Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Эти открытые силовые линии могут ускорять частицы, как мотор. Вблизи двух магнитных полюсов они срывают с поверхности нейтронной звезды лавину частиц. Эти частицы, главным образом электроны, обладающие большой энергией, несутся вдоль открытых силовых линий внутри узких конусообразных пучков, не обязательно направленных вдоль оси вращения пульсара. Взаимодействуя с магнитными силовыми линиями, частицы ускоряются и испускают радиоволны, распространяющиеся в космосе в том же направлении, что и движущиеся частицы. Пульсар можно заметить, если один из несущихся через пространство потоков направлен в сторону Земли. Как уже говорилось раньше, пульсар, наподобие морского маяка, испускает лучи непрерывно, но он вращается вокруг своей оси, и поэтому мы видим повторяющиеся вспышки света.

Со временем, по мере того как все больше и больше частиц уносится с поверхности нейтронной звезды, пульсар замедляется. В какой-то момент лишенный энергии пульсар начинает вращаться слишком медленно, магнитные силовые линии уже не могут срывать электроны с поверхности нейтронной звезды, и излучение должно будет прекратиться. Считается, что примерно 965 лет назад, когда пульсар в Крабовидной туманности был молод, его период вращения составлял шестнадцать миллисекунд. Сегодня он равен тридцати трем миллисекундам, и пульсар продолжает замедляться, а его период увеличивается примерно на 1,3 миллисекунды в столетие. Чем сильнее начальное магнитное поле, тем быстрее замедляется пульсар. Магнитное поле молодых пульсаров порядка 10¹²-10¹³ гауссов. (Для сравнения: магнитное поле магнитика, который вешают на холодильник, порядка ста гауссов.) Такой пульсар остается активным от десяти до ста миллионов лет. Это значит, что из всех нейтронных звезд, рожденных за 13,7 миллиарда лет существования Вселенной, около 99 % не излучают в радиодиапазоне: даже если они продолжают медленно вращаться, свет их маяков погас. Они пересекли линию смерти и растворились в небытии космоса, перебравшись на кладбище нейтронных звезд.

Аккрецирующие пульсары: голодные зомби

Не все радиопульсары так и остаются мертвыми. У некоторых есть звезды-компаньоны, связанные с ними гравитационными силами; перетягивая на себя вещество компаньона, радиопульсары могут “восстать из могилы”. Ученые называют их раскрученными миллисекундными пульсарами.

Для Нидерландов 29 декабря 2016 года выдалось необычно снежным и холодным. Оставалось еще несколько месяцев до того, как на суперкомпьютер Гронингенского университета поступят данные от самого медленного пульсара, но LOFAR все же удалось преподнести астрономам запоздалый рождественский подарок. Кес Басса, сотрудник Нидерландского института радиоастрономии, решил проверить последние показания LOFAR: в конце концов, телескоп не ушел на каникулы, так что поиск пульсаров продолжался. Сидя в спальне и привычно просматривая свежие данные, Басса неожиданно заметил на сигнале пик – возможно, пульсар, который, в отличие от других пульсаров, вращается с невероятно большой скоростью. Это было очень интересно, и, несмотря на выходные дни, Басса отправил электронное письмо своему коллеге Джейсону Хесселсу из Амстердамского университета. Тема письма звучала интригующе: “Поздоровайся с…” Когда Хесселс открыл письмо и увидел данные, каникулы закончились уже у двоих.

Среди всех обнаруженных пульсаров новый пульсар, теперь его называют PSR J0952-0607, занимает второе место по скорости вращения. Он почти догнал “рекордсмена”, обнаруженного Хесселсом двенадцатью годами ранее, в 2004-м (подробнее об этом открытии будет рассказано в главе 5). Периоды вращения обоих пульсаров измеряются миллисекундами: представьте себе пульсар Басса в виде шара размером с Вашингтон, вращающегося со скоростью 707 оборотов в секунду. Хесселс рассказывает: “Когда я прочел письмо Басса, то еще даже до всяких проверок понял: все правильно. Я был чрезвычайно возбужден, ведь последние пятнадцать лет это один из самых интересных для меня вопросов. Поэтому, хоть я и был в отпуске, но, услышав о таком невероятном событии, немедленно все бросил. Ни о чем другом думать не мог – это один из самых захватывающих этапов работы”. Торжествовал Хесселс не один: потрясающей новостью он поделился с женой и семилетней дочкой Димфи. Хесселс рассказывает: “Я сказал Димфи, что вот есть такая новая звезда и она совершенно особенная, поскольку вращается так быстро, что голова может очень, очень сильно закружиться”. Димфи в восторге начала кружиться: “Вот так, папочка? Я нейтронная звезда?”

Вращающиеся так быстро пульсары называются миллисекундными. Первый такой пульсар открыл американский астрофизик Дональд Чарльз Баккер в 1982 году, после того как его магистрант Шри Кулкарни обработал данные телескопа Arecibo. Этот пульсар, получивший название PSR В 1937+21, вращается необыкновенно быстро – в двадцать раз быстрее пульсара в Крабовидной туманности. Совершая 642 оборота в секунду, он удерживал рекорд скорости более двух десятилетий.