Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Южноафриканская антенная система и еще несколько радиотелескопов нового поколения начинают революционизировать только зарождающуюся область исследований FRB, и эта революция идет полным ходом. Две другие антенные системы недавно впервые локализовали различные единичные всплески. Одна из них, Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), тоже предшественница SKA, расположена в Западной Австралии, а другая, антенная система Калтеха Deep Synoptic Array-10, находится в долине Оуэнс, в радиообсерватории Owens Valley Radio Observatory (OVRO) недалеко от города Биг-Пайн в Калифорнии. Кроме того, совершенно новый телескоп в Канаде – CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, “канадский эксперимент по картированию интенсивности водорода”) – теперь регистрирует FRB десятками. Астрономы думают, что совсем скоро они наконец раскроют тайну источников этих всплесков. Поэтому до того, как FRB перестанут быть загадкой и станут столь же обычным делом, как, скажем, всплески гамма-излучения, я направляюсь в канадскую провинцию Британская Колумбия. Точнее, в долину Оканаган, окруженную горами, – это регион, в котором находится зона радиомолчания радиотелескопа CHIME, знаменитый также своими винами.
CHIME: регистрация FRB в канадском районе виноделия
Солнечно, но так холодно, что в отчаянии я пытаюсь натянуть на голову бейсболку поглубже. Начало октября 2019 года, и я нахожусь на довольно небольшом открытом пространстве, со всех сторон обрамленном горами. Передо мной огромная металлическая конструкция, состоящая из четырех открытых, расположенных недалеко друг от друга U-образных полуцилиндров длиной сто метров каждый, и все они утыканы тысячами антенн. Сделанный из металлической сетки, телескоп по форме напоминает хафпайп-парк для конькобежцев или сноубордистов, только огромный, размером с пять хоккейных полей. Это и есть CHIME.
Чем-то этот телескоп напомнил мне Molongo — австралийский детектор, предназначенный для регистрации сигналов от пульсаров (а в последнее время и сигналов FRB). Это две совершенно разные конструкции, но их масштаб и уникальные формы настолько необычны, что у меня в голове они автоматически начинают сравниваться. CHIME – новый цифровой радиотелескоп, который регистрирует сигналы с низкими частотами от 400 до 800 МГц. Он может сканировать чрезвычайно обширные области неба, его многочисленные антенны регистрируют радиоволны, а центральный компьютер строит составное изображение16. Это самый большой телескоп в Канаде: его оборудование размещено на территории, площадь которой превышает шесть площадок Национальной хоккейной лиги, а его зона сбора данных охватывает площадь сто на сто метров.
Я приехала сюда из Лондона через Монреаль, где выросла, и зашла в свою канадскую альма-матер – Университет Макгилла. Там я побеседовала с астрономом Вики Каспи, которая, как я писала в главе 4, открыла совершенно новый способ хронометрирования магнетаров, адаптировав к рентгеновской астрономии известный метод хронометрирования радиопульсаров. В последнее время она много работала над FRB – фактически Пол Шольц, первым обнаруживший в архивных данных обзора PALFA повторный сигнал FRB от источника всплеска Спитлер в 2015 году, был ее аспирантом. Сама Каспи была главным ученым PALFA. За два года до этого открытия, в 2013-м, Каспи прочитала революционную статью Дэна Торнтона с коллегами, в которой подробно описывалось обнаружение четырех FRB на радиотелескопе Parkes — первая удача с момента обнаружения всплеска Лоримера. Именно та статья “по-настоящему заставила меня поверить в реальность сигналов FRB”, говорит Каспи.
Статья вдохновила ее и коллег на составление хитроумного плана, который показался им осуществимым, как только они узнали, на что способен CHIME.
CHIME – это часть Радиоастрофизической обсерватории Доминиона (DRAO), исследовательского центра, построенного в 1960-х годах и в какой-то момент принявшего участие в создании коррелятора, ключевого элемента VLA (Very Large Array в Нью-Мексико), его мозга, обеспечивающего эффективность его работы. Построенный коллективом космологов из Университета Макгилла (Монреаль), Университета Торонто, Университета Британской Колумбии (Ванкувер) и других, CHIME размещен на территории DRAO в основном потому, что там для него хватает места, а также из-за низкого уровня радиопомех в месте его локации, развитой инфраструктуры и опытных специалистов, в частности радиоинженеров, говорит Каспи. Первоначально цель нового телескопа была космологической: попытаться пролить свет на природу темной энергии, для чего требовалось очень точно измерить ускорение, с которым Вселенная расширяется. А поскольку телескоп может в любой момент одновременно видеть большую часть неба, перед ним поставили и другие задачи: изучение магнитных полей и нейтронных звезд в нашей Галактике, а также их хронометрирование. Это позволило бы обнаружить гравитационные волны от сталкивающихся сверхмассивных черных дыр.
 
“Когда CHIME построили, стало ясно, что это будет отличный детектор для регистрации быстрых всплесков радиоизлучения, – говорит Каспи, сидя в своем офисе в Университете Макгилла. – Я хотела узнать о нем как можно больше, поскольку собиралась написать заявку и получить грант, чтобы использовать его также и для поисков быстрых радиосигналов. Это была довольно серьезная заявка – мы просили миллионы долларов, так что мне пришлось многое про него узнать”.
Каспи создала группу, куда вошли несколько космологов, включая Мэтта Доббса, Кита Вандерлайна, Марка Халперна, Гэри Хиншоу и других. Они подали совместную заявку в Канадский фонд инноваций с просьбой о предоставлении гранта на приобретение дополнительного оборудования для CHIME, предназначенного для регистрации FRB. Руководителем проекта была Каспи. Заявку одобрили, и в 2015 году они получили 5,6 миллиона канадских долларов (которые вошли в общую стоимость строительства CHIME, составляющую около 20 миллионов долларов)17. Но Каспи не могла просто сидеть сложа руки и ждать, пока CHIME получит дополнительное оборудование, ей хотелось помочь в его строительстве. (Ровно так же Джоселин Белл в свое время взяла молоток и стала вбивать в землю деревянные столбики, чтобы ускорить строительство своей антенной матрицы.) Летом 2017 года Каспи работала на строительстве телескопа вместе с десятками других ученых, инженеров и студентов, подсоединяя разные кабели. По ее словам, электронные кабели укладывали в основном студенты и аспиранты. “В своей работе ученого я использую приборы, которые созданы для меня и, как правило, снабжены руководством пользователя, то есть всегда можно позвонить и спросить совета у эксперта, – смеется Каспи. – А здесь мы сами проложили сотни кабелей, одни в канавках, другие вдоль цилиндров”. Каждый кабель нужно было подключить, а затем очень точно затянуть соединение – не слишком свободно, потому что иначе возникают утечки, и не слишком туго, потому что иначе это испортит разъем. “Я была там, наверное, единственным человеком, который никогда раньше не слышал о динамометрических ключах!” – смеется Каспи.
Укладка кабелей на телескопе оказалась сложной задачей. В процессе пришлось отгонять от оборудования птиц и коров с соседних ферм, выпалывать под антеннами сорняки и следить за тем, чтобы дождь и снег не повредили телескоп. А еще поблизости водились медведи и гремучие змеи.
Каспи вспоминает, как в нескольких метрах от себя увидела змею, которая, впрочем, быстро уползла. “Она просто скользила по дороге, и меня поразила физика ее движения, то, как она управляет своим телом, – я никогда ничего подобного не видела”, – говорит Каспи. В то время как на улице стояло жаркое оканаганское лето, внутри помещений, где также пришлось возиться с кабелями, было довольно прохладно, поскольку электронику нужно охлаждать до низких температур. Вся электроника представляла собой сверхсложные печатные платы, изготовленные по индивидуальному заказу, разработанному Мэттом Доббсом – коллегой Каспи по Университету Макгилла. “Это был целый процесс, но я в то время слушала много музыки, и на самом деле все это вместе производило довольно расслабляющий терапевтический эффект, – говорит Каспи. – Целыми днями мы вместе с аспирантом Зигги Плёнисом занимались исключительно прокладкой и подключением кабелей. Под конец все пальцы у нас были ободраны. Но оно того стоило”.