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

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.

Такие разные нейтронные звезды

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.

Связующий элемент

Основной вопрос, который здесь возникает, – как устроены эволюционные связи между объектами разных типов, есть ли какой-то единый путь? Например, последовательность может быть строго задана: объект рождается как магнитар, потом проявляет себя как остывающая нейтронная звезда типа объектов из Великолепной семерки, потом – как радиопульсар. Или единого пути нет и возможны самые разные варианты развития событий, а какие-то параметры или их сочетания за это отвечают. Ведь если мы говорим об эволюции, то мы говорим об изменении каких-то параметров, каких-то свойств.

Нейтронная звезда с астрофизической точки зрения – объект довольно простой: есть не так много параметров, которые описывают все ее основные проявления. Давайте посмотрим, какие они у нейтронной звезды.

Во-первых, масса. Масса у реальных нейтронных звезд заключена в довольно узком диапазоне примерно от 1 до 2 масс Солнца. Нижний предел определяется свойствами звездных ядер и пределом Чандрасекара (с учетом гравитационного дефекта масс)[17]. А верхний связан с устойчивостью вещества относительно окончательного коллапса в черную дыру. Если мы говорим про одиночные звезды, можно с высокой точностью считать, что масса постоянна, никакой эволюции здесь просто так не устроишь.

Во-вторых, скорость. Скорость, с которой нейтронная звезда движется относительно своих соседей и окружающей межзвездной среды. С одной стороны, мы знаем, что объекты разных типов могут иметь очень разные скорости, с другой – нейтронную звезду быстро не замедлишь/не ускоришь. То есть тоже не получается сделать какую-то эволюцию.

Следующий важный параметр – период вращения. От него действительно зависит очень многое. Мы знаем, что он сильно эволюционирует, но у одиночных объектов изменяется практически в одну сторону: они вращаются все медленнее и медленнее, и медленнее, так как в данном случае нет никакого специального механизма, раскручивающего нейтронную звезду. Так что снова устроить какую-то сложную эволюцию, меняя период, не получается (кроме разве что момента включения сверхтекучести нейтронов в коре нейтронной звезды, когда она достигла соответствующей температуры – но это разовый и не очень сильный эффект).