Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Это было в 1972 году. Тогда Корд впервые оказался среди тропических лесов Пуэрто-Рико. Отведя взгляд от осциллографа, он посмотрел в большое окно: прямо перед ним, в нескольких десятках метров, был виден гигантский отражатель-тарелка телескопа обсерватории Аресибо. “Вы можете видеть события, происходящие в межзвездной среде, и на подсознательном уровне возникает какое-то чувство… Тогда оно каким-то образом связало меня с ней – просто я знаю, что со мной это случилось”, – говорит он, сидя в своем кабинете в Корнеллском университете. Этого занимающегося пульсарами астронома тогда так заинтересовало воздействие межзвездной среды на сигналы, испускаемые пульсарами, что он с тех пор занимается именно этим.

В десятилетнем масштабе времени пульсары – сверхточные часы. Они настолько надежны, что рассматривается возможность использовать их как радиомаяки для космических полетов. Например, невероятно быстро вращающиеся миллисекундные пульсары совершают сотни оборотов каждую секунду. Благодаря огромной скорости вращения и большой массе их трудно замедлить, а значит, их периодические вспышки чрезвычайно точны. Даже за миллиарды лет они замедляются всего на несколько миллисекунд, а значит, последовательность посылаемых ими импульсов остается неизменной неопределенно долго. Поскольку пульсары столь “надежны”, даже малейшее изменение их поведения может указывать на изменение окружающей обстановки – межзвездной среды вблизи нейтронной звезды.

Многие думают, что межзвездная среда представляет собой идеальный вакуум, но это не так. Она состоит из движущихся заряженных электронов и протонов, примерно по одному на каждый кубический сантиметр. Кроме того, межзвездная среда намагничена: ее всепроникающее магнитное поле разной напряженности можно обнаружить везде в космосе. В среднем магнитное поле межзвездной среды составляет несколько микрогауссов – около одной миллионной напряженности магнитного поля на поверхности Земли. Магнитное поле томографа – около 10 тысяч гауссов. На другом полюсе – магнитное поле средней нейтронной звезды, его напряженность порядка 10¹²(одного триллиона) гауссов. Это поле столь велико, что находящиеся в нем атомы вытягиваются вдоль магнитных силовых линий, приобретая форму цилиндров.

Пульсар – источник излучения в очень широком диапазоне частот по всему электромагнитному спектру. У волн высокой частоты очень короткие длины, поэтому они хуже рассеиваются частицами плазмы и легко проходят через межзвездную среду. Волны более низкой частоты, сталкиваясь с электронами, отстают и в результате доходят до телескопа позднее. Это явление называется дисперсией. Различие во времени регистрации волн разной частоты зависит от числа электронов между наблюдателем и пульсаром. Задержка низкочастотных волн может составлять примерно одну секунду. В случае пульсара, находящегося на расстоянии тысячи световых лет от нас (значит, его пульсациям требуется тысяча лет, чтобы мы могли их зарегистрировать), задержка в одну секунду может показаться пренебрежимо малой. Но, когда ученый изучает пульсар, ему необходимо сделать поправку на этот эффект, чтобы иметь возможность учесть все частоты излучения согласованно.

Измерение дисперсии показывает астрономам, сколько электронов заполняет межзвездную среду между нами и пульсаром, что, в свою очередь, указывает на расстояние до него. Чем дальше пульсар, тем через большее число электронов приходится “пробиваться” излучению, а это значит, что дисперсия – или разброс во времени регистрации сигналов разных частот – тоже будет больше³².

Речь идет не только о подсчете блуждающих в космосе электронов. Поняв свойства межзвездной среды, ученые смогут пролить свет на образование и эволюцию звезд и галактик. Если, наблюдая определенный пульсар, они через год увидят, что дисперсия его излучения изменилась, значит, в этой области изменилось содержание электронов, поскольку там имеются области турбулентности. Сцинтилляция (или мерцание) радиоволн дает астрономам возможность исследовать, как движутся сгустки вещества между нами и пульсаром. “Радиомерцание можно измерить, – говорит Корд, – а затем мы ставим вопрос так: хорошо, какая турбулентность межзвездной среды способна привести к такому эффекту? – и решаем обратную задачу”.