Фабрика планет. Экзопланеты и поиски второй Земли - Элизабет Таскер

В 1974 г. Хьюиш получил Нобелевскую премию по физике за открытие пульсаров. Тот факт, что вклад Белл Бернелл в это открытие не получил признания, долгое время оставался предметом дискуссии, хотя сама Белл Бернелл приняла его с достоинством, так прокомментировав решение: «Полагаю, не получив Нобелевскую премию, я получила даже больше!» За свою карьеру она была удостоена множества других престижных премий и наград. В Великобритании она занимала должность президента Королевского астрономического общества и президента Института физики. Тем временем изучение пульсаров приводило к результатам, которые выглядели все более и более странно.

В конце 1970-х гг. всего лишь в нескольких градусах от открытого Белл Бернелл и Хьюишем пульсара был обнаружен еще один радиоисточник. Учитывая его невероятно компактные размеры, исследователи решили, что это новый пульсар. Однако все попытки зафиксировать характерное для пульсаров мерцание ни к чему не привели. Казалось, объект испускал не импульсный сигнал, похожий на вспышки маяка, а непрерывный поток радиоволн.

Подозревая, что при огромной скорости вращения пульсара могут возникнуть трудности с фиксацией его мерцания, в марте 1982 г. исследователи предприняли еще одну попытку. На этот раз их мишенью стали пульсары с периодами вращения до 4 миллисекунд (то есть 250 оборотов в секунду). Самый быстрый из известных к тому времени пульсаров находился в Крабовидной туманности. Его период вращения составлял 33 миллисекунды. Таким образом, результатом новых поисков должны были стать объекты, вращающиеся в 10 раз быстрее. Однако вплоть до осени никаких признаков характерных для пульсаров мерцаний обнаружено так и не было.

Наконец появилось сообщение об импульсном сигнале, зарегистрированном радиотелескопом в Аресибо на острове Пуэрто-Рико. 305-метровая тарелка этой обсерватории пользовалась большой популярностью у кинематографистов: именно с помощью нее искали внеземную жизнь герои экранизации романа Карла Сагана «Контакт»; и она же была эффектно взорвана в финале одной из серий бондианы «Золотой глаз». При сканировании неба с частотой в полмиллисекунды в 1982 г. огромной антенне обсерватории все-таки удалось обнаружить повторяющие импульсы, исходившие от пульсара-рекордсмена. Период вращения нового объекта составлял 1,558 миллисекунды, что соответствует ни много ни мало 642 оборотам в секунду. Это было в 20 раз быстрее пульсара в Крабовой туманности. Так был поставлен рекорд скорости вращения пульсара, который продержался еще четверть столетия.

Хотя открытие миллисекундного пульсара позволило ответить на вопрос о необычном источнике радиоизлучения, оно породило целый ворох новых проблем. Поскольку пульсары непрерывно испускают энергию в форме радиоволн и прочих видов излучения, с течением времени они постепенно замедляются. Поэтому молодые пульсары вращаются быстрее старых. Из этого должно было следовать, что, раз миллисекундный пульсар был самым быстро вращающимся из всех когда-либо наблюдавшихся, он должен был быть совсем молодым. Но данные говорили об обратном.

Если бы пульсар был обнаружен вскоре после рождения, вокруг него должны были бы присутствовать признаки взрыва гигантской сверхновой звезды, в результате которого она должна была бы сбросить свои внешние слои. Выброшенный умирающей звездой газ — так называемый остаток сверхновой — обычно виден в течение более чем 10 000 лет. Например, Крабовидная туманность — остаток от взрыва сверхновой звезды, превратившейся в пульсар. По оценкам, ее возраст составляет 960 лет. Новый миллисекундный пульсар должен быть намного моложе, но никаких признаков газового остатка вокруг него нет.

Еще более странным было то, что пульсар замедлялся недостаточно быстро. Согласно моделям изменения скорости пульсара, молодые пульсары должны терять скорость стремительно, а такой заводной волчок, как миллисекундный пульсар, должен затухать и того быстрее — всего лишь за несколько лет. Измерения скорости замедления пульсара показали, что она была намного ниже ожидаемой, а возраст объекта составляет 230 млн лет. То есть он был намного старше всех известных на тот момент пульсаров. Как мог пульсар, испускающий энергию в космос, быть одновременно и самым быстрым и самым старым? Как выяснилось впоследствии, все дело было в том, что он поглотил своего компаньона.

История миллисекундных пульсаров начинается с пары звезд, обращающихся вокруг общего центра масс в составе двойной системы. Удерживаемые вместе взаимным тяготением, эти звезды не похожи друг на друга: одна из них намного массивнее другой. Большой размер не прибавляет здоровья звезде, так как дополнительная масса ускоряет процесс сжигания запасов ядерного топлива. Поэтому более массивный из двух компонентов первым достигает конца обычного для звезд жизненного цикла и взрывается как сверхновая. Когда совсем рядом происходит взрыв такой колоссальной мощности, меньшая звезда рискует быть разорванной на кусочки. Но если ей все-таки удается выжить, она оказывается в паре с нейтронной звездой.

Несмотря на крошечный размер, нейтронная звезда остается невероятно тяжелой. Поэтому вторая звезда в системе продолжает испытывать на себе ее гравитационное притяжение, и обе они по-прежнему обращаются вокруг общего центра масс. Если магнитные полюсы нейтронной звезды оказываются направлены в сторону Земли, пучки ее радиоизлучения попадают по нашей планете и регистрируются как пульсар. Со временем пульсар начинает замедляться. Приблизительно за 100 000 лет радиосигнал пульсара ослабевает настолько, что обнаружить его уже невозможно. И пульсар замолкает. Однако масса пульсара при замедлении не меняется, так что ее звезда-компаньон продолжает движение по той же орбите. Но теперь уже она сама также приближается к концу своего жизненного пути.

Вокруг каждой из звезд есть участок пространства, в котором ее притяжение преобладает над притяжением звезды-компаньона — полость Роша. По сути, это понятие, схожее с понятием сферы Хилла, — для тех случаев, когда массы рассматриваемых объектов сопоставимы. По форме полости Роша похожи на слезинки, которые сходятся в одной точке своими узкими концами, а не на сферы вокруг звезд. В точке схождения гравитационные силы двух звезд уравновешивают друг друга подобно перемычке между двумя горными долинами. Достаточно сделать один шаг по направлению к одной из звезд — и ее гравитация притянет вас к ней. Сдвиньтесь в обратном направлении — и теперь уже ее компаньон затащит вас к себе.

Когда в меньшей из двух звезд заканчивается водород, она раздувается и превращается в красный гигант. Радиус звезды становится настолько большим, что она выходит за пределы своей полости Роша и втягивается в область притяжения нейтронной звезды. Этот выход за границы повторяет механизм образования хтонических суперземель из горячих юпитеров, описанный в шестой главе.

Как только внешние слои красного гиганта наваливаются на нейтронную звезду, она получает толчок, который приводит к еще большему ускорению ее вращения. Под влиянием дальнейшего притока вещества красного гиганта-компаньона скорость вращения нейтронной звезды вырастает до невероятных значений, измеряемых миллисекундами. Соприкасаясь с поверхностью нейтронной звезды, вещество нагревается до колоссальных температур, достигающих 10 млн градусов. Такое фантастически горячее вещество испускает не инфракрасное, а более высокоэнергетическое рентгеновское излучение. Для обозначения источников такого излучения, фиксируемого на Земле, используют промежуточный термин маломассивные рентгеновские двойные системы.