Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

История SKA восходит к концу восьмидесятых годов. Как и в грандиозных проектах RHIC, LHC и других, при составлении плана строительства и самом конструировании больших обсерваторий появляются возражения и предлагаются разные варианты. В течение последних десятилетий то тут, то там возникали разные идеи мегателескопов. Канадские астрономы предложили построить радиотелескоп Шмидта, использовав стодвадцатиметровые антенны, обеспечивающие широкое поле зрения. Голландцы захотели построить внегалактический телескоп с огромной собирающей поверхностью. А индийцы заявляли, что их идея построить антенную систему из ста шестидесяти тарелок диаметром семьдесят пять метров каждая – самая лучшая. Крупной международной организации, объединяющей радиоастрономов, не существует, но ученые прекрасно поняли: чтобы построить мегателескоп, они должны работать вместе. В 1993 году члены Международного союза по радионаукам предприняли первый конкретный шаг – решили организовать рабочую группу по строительству большого радиотелескопа. Прошло еще несколько лет в спорах о названии, логотипе и – самое важное – месте для будущего телескопа. В конце концов ученые выбрали два места для строительства – Австралию и Южную Африку, поскольку Южное полушарие предпочтительнее для наблюдения Млечного Пути, ведь именно там наименьшие радиопомехи. И обе страны быстро построили предшественников SKA – ASKAP в Австралии и MeerKAT в Кару.

Если все пойдет по плану, к 2028 году обе части обсерватории SKA – ASKAP и MeerKAT — начнут сканировать небо во много раз быстрее, чем все другие радиотелескопы, и к тому же в настолько широком диапазоне частот, что их чувствительность в пятьдесят раз превысит чувствительность всех остальных радиообсерваторий, вместе взятых. Ученые надеются, что после запуска этой обсерватории они смогут обнаружить больше объектов, излучающих радиоволны, в частности пульсаров и источников всплесков, чем когда-либо раньше, и с гораздо лучшим разрешением. Другая цель SKA: разобраться в природе темной энергии – таинственной силы, которую считают ответственной за ускоренное расширение Вселенной. Система телескопов будет использоваться также и для изучения образования самых первых звезд и галактик, получения информации о магнитных полях, пронизывающих весь космос, и даже для того, чтобы попытаться найти следы внеземных цивилизаций.

Обсерватория SKA будет также превосходным инструментом для определения масс нейтронных звезд на основании хронометрирования пульсаров (больше информации об этом см. в разделе “Чуть глубже: Хронометрирование пульсара” в главе 4). В самый первый раз массу нейтронной звезды астрономы измерили с помощью телескопа Arecibo¹⁶.

Все началось в 1974 году, то есть в том же году, когда Энтони Хьюиш был удостоен Нобелевской премии по физике за открытие пульсаров. Астрономы Рассел Алан Халс и Джозеф Хутон Тейлор работали в джунглях Пуэрто-Рико в крошечной аппаратной рядом с антенной тарелкой диаметром 305 метров, установленной в естественном углублении в земле. Они открыли пульсар – новую нейтронную звезду, вращающуюся со скоростью семнадцать оборотов в секунду. Понаблюдав пульсар, они заметили причудливые, но регулярные изменения времени получения импульсов: иногда те приходили немного раньше, чем предполагалось, иногда чуть позже. Нехитрые математические выкладки и некоторые логические заключения привели астрономов к выводу, что существует второе тело, обращающееся вместе с пульсаром вокруг их общего центра масс. Это стало первым доказательством существования пульсара в двойной системе, где нейтронная звезда не была одинокой, а имела компаньона.

Позже они выяснили, что вторым компонентом была вторая, тоже нейтронная звезда, а не белый карлик, хотя в последующие годы именно белый карлик в качестве компаньона нейтронной звезды встречался гораздо чаще. Кроме того, наблюдения Халса и Тейлора позволили впервые точно измерить массу нейтронной звезды. Они установили, что массы нейтронных звезд в обнаруженной ими двойной системе равны примерно 1,4 массы Солнца (1,44 для пульсара, 1,39 Д^ля нейтронной звезды-компаньона). Значения обеих масс находились подозрительно близко к пределу Чандрасекара. Как упоминалось в первой главе, этот пульсар теперь носит имя своих первооткрывателей: пульсар Халса – Тейлора (PSR B1913 + 16)¹⁷.