Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

До сих пор верхний предел массы нейтронной звезды называют пределом Толмена – Оппенгеймера – Волкова[12], хотя вычисленное ими значение массы оказалось существенно заниженным, поскольку они не учли сильное ядерное взаимодействие, удерживающее протоны и нейтроны в ядре атома. В 1990-е годы, когда аппаратура стала лучше и увеличилась точность наблюдений, выяснилось, что это предельное значение попадает в интервал от 1,5 до 3 солнечных масс. И наконец, после наблюдения командой LIGO/Virgo первого слияния нейтронных звезд, предел Толмена – Оппенгеймера – Волкова сдвинулся к значению, близкому к 2,17 солнечной массы. На сегодняшний день самая массивная из обнаруженных нейтронных звезд называется J0740 + 6620[13]. Это быстро вращающийся пульсар в двойной системе с белым карликом. Масса этой звезды равна 2,14 массы Солнца¹⁰.

Работа Оппенгеймера и его аспиранта появилась в тревожное время – перед Второй мировой войной. Когда война началась, многим физикам пришлось заняться более насущными делами. Оппенгеймер принял участие и стал одним из руководителей Манхэттенского проекта, целью которого было создать атомную бомбу быстрее нацистской Германии. Нейтронные звезды отошли на второй план более чем на двадцать лет, до открытия Джоселин Белл первого пульсара в 1967 году. После этого прорыва физики быстро поняли: обнаружить нейтронные звезды все же можно.

Случайное открытие Белл вызвало бурю в астрономическом сообществе. Но Фриц Цвикки, человек, который первым выдвинул идею о существовании нейтронных звезд и об их связи со смертью массивной звезды, не проявил ни малейшего интереса к этой теме. Вот что рассказывает о том времени радиоастроном Рональд Экерс. Сейчас он сотрудник CSIRO в Австралии, а тогда работал вместе с Цвикки в Калифорнийском технологическом институте.

Я встретилась с Экерсом в главном офисе CSIRO, расположенном примерно в двадцати минутах от центра Сиднея. “Кабинет Цвикки располагался на цокольном этаже того же здания, что и мой, – вспоминает Экерс. – Цвикки мне нравился, и мы часто общались, но, насколько я помню, он никогда не принимал участия в обсуждениях связи нейтронной звезды с пульсаром. В Калтехе тогда многие об этом говорили, но по каким-то причинам он в этих разговорах не участвовал”.

К тому времени Цвикки интересовали уже другие проблемы. Он был одним из тех достаточно редко встречающихся физиков, кто за время своей научной карьеры брался за задачи из разных областей физики. Кроме того, что Цвикки внес большой вклад в теорию нейтронных звезд, он указал на то, что во Вселенной, возможно, “недостает” большого количества вещества. (Подробнее о том, как Цвикки открыл темную материю, см. главу 6.)

В 1968 году, как раз тогда, когда вышла статья Белл и Энтони Хьюиша о пульсаре LGM-1, ученые сразу заговорили о том, что источником этих загадочных пульсаций могут быть быстро вращающиеся нейтронные звезды.

Цвикки больше волновало окончание работы над “Каталогом галактик и скоплений галактик”, составленным на основании наблюдений, выполненных в Паломарской обсерватории. Этот каталог, опубликованный Калифорнийским технологическим институтом, состоит из шести томов и содержит тщательно проверенные данные о 29418 галактиках и 9134 скоплениях галактик¹¹.

По словам Экерса, отсутствие тогда у Цвикки интереса к нейтронным звездам, возможно, объяснялось просто тем, что они внезапно перестали быть теоретической возможностью. Теперь ученые моделировали эти новооткрытые объекты, а Цвикки, как выразился Экерс, был скорее о том, как, жестикулируя, генерировать великие идеи, основываясь главным образом на интуиции, и “поэтому, когда потребовался детальный анализ, он уже не считал нейтронные звезды чем-то интересным”. Цвикки умер в Пасадене в Калифорнии через несколько лет после открытия нейтронных звезд. Он похоронен на маленьком кладбище городка Моллис в Швейцарии. Поездку туда я внесла в список того, что мне надо сделать в жизни. Я хочу отдать дань уважения этому человеку.

Хотя открытие нейтронных звезд так и не заинтересовало швейцарского эксцентрика, новую тему быстро подхватили другие астрономы, повернувшие свои телескопы в направлении пульсаров. Астрономы напряженно следили не только за нейтронными звездами, но и за связанными с ними туманностями, поскольку, опять же в соответствии с теорией Цвикки, они были тем, что осталось после смерти массивных звезд. Один из телескопов, который использовали для этих целей, принадлежит радиообсерватории Молонгло, расположенной приблизительно в часе езды от столицы Австралии Канберры и примерно в четырех часах езды от Parkes. Крестообразный радиотелескоп Molonglo — фантастическая конструкция с двумя перпендикулярными плечами, каждое в милю длиной. Такую радиоантенну называют “крест Миллса”. Плечи телескопа имеют форму разрезанных пополам цилиндров: параболическая форма поперечного сечения антенн используется для фокусировки сигнала. Двигая антенну вверх или вниз, можно вращать один из цилиндрических параболоидов вокруг его длинной оси.