Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

В нашей Галактике было обнаружено около трех тысяч радиопульсаров, но большинство из них либо слишком тусклые, либо слишком далекие, и поэтому HAWC не может воспринимать их как отдельные источники. Но если предположить, что все пульсары обладают одинаковой эффективностью преобразования своей кинетической энергии в электроны и позитроны, то, сложив вклад всех пульсаров Млечного Пути, мы увидим, что они приводят к сигналу гамма-излучения с энергией порядка тераэлектронвольт и почти точно такой же интенсивностью и энергетическим спектром, как и наблюдаемый с помощью детекторов избыток тераэлектронвольтного гамма-излучения. Сейчас почти все согласны с тем, что избыток позитронов, скорее всего, связан с пульсарами. Альтернативная теория его происхождения из темной материи, конкурирующая с пульсарной, была похоронена, пульсары выиграли эту схватку⁵.

Хупер был разочарован, но не подавлен. Изучая странные сигналы от галактической плоскости, он искал темную материю везде, возлагая большую часть своих надежд на сердце нашей Галактики – галактический центр.

Некоторое время назад – в 2003 году – молодой постдок из Принстона Дуг Финкбайнер просматривал данные с космического спутника WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, “зонд микроволновой анизотропии имени Уилкинсона”). Как и Хупер, он был захвачен идеей поиска темной материи и надеялся наткнуться на ее следы в данных WMAP. Он прекрасно знал, что вимпы, если они существуют, должны время от времени аннигилировать и что процесс аннигиляции должен сопровождаться всплесками гамма-излучения, микроволнового излучения и каскадами других частиц высоких энергий. Вблизи центра Галактики он обнаружил странный избыток микроволнового излучения, явно отличного от реликтового космического микроволнового фонового излучения, поскольку, казалось, шло оно откуда-то изнутри нашей Галактики, то есть скорее от “авансцены”, а не от “арьерсцены”, как реликтовое. Статья Финкбайнера о необычной микроволновой “дымке WMAP” и особенно предположение, что виновниками ее появления могли быть вимпы, привлекли внимание Хупера.

Картина стала еще запутаннее в 2008 году, когда космический гамма-телескоп Fermi, запущенный в космос НАСА, передал первую партию данных. Финкбайнер, ныне профессор, и два его аспиранта, Трейси Слейтер и Мэн Су, обнаружили, что “микроволновая дымка” идеально гармонировала с “дымкой гамма-излучения” вокруг центра Млечного Пути. Но откуда эта дымка взялась, представлялось большой загадкой. В отличие от радиотелескопов, которые нацелены на конкретную область неба и регистрируют сигнал от точечного источника, такого как звезда или пульсар, у космического телескопа Fermi гораздо более широкое поле зрения. Он видит примерно пятую часть всего неба в каждый момент времени и, постепенно продвигаясь, осматривает все небо за три часа. Тем не менее получаемая им картинка нечеткая – телескоп имеет угловое разрешение всего лишь о,1–1 градус для большей части значений энергии, поэтому он размазывает звезды до размера Луны, а то и больше. Таким образом, несмотря на то что Fermi мог определить направление, с которого прилетели фотоны, он не мог определить, где именно возникает дымка, позже названная “дымкой Ферми”. Все ученые были уверены в том, что это происходило в окрестности галактического центра.

Вскоре после этого, в 2009 году, Слейтер, Су и Финкбайнер заметили, что дымка имеет некий контур. Это открытие было удивительным и неожиданным. Вместо того чтобы увидеть одну каплю с нечеткими краями, они внезапно увидели два гигантских фантастических пузыря, по форме напоминающих песочные часы, общим размером около пятидесяти тысяч световых лет, с центром в галактическом центре и ярче всего светящихся в гамма-диапазоне. “Дымка Ферми” превратилась в “пузыри Ферми”, и газеты разных стран мира поместили на своих первых полосах потрясающее изображение огромной космической восьмерки. В 2014 году Слейтер, Су и Финкбайнер за свое открытие получили премию Бруно Росси, присуждаемую отделением астрофизики высоких энергий Американского астрономического общества⁶.

Для Хупера пузыри были явным, хотя и разочаровавшим его, свидетельством того, что ни микроволновое излучение, зарегистрированное детектором WMAP, ни гамма-лучи, обнаруженные телескопом Fermi, не могли быть признаками темной материи. “Аннигиляция темной материи не должна приводить к образованию таких пузырей”, – говорит он. Область свечения должна быть размытой и не должна иметь отчетливых границ.

До сих пор неясно, что надуло пузыри Ферми, и некоторые ученые полагают, что они могли возникнуть из-за того, что наша сверхмассивная черная дыра когда-то давно взорвалась (хотя сейчас Стрелец А* и ведет себя совершенно спокойно, в отличие от активных ядер других галактик, от которых регистрируется излучение). Альтернативная гипотеза состоит в том, что пузыри могли возникнуть, если многочисленные гигантские звезды, образованные из газа, окружающего черную дыру, почти одновременно взорвались как сверхновые.