Сергей Попов - Суперобъекты. Звезды размером с город

Согласно легенде, возникшей на основе работы Винченцо Вивиани, ученика Галилея, великий ученый проводил свои опыты, бросая шары с Пизанской башни. Исторические исследования не подтверждают это. Однако даже если бы это было правдой, увеличение масштабов эксперимента не дало бы Галилею принципиально новых данных. Но уже в Солнечной системе, изучая движение тел под действием гравитации, можно столкнуться с принципиально новыми явлениями.

К несчастью, физический эксперимент всегда ограничен: всегда есть какие-то предельные значения параметров, достижимые в конкретном эксперименте. Начнем с самого банального. Например, если вы изучаете гравитацию, то вы можете изучать силу тяжести в масштабе своей комнаты, далее – в масштабе Земли, запустить спутники на околоземную орбиту, потом – запустить спутники на орбиту в Солнечной системе. Но изучать законы гравитации в б о льших масштабах вы не можете с помощью лабораторных приборов, вам нужно обращаться к естественным процессам в природе. Это самое банальное – лаборатория просто кончилась. Эксперимент ограничен масштабом установки.

Иногда нам не хватает каких-то мощностей, каких-то возможностей создать экстремальные параметры в лаборатории, и поэтому мы обращаемся к природным процессам. Чаще всего это процессы астрофизические. Академик Зельдович не зря называл Вселенную ускорителем для бедных. К примеру, инженеры и ученые 10–20–30 лет строили-строили и наконец построили какой-нибудь крупный ускоритель, научились ускорять частицы до больших энергий, но из космоса постоянно прилетают частицы с энергией в миллиард раз больше, чем на БАКе. Прилетают каждый день, прилетают совершенно бесплатно, в принципе их тоже можно брать и изучать. И нейтронные звезды – это как раз такие уникальные, естественные лаборатории, где очень многие параметры – самые разные – доведены до предела. Возможно, действительно, до предельных пределов, вообще существующих в природе.

Нейтронные звезды позволяют объяснять новые загадочные явления. Например, несколько лет назад прибор ПАМЕЛА, работавший на российском спутнике Ресурс-Д, предназначенный для изучения космических лучей, обнаружил избыток позитронов. Это вызвало большой ажиотаж, так как сразу же [18]была высказана идея, что лишние позитроны могут рождаться в результате аннигиляции частиц темного вещества. Несколько месяцев появлялось примерно по одной статье в день, посвященной эффекту ПАМЕЛЫ. Однако постепенно стало ясно, что у гипотезы с темным веществом в данном случае есть проблемы. Сейчас считается, что лучшим источником «лишних» позитронов могли бы быть близкие радиопульсары, испускающие ветер, содержащий много электрон-позитронных пар. Избыток электронов заметить трудно, как лишнюю ложку воды в тарелке супа. А лишние позитроны – легко, как лишнюю ложку соли в тарелке супа.

Другая загадка, которую могут помочь решить нейтронные звезды – это так называемые быстрые радиовсплески. Мы уже говорили о вращающихся радиотранзиентах (RRATs). Чтобы их открыть, понадобилось придумать и создать технологию, позволяющую идентифицировать отдельные очень короткие (миллисекундные) радиовсплески. Когда такие события поискали, то обнаружили не только вспыхивающие нейтронные звезды.

В 2007 году Дункан Лоример и его коллеги обнаружили миллисекундный радиовсплеск «из пустого места». Ни до, ни после в этом направлении ничего не удалось увидеть. Саму вспышку видели только в радиодиапазоне. Анализ показал, что, скорее всего, всплеск приходит с межгалактических расстояний, но точно сказать нельзя. Сразу же было высказано много разных гипотез, в том числе и с привлечением нейтронных звезд, например – магнитаров. Второй аналогичный всплеск обнаружили спустя несколько лет. Здесь авторы открытия высказали гипотезу, что это испарение черной дыры (именно такие события хотел найти Джон О’Салливан, инженер-радиоастроном, фактически придумавший Wi-Fi). Но были и сомнения, что это реальные события. Дело в том, что наблюдали очень похожие события, получившие наименование перитоны, которые явно казались имеющими земное, а не астрономическое происхождение.

В 2013 году появилась работа Дэна Торнтона с соавторами, в которой было представлено сразу четыре новых быстрых радиовсплеска. Стало ясно, что все-таки это какой-то астрономический феномен. Ситуация все больше напоминала ту, которая существовала с 1970 по конец 1990-х годов с космическими гамма-всплесками.

Неожиданный поворот приняло дело с перитонами. В 2015 году Эмили Петрофф из Австралии вместе со своими коллегами показала, что перитоны регистрировали, когда на обсерватории… открывали микроволновую печь! То есть это не просто земной феномен, а еще и искусственный. Более того, связанный с недопустимым использованием излучающих приборов на радиоастрономической обсерватории. Для нас же важно, что понимание природы перитонов сделало быстрые радиовсплески более достоверными в качестве астрономического феномена.

Сейчас большинство астрономов согласно, что быстрые радиовсплески – это внегалактические вспыхивающие источники. В 2014 году впервые удалось увидеть такой всплеск в реальном времени, а не в архивных записях. При этом в большинстве перспективных моделей для объяснения явления привлекаются нейтронные звезды. Иногда даже магнитары, как в нашей с Константином Постновым модели, физические детали для которой затем были разработаны в работе Юрия Любарского.

Есть такая забавная псевдотеорема, что нейтронные звезды – это суперобъекты. Доказывается она очень просто: в нейтронных звездах мы имеем сверхсильные гравитационные поля, сверхсильные электромагнитные поля, сверхпроводимость, сверхтекучесть (по-английски все эти термины начинаются с super). Таким образом, теорема доказана: нейтронные звезды действительно – суперобъекты. Потому-то физики их очень любят и делятся с астрономами самым ценным, что у них есть, – Нобелевскими премиями.

В самом деле, физики на астрофизиков иногда смотрят искоса (низко голову наклоня), т. е., иначе говоря, – косо. Почему? Потому что в астрофизике происходящие процесссы нам совсем не подконтрольны. У нас есть только наблюдения, а это сильно отличается от прямого контролируемого эксперимента. Когда мы не можем прямо манипулировать изучаемым объектом, то это, конечно, хуже, чем если бы все происходящие процессы находились в нашей власти, ведь мы получаем менее надежный результат. Но иногда ситуация такова, что деваться больше просто некуда. Здесь нейтронные звезды – как раз идеальный пример естественной лаборатории, где мы можем наблюдать экзотические процессы, не имея возможности вмешиваться в них.