Читать книгу "Суперобъекты. Звезды размером с город - Сергей Попов"

Более удивительные события ждали ученых дальше. У классических магнитаров никогда не наблюдалось радиоизлучения, подобного радиопульсарному. И несколько специалистов потратили годы жизни для того, чтобы это объяснить, и объяснили… Но потом такое радиоизлучение зарегистрировали. То есть магнитар становился радиопульсаром. А совсем недавно, в 2008 году, удалось увидеть обратный переход – как радиопульсар превратился в источник мягких повторяющихся гамма-всплесков. Значит, понадобится придумывать какой-то эволюционный механизм, который мог бы превращать объекты одного типа в другие.

Кроме обычных магнитаров, демонстрирующих очень быстрое замедление периода вращения, что связывают с большими дипольными магнитными полями, недавно стали обнаруживать вспыхивающие нейтронные звезды с медленно меняющимися периодами. Они демонстрируют всплески, как у источников мягких повторяющихся гамма-всплесков. Их периоды вращения такие же. Но оценка магнитного поля по росту периода дает значение порядка пульсарного. То есть магнитное поле раз в сто меньше. Таких источников известно уже несколько, и противники магнитарной модели очень обрадовались. Однако магнитары выстояли.

Мы уже говорили, что за изменение периода вращения отвечает дипольное поле. Но у нейтронной звезды могут быть и другие компоненты поля. По мере удаления от поверхности они быстро спадают, поэтому их роль мала на большом расстоянии от компактного объекта. Зато вблизи они могут быть важны. Для поддержания этих сильных, как говорят, мультипольных полей тоже необходим сильный электрический ток. Значит, наша нейтронная звезда все равно является магнитаром. В ее коре будет происходить выделение энергии тока, поэтому поверхность будет горячей. Из-за перезамыкания могут происходить вспышки и т. д. Но слабое дипольное поле не даст периоду быстро расти.

Эту гипотезу удалось доказать, когда Андреа Тиенго и его коллеги получили хороший рентгеновский спектр одного из магнитаров со слабым дипольным полем. Благодаря большой собирающей площади рентгеновской обсерватории ХММ-Ньютон астрономы смогли разглядеть спектральные детали, говорящие об очень сильном поле в небольшой области вблизи поверхности нейтронной звезды. Это полностью укладывается в модель магнитара, у которого мультипольные («кудрявые») поля гораздо сильнее дипольного. Магнитары остаются магнитарами.

Наиболее перспективные идеи в области «алхимии нейтронных звезд» так или иначе связаны с затуханием магнитного поля, что вполне естественно. У нейтронной звезды батарейки нет: если токи в ней текут, значит, со временем они затухают. И это может приводить к изменению статуса нейтронной звезды. Она может вспыхивать чаще или реже или не вспыхивать совсем. Например, объект может рождаться как источник мягких повторяющихся гамма-всплесков, затем превращаться в объект типа аномального рентгеновского пульсара, а после, когда магнитное поле распадается еще сильнее, он превращается просто в нейтронную звезду, которую мы видим в наших окрестностях благодаря ее тепловому излучению. Таких источников известно всего семь, и поэтому эта группа звезд известна как Великолепная семерка.

Появились попытки описать разные типы нейтронных звезд вместе, в рамках единого эволюционного сценария. Первую такую хорошую попытку сделали мы с коллегами из Испании и Германии. У нас получилось описать вместе, в рамках единого подхода, классические магнитары, Великолепную семерку и подобные им объекты, а также обычные радиопульсары. В дальнейшем Мигель Гуллон, Хосе Понс и их коллеги продолжили развивать этот подход.

Но со временем оказалось, что есть еще более удивительные превращения, и это позволило установить связь с другими типами молодых нейтронных звезд. В остатках сверхновых наблюдают центральные точечные объекты. Мы уверены, что это нейтронные звезды. Мы их видим, просто потому, что они еще горячие в силу своего небольшого возраста (в среднем порядка нескольких тысяч лет). При этом у них могут быть очень короткие периоды по сравнению с магнитарами, не 5–10 секунд, а десятые доли секунды. Совсем недавно, уже во втором десятилетии нашего века, стала популярной очень красивая идея. Пусть вначале рождается магнитар, т. е. нейтронная звезда с большим магнитным полем, но после взрыва сверхновой часть вещества падает обратно. Его падает настолько много, что это вещество как бы заваливает, экранирует магнитное поле, и в течении нескольких тысяч лет мы можем не знать, что там скрыт магнитар. Внешнее магнитное поле будет очень слабое, меньше, чем у радиопульсара. Звезда будет очень плохо тормозиться, но она будет горячее, чем ей положено быть, потому что внутри спрятан магнитар, который находится как бы в коконе. Детальные исследования таких объектов показывают, что это очень продуктивная гипотеза. Вот что в самом деле может реализовываться в природе: некоторые из рентгеновских источников в остатках сверхновых являются вот такими вот заваленными магнитарами, которым понадобится несколько тысяч лет, чтобы расправить крылья и превратиться в красивую бабочку.

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

XI. Великое объединение нейтронных звезд

Про зайчиков и белочек

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.