100 великих тайн Вселенной - Анатолий Бернацкий

Крабовидная туманность с пульсаром в центре

Казалось бы, на этом основании участие нейтронной звезды в появлении пульсаров можно было отбросить.

Но тут на сцене появляется преподаватель Корнельского университета Томас Голд, предположивший, что, возможно, периодичность пульсаров связана с вращательным движением неизвестного объекта, который должен совершать полный оборот менее чем за секунду.

Однако для звезды имеется определенный предел вращения. И связано это с тем, что при слишком высокой скорости она будет разрушена центробежными силами. В целом же предельная скорость вращения звезды определяется величиной гравитации на ее поверхности. Например, для белого карлика этот предел равен примерно одному обороту в секунду. Чтобы вращаться с большей скоростью, звезда должна иметь и более высокую плотность.

А такую плотность, как известно, имеют нейтронные звезды. И Голд предположил, что скорее всего периодические «вспышки» пульсара и объясняются вращением нейтронной звезды, которая совершает один оборот вокруг своей оси за доли секунды. И такая ситуация вполне вероятна, поскольку сила тяжести на поверхности нейтронной звезды достаточно велика. Кроме того, нейтронная звезда может иметь и более высокую скорость вращения.

Таким образом, согласно гипотезе Томаса Голда, пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды. Астрофизики приняли ее без особых колебаний. Ведь в соответствии с этой гипотезой вековое увеличение периода пульсара можно было объяснить постепенным замедлением вращения нейтронной звезды.

Можно предположить, что энергия, посылаемая пульсаром в виде электромагнитного излучения, черпается за счет энергии вращения нейтронной звезды. Вращение же постепенно замедляется лишь из-за потерь энергии на излучение.

Осенью 1968 года астрономы зафиксировали сигналы с периодом всего лишь 0,03 секунды, которые посылал объект, обнаруженный в Крабовидной туманности. Сигналы пульсара шли из облака, образованного остатками сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году, что отмечено в китайских и японских летописях.

Вскоре было установлено, что со временем вращение пульсара замедляется. Опираясь на гипотезу Голда, ученые пришли к выводу, что энергия, высвобожденная в результате замедления вращения пульсара Крабовидной туманности, расходуется не только на излучение самого пульсара, но и на излучение всей туманности. Это позволяло разобраться еще с одной проблемой пульсаров.

В то время как свечение обычных туманностей связано с излучением атомов, свечение Крабовидной туманности имеет совершенно иную природу. В этом случае электроны, получившие в результате взрыва сверхновой огромную энергию, движутся со скоростью, близкой к скорости света. Двигаясь по круговым орбитам в магнитном поле туманности, электроны излучают свет.

Но вот почему у этих электронов с 1054 года не уменьшилась скорость, и они продолжают по-прежнему двигаться быстро, хотя и теряют энергию на излучение, ученые объяснить долгое время не могли. Ведь со временем интенсивность излучения должна падать и свечение Крабовидной туманности слабеть. Получалось, что электроны черпают дополнительную энергию из какого-то внешнего источника.

Теперь этот источник, предположительно, определен. Им является вращающаяся нейтронная звезда, которая, вероятно, через свое магнитное поле передает энергию окружающему газу. Как гигантский пропеллер вращается нейтронная звезда в Крабовидной туманности, обеспечивая ей удивительную яркость, а электронам — огромную скорость.

В 1990 году астрономы из Великобритании недалеко от центра Млечного Пути зафиксировали нейтронную звезду, у которой скорость вращения достигает 86 раз в секунду. Ее назвали psr 174424 А.

Но даже не скорость вращения удивила исследователей, а тот факт, что радиосигнал из этого источника несколько раз в неделю исчезает на шесть часов. Это второй из известных науке так называемых двойных пульсаров.

Первый из них был обнаружен в 1988 году. Находится он примерно в трех тысячах световых лет от нашей планеты. Его период равен около 1,6 миллисекунды.

Астрономы предполагают, что оба пульсара «пожирают» своих невидимых с Земли спутников. Кроме того, исследователи предполагают, что пульсары излучают огромное количество энергии, которой вполне хватает на разогрев поверхности звезды-спутника.

Период колебания излучения вновь открытого пульсара говорит о том, что он находится на иной (скорее всего более ранней) стадии своего развития, чем первый двойной пульсар. Также не исключено, что спутник имеет немалые размеры, поэтому пульсар временами «выхватывает» из него большое количество газов, которые затем в виде облака начинают обращаться вокруг пульсара и по этой причине временами перекрывают собой его излучение.

Глава 7. Белые карлики — звезды-тяжеловесы

Каковы они — белые карлики?

Случилось это в 1930 году в безбрежных океанических просторах. Молодой индийский физик Субраманьян Чандрасекар, только что завершивший обучение в Мадрасском университете, плыл на корабле в Европу для продолжения образования в аспирантуре Кембриджского университета.

Незадолго до этого события молодой ученый прослушал у себя в университете курс лекций по квантовой механике знаменитого немецкого теоретика Арнольда Зоммерфельда. Знакомя слушателей с последними открытиями в области квантовой статистики, Зоммерфельд заметил, что ее выводами можно воспользоваться для объяснения удивительных свойств особого типа звезд — белых карликов.

Так вот, имея немало свободного времени, Чандрасекар, уединившись в каюте, предавался размышлениям над услышанными от Зоммерфельда замечаниями. В конце концов молодой ученый пришел к выводу, что в теории, которую изложил в своих лекциях немецкий физик, не было учтено одно обстоятельство, существенным образом менявшее суть дела.

Индийский физик Субраманьян Чандрасекар

Из проведенных индийским физиком расчетов следовало, что масса любого из белых карликов может превышать массу Солнца максимум в 1,4 раза. В то же время среди обычных звезд встречаются объекты массивнее Солнца в десятки раз.

Молодой физик сразу понял, сколь значимы полученные им результаты для понимания того, как звезды завершают свою долгую жизнь. Через 53 года, в 1983 году, Чандрасекар стал лауреатом Нобелевской премии. Но до этого звездного часа в судьбе ученого было еще далеко. А сначала, как это нередко случается, маститые астрофизики-теоретики отнеслись к полученным результатам молодого индуса с явным недоверием и отказались их публиковать…

А теперь отвлечемся от открытия Чандрасекара и перенесемся в начало XX века. В это время благодаря успехам в области физических наук ученые смогли увидеть мир звезд в невероятном разнообразии. А ведь до этого считалось, что все звезды по своим характеристикам очень похожи на наше Солнце. Хотя по некоторым основным глобальным характеристикам — массе, светимости и радиусу — могут в ту или другую сторону несколько от него отличаться.

Когда же американец Г. Рессел и датчанин Э. Герцпрунг обнаружили существование главной последовательности и звезд-гигантов, казалось, огромное разнообразие звезд было сведено в некую стройную систему. После этого началась рутинная работа по детальному статистическому исследованию частоты встречаемости звезд разных светимостей, масс и радиусов.

Именно в ходе этих исследований в 1910 году и было сделано открытие, значение которого астрономы осознали намного позже. Это было открытие так называемых белых карликов.

Вообще же история первых встреч ученого мира с белыми карликами слегка запутана. Дело в том, что открытие белых карликов чаще всего связывают с именем американского астронома У. Адамса, который в 1914 году получил, а затем детально изучил спектр спутника ярчайшей звезды неба — Сириуса, так называемого Сириуса B.

Хотя на самом деле за год до этого нидерландский астроном Ван Маанен получил спектр еще одного белого карлика — звезды, названной именем ученого Ван Маанен 2.

Но оказывается, известный американский астроном Рессел еще на год раньше Маанена открыл 40 Эридан В — по существу, первого белого карлика.

После открытия этих трех объектов, нередко называемых классическими белыми карликами, наступил долгий перерыв. И только в 30-е годы прошлого века список этих небесных тел начал пополняться новыми объектами.

Поскольку светимость белых карликов незначительная, до последнего времени их обнаруживали в основном неподалеку от Солнца. Однако благодаря космическому телескопу «Хаббл» белые карлики были зафиксированы и в далеком шаровом скоплении…