Читать книгу "Космос. От Солнца до границ неизвестного - Стивен Бэттерсби"

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.

Космические часы

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.

Вихри и волны

В 1974 году астрономы Рассел Халс и Джозеф Тейлор обнаружили двойной пульсар. Две звезды вращались по тесной орбите друг вокруг друга, совершая один оборот за восемь часов. Расстояние между ними неуклонно уменьшалось по мере того, как они по спирали приближались друг к другу; это происходило с той же скоростью, с какой они теряли бы энергию, излучая гравитационные волны. Таким образом было получено первое доказательство справедливости Общей теории относительности.

Вначале открыли пульсары, которые вращались с ленцой – на один оборот у них уходило несколько секунд. Но в 1982 году группа ученых под руководством Дональда Баккера (ныне покойного) открыла миллисекундный пульсар. Целых 642 оборота в секунду – с такой головокружительной скоростью вращался пульсар, подпитываемый веществом, падающим с соседней звезды. С тех пор обнаружены и другие миллисекундные пульсары. По их быстрым регулярным импульсам можно сверять часы, и эти часы обладают фантастической точностью. Некоторые астрономы используют их как эталонные часы в качестве детекторов для поиска гравитационных волн.

Интервью. Джоселин и ее пульсар

Пятьдесят лет назад Джоселин Белл Бернелл обнаружила таинственный пульсирующий радиосигнал – а также отрицательные стороны науки по отношению к молодой женщине-ученому. В 2017 году корреспондент журнала New Scientist взял у нее интервью.

Честно говоря, это был второй сигнал – достаточно мощный. Первый сигнал еще можно было принять за случайный выброс. Второй уже можно было рассматривать как нечто серьезное. Потребовалось время, чтобы осознать: мы нашли новый тип звезд. Это был самый первый пульсар. Сегодня мы все еще выясняем истинное значение открытия.

Шел 1967 год. Мы искали квазары с помощью радиотелескопа, разработанного Тони Хьюишем, моим научным руководителем в Кембриджском университете. Тогда мы знали только то, что квазары – это очень далекие объекты, посылающие радиосигналы с нерегулярно меняющейся интенсивностью. Новый сигнал был мощным и приходил в виде коротких импульсов с абсолютно четкой периодичностью.

Дело было вовсе не в интерференции, хотя часто именно она составляла для нас проблему. Наш телескоп представлял собой сплетение из 2048 радиоантенн, которые раскинулись на четырех акрах за пределами города. Приходится мириться с тем, что при работе с такой большой площадью из-за интерференции неизбежно возникает много помех. Однажды по ошибке частоты, на которых мы наблюдали, были отданы местной полиции.

Первый неожиданный сигнал занимал всего четверть дюйма на бумаге – самописец представлял собой ручку, механически передвигающуюся по бумажной ленте. В тот раз я настроила ленточный самописец на более медленную работу, чтобы в деталях рассмотреть длинные сигналы от квазаров. Затем я увеличила скорость самописца в то время суток, когда, по моим расчетам, должен был снова появиться сигнал, чтобы развернуть его пошире. Но сигнала не было. Он исчез.

Одним из первых вопросов, которые мне задали коллеги, был такой: может, я неправильно включила телескоп? Я привыкла к скептицизму с их стороны. Во-первых, я была всего лишь аспиранткой. Во-вторых, отрицательную роль сыграло то, что я женщина. Правда, в Глазго, где я училась на бакалавра, было еще хуже. Там, когда в аудиторию входила женщина, все ребята свистели, топали ногами, стучали по партам и улюлюкали. Люди в Кембридже вели себя более воспитанно, но вместе с тем были более высокомерны. Я чувствовала себя там самозванкой, девушкой из провинции, из Северной Ирландии. Я была уверена, что кто-нибудь обязательно разоблачит меня и с позором выгонит. Поэтому я работала с полной отдачей, чтобы моя совесть была чиста, когда это случится.

Примерно через месяц сигнал появился снова. Я немедленно позвонила Тони[9]. Он сказал, что если это действительно сигнал, тогда у него должно быть искусственное, земное происхождение. Периодичность его можно было сравнить с ударами метронома: слишком регулярно он появлялся, через каждые 1,3 секунды. Но я была уверена, что он не прав. По мере вращения Земли вокруг Солнца звезды восходят и заходят каждую ночь на 4 минуты раньше. Впервые я заметила сигнал в начале августа. Сейчас уже стоял ноябрь, а сигнал шел в ногу со звездным временем. Если бы сигнал имел искусственное происхождение – например, радиопомехи от автомобильного генератора – вряд ли он появлялся бы каждые сутки с такой филигранной точностью – на 4 минуты раньше.

Не скрою, на душе у меня было тревожно, когда на следующий день Тони вошел в обсерваторию и заглянул через мое плечо. Конечно же, сигнал пришел! Вот тогда-то нам и пришлось задуматься о том, какое у него происхождение: земное или небесное. Я в шутку назвала его LGM-1, сокращенно от слов Little Green Man (маленький зеленый человечек). Но если это и было сообщение от инопланетного разума, они пользовались чертовски глупыми техническими приемами. Во-первых, сигнал был амплитудно-модулированным. Амплитуда сигнала часто модулируется от природных, естественных причин. Если вы хотите послать сигнал на расстояние в несколько световых лет, вы не будете использовать амплитудную модуляцию. Вы примените модуляцию по частоте – это сделает искусственное происхождение сигнала более очевидным.