Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Лоример почувствовал, как пол закачался у него под ногами. Из-за этого отказа в публикации одно из крупнейших астрофизических открытий начала XXI века, а именно быстрые радиовсплески (FRB) – загадочные, чрезвычайно мощные и сверхкороткие всплески радиоизлучения в космосе, продолжающиеся всего миллисекунды, – осталось почти незамеченным. Это открытие смогло бы помочь астрономам выяснить состав и динамику межгалактической среды, измерить напряженность межгалактических магнитных полей и пролить свет на другие загадки.
Когда-то быстрые всплески радиоизлучения считались экзотикой. Их обнаруживали редко, а поскольку импульсы были очень короткими, то определить местонахождение источника казалось невозможным. Ученые до сих пор не знают, что это за всплески и откуда они пришли, хотя интерес к нейтронным звездам был велик: основная версия состоит в том, что эти вспышки могут исходить от магнетаров. Что мы действительно знаем, так это то, что эти всплески в миллиард раз мощнее импульсов излучения типичных пульсаров, что выделяется энергия, эквивалентная энергии пятисот миллионов Солнц, и что их источниками являются объекты, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики.
Только недавно ученые научились определять местонахождение источников FRB, даже тех, от которых они зафиксировали только один всплеск. И в последние годы они зарегистрировали больше сигналов FRB, чем когда-либо прежде. Успешность этих наблюдений обязана двум обстоятельствам: более совершенным телескопам и… инопланетянам. Ну, точнее, не самим инопланетянам, а их поискам. В сообществе, включающем множество астрономов и астрофизиков, пытающихся понять природу этих загадочных сигналов, оказался эксцентричный российско-израильский миллиардер, который в своих упорных поисках разумной жизни за пределами Земли зашел так далеко, что стал соинвестором одной из самых сложных и масштабных из всех проводившихся ранее программ мониторинга радиосигналов в нашей Вселенной.
Некоторые астрономы считают, что эти вспышки могут действительно быть посланиями от инопланетян, хотя это и маловероятно. Помимо магнетарной ученые выдвигали и другие гипотезы происхождения FRB, например, некоторые считают, что быстрые радиовсплески испускаются при катаклизмах – таких как взрывы сверхновых или столкновения черных дыр с нейтронными звездами. Возможно также, что эти всплески возникают при столкновении темной материи, имеющей вид крошечных первичных черных дыр, со звездами. Или у них более прозаичное происхождение: и сигналы поступают вовсе не из космоса, а из тривиальных микроволновых печей?1
Все началось с того, что в начале февраля 2007 года студент-дипломник Дэвид Наркевич приехал на встречу со своим руководителем Лоримером для консультации. Это была обычная еженедельная встреча в Университете Западной Вирджинии, расположенном на берегу реки Мононгахила, протекающей через город Моргантаун. “Дэвид принадлежит к редкому типу людей, не испытывающих эмоциональных взлетов и падений, – шутит Лоример. – Он вошел, мы стали беседовать о том, что он сделал за прошедшую неделю, и эта встреча сначала казалась обычной”. Через несколько минут после начала разговора Наркевич вытащил график, на котором Лоример увидел невероятно высокий пик, намного превышавший все импульсы, излучаемые обычным пульсаром. Его глаза широко раскрылись. “Я воскликнул что-то вроде: «Вау, подожди минутку, что это?» – вспоминает Лоример. – Это выглядело действительно удивительно. Я просто не знал, что с этим делать”.
За несколько недель до встречи Наркевич просматривал горы архивных данных из обзора Parkes Multibeam Pulsar Survey — крупнейшего на тот момент источника данных по пульсарам, находящимся в Большом и Малом Магеллановых Облаках, исследования которых начались в августе 1997 и длились до 2001 года. Лоример попросил Наркевича поискать необычный и недавно открытый пульсар, называемый вращающимся радиотранзиентом (RRAT). Лоример с любовью говорит об этих “крысах” [32] отчасти потому, что они были впервые обнаружены его женой, тоже астрономом, Маурой Маклафлин. Она обнаружила их примерно в 2004 году, через год после того, как они поженились. (“Наша свадебная программа была составлена наподобие научной статьи, где в псевдонаучной манере описывалось, как мы познакомились и все такое”, – посмеивается Лоример.)
 
RRAT отличаются от большинства других пульсаров тем, что совершенно невозможно предсказать, когда и как они начнут излучать радиоволны. Даже сегодня они представляют собой загадку, и представителей этой таинственной популяции чаще всего обнаруживают при регистрации одиночных всплесков, а не периодических импульсов. Астрономам известны несколько пульсаров, которые делают и то и другое: излучают и периодические импульсы, и – спорадически – одиночные. Самый известный пример – пульсар Крабовидной туманности, он время от времени испускает пучок излучения, который интенсивнее его периодических радиоимпульсов более чем в десять раз2.
Но обычно RRAT обнаруживают по их непредсказуемым одиночным импульсам, часть из которых длится всего несколько миллисекунд, и обнаружить их можно в течение не более чем секунды в день. “Мы знаем, что это капризные объекты. Но мы быстро поняли, что это способ поиска новой разновидности нейтронных звезд, дополняющий методы поисков традиционных объектов, излучающих периодические импульсы”, – говорит Лоример.
Занимаясь изучением гигантских одиночных импульсов, исследователи вскоре поняли, что излучение их источника настолько мощное, что его можно обнаружить даже за пределами нашей Галактики. Большинство же пульсаров являются довольно слабыми источниками радиоволн, а это означает, что с помощью современных телескопов мы обычно можем обнаружить их только внутри Млечного Пути или в Большом и Малом Магеллановых Облаках. Лоример и Маклафлин надеялись найти мощные импульсы, испускаемые источниками RRAT и другими пульсарами, находящимися в более далеких галактиках, и таким образом немного раздвинуть границы. Они надеялись, что сумеют обнаружить такого рода всплески.
И вот он перед ними – гигантский одиночный импульс на графике, принесенном Наркевичем, в десять миллиардов раз более мощный, чем импульс обычного пульсара, и длившийся всего пять миллисекунд. По его дисперсии Лоример сразу понял, что он, вероятно, пришел откуда-то издалека, его источник находился за пределами нашей Галактики, где-то в направлении Малого Магелланова Облака. Когда Лоример и Наркевич посчитали дисперсию, она оказалась в десять раз больше, чем та дисперсия, которая была бы, если бы источник находился в нашей Галактике или поблизости от нее (наша Галактика имеет размер 100 000 световых лет, или около 30 килопарсек, в поперечнике). И они поняли, что он определенно находился даже не в ближайшей окрестности3. (О дисперсионных эффектах см. в разделе “Чуть глубже: Межзвездная среда – пристанище нейтронных звезд” в главе 2.)
Лоример был уверен, что они сделали грандиозное открытие. В тот день он пришел домой и взволнованно сказал жене, что, возможно, они наткнулись на совершенно новый космический объект. Первые несколько недель они не могли решить, что с этим делать. “Он был настолько ярким и непонятным, что я просто решил немного отложить его в сторону”, – говорит Лоример. В тот момент на них свалилось слишком много дел сразу, причем не только на работе, где нужно было что-то решать с предполагаемым открытием, но и дома: их первому ребенку, Каллуму, только что исполнилось два года, и Маура ждала второго – Финли, который родился в июле 2007-го. И все это время и Лоример, и Маура продолжали вести занятия и руководить работами студентов-дипломников и аспирантов. “Я говорил себе примерно так: «Конечно, это выглядит великолепно, но пусть немного подождет»”, – рассказывает Лоример.
Однако в апреле он сел на самолет и полетел в обсерваторию Parkes. Перед этим он встретился со своим бывшим научным руководителем по дипломной работе Мэтью Бейлзом, чтобы вместе проанализировать данные по необычному всплеску. Мало того, что Бейлз сам пришел в возбуждение, но он своим воодушевлением и энтузиазмом заразил и Лоримера, и через несколько дней они приступили к написанию статьи. Она была готова к июню и включала график с изображением сигнала, ставший вскоре известным, – пик, возвышавшийся над сигналами всех известных на тот момент пульсаров. По словам Бейлза, сигнал выглядел настолько ошеломительно, что тогда он на какое-то время потерял сон. Снова и снова он воображал, каким удивительным стало бы это открытие, если бы сигнал и вправду оказался таким ярким и пришел настолько издалека.