Нейтронные звезды

Сейчас уже всем известно, что во Вселенной существуют маленькие по космическим меркам (всего-то 10-километровые), но при этом раскаленные до миллиона градусов и очень тяжелые объекты. Имя им— нейтронные звезды. Рождается такая звездочка при взрыве старой звезды, израсходовавшей все свое ядерное топливо, и представляет собой стремительно сжимающееся ядро, которое вылетает из облака газовой оболочки со скоростью около 350 км/с. Масса таких тел почти в 1,5 раза превышает солнечную (которая, между прочим, составляет 1.9884 х 1030 кг), а излучение охватывает все диапазоны: длинные радиоволны, короткие рентгеновские волны, а также оптические, включающие видимые, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Ядра этих удивительных звезд вмещают нейтронов в 9 раз больше, чем положительных частиц — протонов. Однако в результате различных взаимопревращений в центре тела могут оседать более мелкие частицы, например гипероны или пи-мезоны, и даже, возможно, образуется материя, состоящая из одних кварков, которые в земных условиях не могут существовать самостоятельно, вне частицы-«дома». Более того, нейтронная звезда ведет себя совсем не так как земное тело: внутри остывает быстрее, чем снаружи, легко притягивает другие объекты, поскольку окружена очень мощным магнитным полем, а ее ядро отличается сверхтекучестью (то есть способно просочиться в минимальное отверстие) и сверхпроводимостью (проводит ток без сопротивления).

Обо всем этом ученые узнали совсем недавно. А между тем в начале XX в.. когда были открыты электрически нейтральные частицы — нейтроны, советский физик Лев Ландау (1908—1968) лишь предположил, что где-то могут существовать большие тела, «слепленные» исключительно из этих частиц. Такие объекты должны быть очень стойкими: под натиском атмосферы электроны внутреннего вещества вдавливаются в протоны — появляются новые нейтроны, а затем сама звезда своей массой уплотняет их до такого состояния, что они начинают ощущать друг дружку, подстраиваясь под действия соседей (то есть ведут себя как квантовые частицы).

В 30-е годы XX в. еще двое ученых— американский астроном Фриц Цвикки (1898—1974) и немец Вальтер Бааде (1893—1960) — высказали догадку о рождении нейтронных звезд в результате взрыва старой (вернее, сверхновой) звезды. Но из-за слишком блеклого свечения этих объектов найти их не получалось вплоть до 1960-х.

Наконец в 1967 г. произошло знаковое для астрономии событие: британский ученый Энтони Хьюиш и его молодая помощница-студентка Джоселин Белл в ходе наблюдений за тем, как мерцают в космосе разнообразные источники радиоизлучения, чисто случайно наткнулись на объекты, сигнал от которых постулат ежесекундно. Это не могли быть ни помехи, ни излучение обычной звезды, поэтому поначалу ученые решили, что услышали послания инопланетян. Однако, изучив свою находку внимательнее, они пришли к выводу: обнаружен радиопульсар — нейтронная звезда, которая окружена небывало мощным магнитным полем и вращается настолько быстро, что от полюсов у нее отлетают заряженные частицы газа, образующие плазму. Магнитное поле генерирует электрическое, а оно. в свою очередь, разгоняет частицы плазмы, и от нее начинают исходить электромагнитные волны.

Между тем еще в 1962 г. в космос была запущена ракета, на борту которой имелся прибор для улавливания высокоэнергетичных частиц. Оказавшись близ созвездия Скорпиона, этот прибор поймал рентгеновское излучение, а позже благодаря чувствительной исследовательской технике астрономы нашли еще несколько источников этого излучения, которые были идентифицированы как двойные нейтронные звезды. В таких системах тела постоянно обмениваются частицами своей поверхности — происходит аккреция. Сгустки частиц притягиваются к новой хозяйке с огромной силой, и при падении энергия их движения превращается в тепловую. Поскольку поверхность звезды при этом разогревается до миллионов градусов, полученная энергия исходит от нее в виде коротких рентгеновских волн. Ну а в том случае, если звезда «пожадничает» и возьмет себе слишком много чужого вещества, ей грозит превращение в черную дыру — сверхмассивный объект, который поглощает все что пролетает мимо, даже свет, поэтому и выглядит абсолютно темным.

Когда нейтронная звезда находится на стадии радиопульсара (а это первые 100 млн лет ее жизни), ее можно .лишь услышать. Только зрелый период аккреции делает звезду доступной для глаз, однако двойных нейтронных систем не так уж и много, да и свет от них исходит слабоватый. Зато мы можем увидеть, как двойные звезды, движимые взаимным притяжением- соединяются в единое тело. В 1970-е за этим процессом впервые наблюдали американские астрономы Рассел Хале и Джозеф Тейлор. Столкнувшись, две нейтронные звезды выбросили колоссальное количество энергии в виде очень яркого коротковолнового гамма-излучения. Вспышка длилась пару секунд, а потом новая система засияла ровным светом. В перспективе ученые планируют исследовать таких «сиамских близнецов» с помощью больших и мощных детекторов, фиксирующих всплески гравитационных волн (колебаний пространственно-временной материи, вызываемых движениями массивных объектов).

По силе и направлению длинных гравитационных волн астрономы надеются определять массу, размер, частоту колебаний, расположение и прочие параметры космических тел. И удобнее всего, по мнению исследователей, изучать волны, исходящие именно от пульсаров.