Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Ученые, которые публиковали статьи, основываясь на открытиях Вольщана, вскоре выдвинули гипотезу о том, что планеты, вероятно, могут образовываться вокруг звезды любого типа, какой только можно себе вообразить, и процесс формирования планет должен быть универсальным. Спустя годы космический телескоп Kepler подтвердил это, обнаружив множество экзопланет, обращающихся вокруг всех видов звезд, включая белые карлики. Планетная система, открытая Вольщаном, к которой он позже добавил третью планету (вначале он ее не увидел), предварила то, что телескоп Kepler обнаружил два десятилетия спустя.

Наиболее распространенные планетные системы на самом деле оказались суперземными системами (то есть с массами планет немного больше массы нашей Земли), в которых планеты обращаются вокруг своей звезды по очень близким к ней орбитам. В 1990-е годы этого никто не ожидал. “Тогда, если бы вы сказали, что лет через двадцать пять все увидят, что планетные системы в основном выглядят вот так, никто бы этому не поверил”, – смеется Вольщан.

Может ли в принципе существовать жизнь на планетах вроде тех, что открыл Вольщан? Он считает, что эта идея из области фантастики, но в последние несколько лет появились статьи, в которых изучается возможность существования вокруг нейтронных звезд обитаемых зон. Возможно, однажды мы сможем найти жизнь на экзопланете, обращающейся вокруг пульсара, может быть, не полноценную цивилизацию, но хотя бы какую-то примитивную микробную жизнь. В этом случае межзвездная среда даст нам ответ на еще одну из тех загадок, которыми полон наш такой необыкновенный и загадочный космос.

Глава 8

Гигантские научные инструменты

Нейтронные звезды, безусловно, интересно изучать, но для некоторых ученых они становятся чем-то большим, чем просто объект наблюдения, – их хотят использовать в качестве инструментов галактического масштаба.

Одно из потенциальных применений – использование пульсаров в качестве космических радиомаяков для глобальной (или она должна называться галактической?) системы позиционирования. Было показано, что эта система в принципе работает и может осуществить мечту эксцентричного предпринимателя-миллиардера Илона Маска (и не только его): обеспечить космическую навигацию при полетах к Марсу, а в будущем – и еще дальше.

Здесь, на Земле, многие водители автомобилей, дальнобойщики, пилоты, капитаны кораблей и большинство владельцев смартфонов ориентируются в пути, используя такие навигационные системы, как GPS, Galileo и ГЛОНАСС. Эти системы работают, синхронизируя сигналы, посылаемые сверхточными атомными часами, которые установлены на спутниках, обращающихся вокруг Земли. Распространяя эти принципы на космос, некоторые ученые уже давно предлагают использовать сверхточные “пульсарные часы” (интервалы между импульсами самых пунктуальных пульсаров), чтобы помочь космическим кораблям находить свой путь на просторах Млечного Пути. Сейчас для того, чтобы мы убедились, что космический корабль по-прежнему на правильном пути, он должен постоянно связываться с Землей через гигантские спутниковые антенны Deep Space Network, сконструированные и построенные в НАСА. Чем дальше в космос отправляется корабль, тем менее надежным и более сложным и дорогим этот метод становится. Используя пульсары в качестве радиомаяков, корабль мог бы самостоятельно позиционировать себя. Это был бы лучший космический компас.

В ноябре 2017 года НАСА с помощью детектора рентгеновского излучения NICER, установленного на борту Международной космической станции, показало, что использование пульсаров в качестве радиомаяков возможно. Большая часть времени детектора посвящена определению значений масс и радиусов нейтронных звезд, которые необходимы ученым для того, чтобы понять внутреннее строение мертвых звезд. Но на аппарате NICER был смонтирован также небольшой инструмент SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology, “исследователь рентгеновских временных характеристик и навигационных технологий”), который может с большой точностью регистрировать импульсы, исходящие от множества нейтронных звезд, рассеянных по небу. И это именно то, что он сделал в 2017 году, проведя хронометрирование рентгеновских импульсов от пяти пульсаров в течение времени от пяти до пятнадцати минут для каждого. SEXTANT измерял крохотные изменения во времени прибытия сигналов при обращении Международной космической станции вокруг Земли и рассчитывал точное местоположение NICER, а значит, и свое собственное. В будущем аналогичные инструменты можно будет сделать более легкими и оснащать ими любой космический корабль1.

Помимо навигации в межзвездных путешествиях, метод хронометрирования массива пульсаров может помочь пролить свет и на загадочное явление, которое астрономы пытаются понять на протяжении десятилетий. Ученые знают, что в центре большинства галактик скрываются сверхмассивные черные дыры с массой, в миллионы или даже миллиарды раз превышающей массу Солнца. Например, масса черной дыры в центре Млечного Пути составляет около четырех миллионов солнечных масс.

Астрономы считают, что, когда галактики сталкиваются, их черные дыры сливаются и в этот момент посылают в космос гравитационные волны. Однако детекторы LIGO и Virgo на Земле не смогут обнаружить эти волны, потому что они слишком длинные и у них слишком слабая интенсивность, чтобы их мог уловить наземный детектор. И с 1980-х годов астрономы начали использовать массив пульсаров для обнаружения такой ряби в пространстве-времени, пытаясь превратить эти нейтронные звезды в естественные детекторы гравитационных волн галактического масштаба, особенно чувствительные к системам черных дыр с массами от ста миллионов до десяти миллиардов солнечных.

Если ученые когда-нибудь обнаружат такие волны, они смогут проверить общую теорию относительности Альберта Эйнштейна во вселенских масштабах и подтвердить существование двойных систем сверхмассивных черных дыр. Такое наблюдение может также рассказать нам больше о загадочных обитателях сильно заселенного галактического центра. Метод хронометрирования массива пульсаров, вероятно, поможет нам раскрыть и другие секреты объектов, которые могут быть ответственны, хотя бы частично, за образование сверхмассивных черных дыр, то есть секреты нейтронных звезд. Действительно, когда массивная звезда умирает, она либо сразу же коллапсирует в черную дыру звездной массы, либо сначала образует нейтронную звезду, а позже, когда две нейтронные звезды сталкиваются, обычно рождается черная дыра. Одна из гипотез состоит в том, что после многих слияний таких черных дыр звездной массы в конечном итоге образуется сверхмассивный монстр2.

Чтобы попытаться представить себе этих галактических монстров, давайте отложим ненадолго хронометрирование пульсаров и совершим путешествие на край света.

Антарктический снег ослепляет, и с расстояния в несколько сотен метров десятиметровая тарелка радиоантенны выглядит крошечной и такой белой, что почти сливается с безжизненным, обледенелым Полярным плато. Это телескоп SPT (South Pole Telescope, “телескоп Южного полюса”), и его задача – обнаруживать приходящие из космоса короткие миллиметровые и субмиллиметровые электромагнитные волны. Хотя телескоп изначально был построен для поисков слабых следов самого древнего света во Вселенной, оставшегося со времен Большого взрыва, – космического микроволнового фонового излучения, – в последнее время он стал частью другого фантастического проекта. В совокупности с другими антеннами, разбросанными по всему земному шару, телескоп SPT является частью “виртуальной радиотарелки” размером с Землю – телескопа EHT (Event Horizon Telescope, “телескоп горизонта событий”). Именно этот гигантский виртуальный инструмент позволил ученым познакомиться с колоссальной сверхмассивной черной дырой в центре соседней галактики и впервые заснять ее3.