Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

К настоящему времени астрономы с помощью хронометрирования пульсаров определили массы примерно тридцати пяти нейтронных звезд – в диапазоне от 1,17 до чуть более двух масс Солнца. В обсерватории Кару ученые начали хронометрировать пульсары в рамках проекта, названного MeerTIME. По словам астронома Фернандо Камило из Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (мы говорили о нем в главе 4), наблюдения известных пульсаров с помощью этой антенной системы уже сделали ненужными другие телескопы. Обсерватории MeerKAT и Parkes находятся в Южном полушарии, и антенная система Кару может сосредоточиться на тех пульсарах, которые были обнаружены за много лет телескопом Parkes, но которые нельзя увидеть с помощью телескопа Green Bank, находящегося на севере. “По данным наблюдений Parkes масса нейтронной звезды часто вычислялась с большой погрешностью, – говорит Камило, – а благодаря чувствительности MeerKAT можно проделать эти измерения намного лучше и быстрее. Представьте, что с помощью MeerKAT вы наблюдаете двадцать хорошо известных двойных систем – ив течение года или даже меньше можно по-настоящему точно измерить две или три больших массы. Это может иметь огромное значение”.

Однако измерения одних только масс недостаточно. Ученые также пытаются очень точно измерить радиусы нейтронных звезд, чтобы найти ограничения, накладываемые на их уравнения состояния. Но радиусы измерить сложнее. Группа исследователей во главе с Майклом Крамером, директором Радиоастрономического института Макса Планка в Германии, в течение многих лет пыталась использовать данные о единственной известной двойной системе, образованной двумя пульсарами (двойном пульсаре), чтобы найти предельные значения момента инерции нейтронной звезды, являющегося функцией массы и радиуса. Поскольку массы уже известны, отсюда можно было бы получить некоторые предельные значения радиуса¹⁸.

Однако лучшие оценки размеров основаны на наблюдениях яркости полного потока рентгеновского излучения от поверхности пульсаров с учетом известного расстояния до Земли. Это непростой расчет, но он позволил астрономам определить значения радиусов, которые согласуются с лучшими теориями, описывающими нейтронные звезды. По оценкам ученых, нейтронные звезды имеют радиус от 9,9 до 11,2 километра, хотя радиусы некоторых из них приближаются к верхнему пределу, примерно равному 14 километрам.

Другой способ найти радиус – наблюдение очень быстро вращающихся (с миллисекундным периодом) пульсаров, дополненное предположением о том, что наибольшая измеренная масса соответствует верхнему предельному значению радиуса. До сих пор такое измерение верхнего предельного значения радиуса было проделано только однажды – для нынешнего рекордсмена среди пульсаров по скорости вращения.

Стояла осень 2004 года, и канадец Джейсон Хесселс, тогда аспирант Университета Макгилла, работал над своей диссертацией, в которой использовал для своих наблюдений телескоп Green Bank. Эта диссертация была частично основана на результатах Хесселса по поиску миллисекундных пульсаров в шаровом звездном скоплении Терзан 5, примерно в восемнадцати тысячах световых лет от Земли в созвездии Стрелец. Он знал, что в этом скоплении располагаются по крайней мере двадцать миллисекундных пульсаров. Это место – одна из самых известных “фабрик по производству пульсаров”, и Хесселс очень хотел найти и другие, еще не открытые.

10 ноября 2004 года Хесселс зарегистрировал повторяющиеся импульсы излучения, которые шли так плотно один за другим, что он понял: эта нейтронная звезда вращалась очень, очень быстро. Проблема состояла в том, что она появилась только один раз и исчезла. День проходил за днем, месяц за месяцем, но она так и не вернулась. Его коллеги начали подозревать, что это был фантом. Но Хесселс, сейчас работающий в Амстердамском университете, не сдавался. Он решил, что, возможно, пульсар просто затмила другая звезда и “он спрятался за ней и всем этим хламом, имеющимся в двойной системе, который делает пульсар время от времени невидимым”. Наконец, примерно через год, он увидел пульсар опять, и тот стал самым быстро вращающимся из всех открытых до сих пор. Ему позже дали название PSR J1748— 2446ad и определили скорость его вращения – 716 оборотов в секунду. Его скорость значительно превышала предыдущий рекорд – 642 оборота в секунду (период 1,55 миллисекунды) для пульсара PSR В 1937+21. Этот пульсар был открыт астрономом Доном Бекером в 1982 году и стал тогда первым миллисекундным пульсаром. А его возраст, который определили позже, составлял примерно двести миллионов лет.