Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров. - Павел Амнуэль

На самом деле все не так просто. Звезда проходит нелегкий жизненный путь, ядерные реакции в ее недрах то затухают, то идут более интенсивно. Меняются источники энергии — когда кончаются запасы водорода, начинают «сгореть» более тяжелые элементы. Кроме того, недра звезды постоянно «клокочут» — одни слои поднимаются вверх, другие опускаются, вещество перемешивается. Из-за этих, а также из-за множества других причин звезда постоянно «худеет» — теряет вещество. Масса звезды перед смертью оказывается заметно меньше той, что была при рождении. А сколько именно вещества звезда успевает потерять — точно неизвестно. Вот еще одна загадка, и, не разгадав ее, никто не сможет сказать, сколько именно звезд в Галактике имеют перед смертью массу большую, чем чандрасекаровский предел. Ведь если масса звезды в конце эволюции окажется меньше, чем 1,4 массы Солнца, то возникнет «всего лишь» белый карлик. Рождение белого карлика сопровождается красивым явлением — образованием и расширением так называемой планетарной туманности. А рождение нейтронной звезды? Можно ли наконец сказать, что оно всегда сопровождается взрывом сверхновой?

Если верны подсчеты звездных рождений, то нужно ожидать, что в Галактике каждые несколько лет коллапсирует одна звезда. А если верны подсчеты вспышек сверхновых, то числа получаются несколько иными…

Еще в 1933 году Ф. Цвикки начал патрулирование далеких галактик с целью поиска сверхновых. Это патрулирование возобновилось после второй мировой войны, продолжается оно и сейчас. Обнаружено более 400 вспышек в различных галактиках. Редко в какой галактике удается наблюдать две или три вспышки — ведь сверхновые вспыхивают редко. Поэтому, для того чтобы оценить, как часто вспыхивают сверхновые, астрофизикам приходится использовать косвенные методы. Так, американский астрофизик Л. Барбон собрал в единый список все вспышки, подсчитал число галактик, в которых эти вспышки произошли, разделил число вспышек на число галактик да еще на время, в течение которого велось патрулирование, и получил, что, например, в спиральных галактиках, таких, как наша, одна вспышка сверхновой случается каждые 30—100 лет. Довольно неопределенная величина, верно? А между тем некоторые исследователи считают, что сверхновые вспыхивают еще реже. Или, наоборот, чаще.

А если попробовать оценить, как часто происходят вспышки сверхновых в нашей собственной Галактике? Сразу скажем, что эта задача потруднее.

В созвездии Кассиопеи находится ярчайший радиоисточник Кассиопея-А. Сверхновая, породившая эту туманность, вспыхнула примерно в 1700 году. Кассиопея никогда не заходит за горизонт в Европе. И все же до недавнего времени считалось, что никто этой сверхновой не видел! 1700 год — прошел почти век после работ Галилея, Кеплера, Коперника. Существовали телескопы. И все же вспышку сверхновой в Кассиопее действительно не видел почти никто.

Лишь в 1979 году американский исследователь У. Эшворт, изучая труды астронома XVII века Д. Флэмстида, обнаружил его записи о звезде-гостье. Вспышка произошла в 1680 году, звезда в максимуме яркости достигала всего лишь шестой звездной величины, находилась на пределе возможности наблюдений невооруженным глазом! Д. Флэмстид включил звезду в свой каталог, опубликованный в 1725 году. Но когда каталог выходил вторым изданием (после смерти Д. Флэмстида), издатели решили, что звездочка в созвездии Кассиопеи нанесена по ошибке — ведь на самом-то деле там, где ее обозначил Д. Флэмстид, ничего нет… Два столетия должны были пронестись над миром, чтобы ошибка издателей была исправлена, а репутация Д. Флэмстида как первоклассного наблюдателя полностью восстановлена.

Почему же сверхновая 1680 года была такой слабой? Дело в том, что в плоскости любой спиральной галактики, и нашей в том числе, очень много пыли и газа. Свет, проходя через эти туманности, поглощается и рассеивается. А наше Солнце находится как раз вблизи галактической плоскости. Мы видим нашу Галактику будто сквозь плотные светофильтры, сквозь темные очки. Блеск некоторых звезд доходит до нас ослабленным в десятки раз! Поэтому мы можем и не заметить даже такое явление, как вспышка сверхновой, что и показала наглядно история со звездой Д. Флэмстида.

Как же оценить, сколько сверхновых вспыхивает в Галактике, если мы их и видим-то далеко не все? Сразу скажем, что надежность таких оценок невелика, но они все же есть. За тысячу лет в небе Земли вспыхнули шесть сверхновых: в 183, 1006, 1054, 1572, 1604 и 1680 годах (правда, последнюю вспышку, кроме Д. Флэмстида, никто не наблюдал). Получается примерно одна вспышка в 170 лет.

Нужно, однако, учесть следующее. Мы наверняка не увидим вспышку, если она произошла за центром Галактики. Так что можно сказать, что лишь третья или даже четвертая часть Галактики доступна патрулированию сверхновых. И значит, реально сверхновые должны вспыхивать в Галактике в три-четыре раза чаще, то есть каждые 40–60 лет. Это не противоречит и тем оценкам, которые получены по исследованиям вспышек сверхновых в других галактиках, подобных нашей. Точность невысока? Что делать, лучшая точность оценок сейчас невозможна…

Теперь нужно подсчитать, как часто рождаются пульсары. К сожалению, частота рождений пульсаров известна с еще меньшей надежностью. За годы, прошедшие после открытия пульсаров, на эту тему было опубликовано много работ. За рубежом вели исследования Р. Манчестер, Дж. Тейлор, М. Ланг, М. Стефане, в СССР — О. X. Гусейнов и Ф. К. Касумов. Выводы всех астрофизиков в общем близки друг к другу: пульсары в Галактике возникают довольно редко, в среднем один пульсар в 30 лет — вот частота их рождения (видите, это число близко к частоте вспышек сверхновых!).

Однако вопрос о том, совпадает ли частота рождений пульсаров с частотой вспышек сверхновых, — все еще открытый вопрос. Здесь есть над чем подумать и наблюдателям, и теоретикам. Слишком уж пока невелика точность оценок.

Еще одна актуальная проблема, связанная с пульсарами: сколько времени пульсар «живет»? Сколько времени проявляет активность нейтронная звезда? Есть пульсары очень молодые (например, пульсар в Крабовидной туманности), а есть чрезвычайно старые, возраст которых перевалил за миллиард лет. Впрочем, последним оценкам особенно доверять нельзя. Они получены по измерениям замедления периода пульсаций. А если период испытал сбой, если в пульсаре много раз происходили «звездотрясения»? Конечно, среди пульсаров есть и «юноши», и «старички», астрофизиков же интересует вопрос: сколько времени пульсар живет в среднем?

Опять приходится обращаться к статистическим исследованиям. И опять оценки получаются не очень-то надежными. По-видимому, через несколько миллионов лет после образования пульсара излучение его резко ослабевает, и пульсар «выключается». Несколько миллионов лет — недолгий срок по астрономическим масштабам времени. Один галактический год — время полного оборота Солнца вокруг центра Галактики — продолжается 200 миллионов лет. Значит, пульсар в среднем «живет» всего-то одну-две галактические недели!

Причина угасания излучения пульсаров понятна: вращение нейтронной звезды тормозится, вращательная энергия уменьшается, таинственный механизм генерирует все меньше быстрых частиц. Да и магнитное поле пульсара может со временем ослабевать, и пока неизвестен механизм, который мог бы воссоздавать это поле. А может быть, как считают советские астрофизики О. X. Гусейнов и И. М. Юсифов, со временем сближаются друг с другом магнитная ось пульсара и ось вращения. Как мы уже знаем, при этом и эффект пульсара неизбежно пропадает…

Сейчас, через двадцать лет после открытия пульсаров, мы все еще ничего не знаем о том, что происходит в их недрах. Раньше говорили, что нейтронная звезда — мертвое тело. Потом оказалось — нет, она живет! Момент смерти отодвинули на несколько миллионов лет. Но может, и тогда звезда не умирает? Может, включаются новые источники энергии, не связанные с вращением? А если даже и не так, если нейтронная звезда-пульсар, прожив половину галактического месяца, угасает окончательно — неужели нет способа такую звезду все же обнаружить?

Способ есть, и мы его уже обсуждали. Вспомним идею Я. Б. Зельдовича о том, что огромное поле тяжести нейтронной звезды должно притягивать газ и разгонять его до скорости около 100 тысяч км/с. Когда такой газ достигает поверхности нейтронной звезды, возникает, говорили мы, рентгеновское излучение. Открытие пульсаров отвлекло нас от обсуждения этой идеи. Но астрофизики об аккреции никогда не забывали. Пока считается, что нейтронная звезда, замедлив вращение, перестает быть радиомаяком, аккреция остается единственным физическим процессом, наблюдая который мы можем надеяться отыскать старые нейтронные звезды. Впрочем, они уже давно открыты! В ходе расследования мы уже говорили о рентгеновских источниках. Гипотеза о том, что это горячие нейтронные звезды, быстро погибла. И осталась жить гипотеза об аккреции.