Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Летом 2006 года инженеры телескопа Green Bank в Западной Вирджинии заметили: что-то не так с рельсом, по которому измерительное оборудование перемещалось влево и вправо по азимуту. Он износился из-за того, что после завершения строительства телескоп GBT стал весить примерно 7,7 тысячи тонн, то есть больше, чем изначально планировалось. Администрация решила удалить старый рельс и установить новый, и на это ушло все лето. Поскольку в это время радиотелескоп не мог перемещаться по азимуту, он не мог следить за источниками, разбросанными по небу, и нормальная работа фактически была остановлена. Но, как и в случае с наблюдениями Алекса Вольщана, проведенными им во время ремонта Arecibo, астрономы, специализирующиеся на пульсарах, – и среди них Арчибальд и Линч (впоследствии ставший младшим научным сотрудником обсерватории GBT) – поняли, что у них появился идеальный шанс для наблюдения неба. Они решили, что могут использовать низкочастотный приемник, выбрать угол и просто еженощно наблюдать звездное небо, проплывающее мимо. Это позволило им видеть любой участок неба в течение примерно двух минут. Поскольку во время ремонта телескопа никто другой не мог работать на нем, они смогли использовать его для почти непрерывных наблюдений в течение пары месяцев и таким образом набрали 120 терабайт данных, которые вошли в обзор под названием “Обзор данных по дрейфовому сканированию, полученных с помощью телескопа GBT 350 МГц”.

Наблюдения закончились, когда завершился ремонт телескопа, и Арчибальд с Линчем приступили к тщательной проверке всех своих данных по пульсарам. На это у них ушло несколько лет. К 2013 году они уже нашли несколько десятков новых пульсаров, но, когда они приблизились к завершению своей работы, на самом последнем диске с данными обнаружилось нечто необычное.

Они открыли двойную систему – пульсар и белый карлик – на расстоянии около 4200 световых лет от Земли. Сначала они не обнаружили ничего необычного. Но, попытавшись определить движение этой двойной системы, они поняли, что не могут рассчитать орбиту пульсара, просто предположив, что он обращается вокруг другой звезды²¹.

Такого решения, соответствующего данной орбите, просто не могло существовать. “До нас дошло, что происходит нечто странное”, – говорит Линч. И тут Рэнсому пришла в голову идея – он увидел, что орбита пульсара систематически смещается, и предположил, что может существовать еще одна звезда, которая влияет на орбиту пульсара. Эта система оказалась тройной. Рано утром он отправил электронное письмо Линчу, а затем и всем участникам сообщества, участвовавшим в анализе данных.

Затем Рэнсом совместно с Ингрид Стэйрс, Хесселсом, Арчибальд и Линчем занялся проверкой своего предположения. И действительно, все встало на место, когда в модель было введено третье тело – второй белый карлик, обращавшийся вокруг двойной звезды. Такой системы, состоящей из миллисекундного пульсара с двумя компаньонами звездной массы, никогда раньше не видели. “На тот момент у нас не было никакого представления, как работать с тройной системой”, – рассказала Арчибальд. Она в то время заканчивала свою диссертацию, посвященную анализу другого источника, который они нашли при той же двухмесячной съемке неба, – и с радостью отвлеклась от исправления орфографических ошибок. Она просмотрела электронную почту: коллеги жаловались, что не знают, как правильно хронометрировать тройную систему. “Я подумала, а нельзя ли просто… И около четырех часов утра начала писать код, используя тот же подход прямого интегрирования, которым мы до сих пор пользуемся”, – вспоминает она. На самом деле она не первый раз писала код для прямого интегрирования уравнений для системы n тел – системы с более чем двумя объектами. В возрасте пятнадцати лет она прочитала научно-фантастическую книжку “Мир-кольцо”. В ней описывалась инопланетная раса, которая живет на пяти планетах, обращающихся вокруг их общего центра масс. “Неужели она устойчива? – подумала я. – И я написала некий код для моделирования движения этой системы. Конечно, в пятнадцать лет я не понимала, что делаю, и сам код интегрирования был нестабильным, поэтому я так и не получила ответа. Но было ясно, что реализация интегрирования задачи п тел не должна быть трудной”.

Линч говорит, что с тройной системой “Энн Арчибальд проделала фантастическую работу, найдя численные решения, которые позволяют идеально описать орбиты всех этих трех звезд”. Ее работа позволила впоследствии использовать данную систему для проверки общей теории относительности крайне специфическим образом. Ученые поняли, что в этой системе три тела существуют в очень ограниченном пространстве, их орбиты меньше орбиты Земли, по которой она обращается вокруг Солнца, – и это здорово для проверки одного из следствий общей теории относительности, называемого сильным принципом эквивалентности.