Точно преди половин век астрономите уловиха странен сигнал, който първоначално беше сбъркан с съобщения от извънземни. Как пулсарите уплашиха учените и какво станаха за астрономите 50 години по-късно, разказа водещият изследовател на Московския държавен университет, доктор на физико-математическите науки, астрофизикът Сергей Попов.
- Сергей, точно преди 50 години радиоастрономите в Кеймбридж откриха за първи път радиопулсар. Как се случи това?- Беше 1967 г., цялото Обединено кралство се подготвяше за 50-годишнината от Великия октомври, Pink Floyd издаде първия си албум, The Beatles записа Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band, ако не се лъжа. Джоселин Бел, като аспирант, получаваше 30 метра хартия всеки ден, където данните за радиосигналите бяха написани с острието на рекордера. И тя работеше с тях. Бавно тя започна да забелязва странен сигнал, който многократно идва от една и съща зона на небето. Тя видя, че сигналът идва на всеки 23 часа 56 минути, тоест за периода на революцията на Земята спрямо звездите. Първият подобен сигнал на записите на записващото устройство, отбелязан от нея, се отнася до 6 август. Но те идентифицираха всичко това по-късно. Тогава тя съобщила това на водещия Антъни Хюиш и те имали много съмнения колко истински е този сигнал. Решено е да се тества този сигнал и на 28 ноември проверката им бе увенчана с успех. Нещо повече, в този момент те разбраха, че този сигнал идва с период от 1.33 секунди. Тогава се наложи да се изхвърлят куп всякакви опции, включително извънземни. Никога няма да разберем колко сериозно кой от тях прие тази версия - времето беше такова, съзнанието на всички беше разширено. Малко преди Коледа, докато заминава за празниците, Джоселин откри втори източник. Джоселин откри втори източник. Джоселин откри втори източник.
И не бързаха да информират света за откритието?
- Имаше много сериозна възможност този сигнал да е изкуствен и затова Хюиш излезе с идеята, че ако сигналът идва от определена планета, а планетата се върти около своята звезда, тогава ще се забележи доста силно доплеровско изместване на сигнала. Те целенасочено проучиха тази опция и я отхвърлиха, тоест разбраха, че източникът не е върху обект, който периодично се движи около звездата. Е, тогава те публикуваха статия в Nature, където в съответствие с традициите и заповедите от онова време Хуиш е първият автор, а Бел - вторият.
Тогава имаше голяма дискусия за естеството на обекта и по-малко от седем години по-късно, доста бързо, Нобеловата награда беше присъдена за това.
И не беше без скандал - Бел остана без награда
- Да, Фрел Хойл написа писмо до вестника и говори за факта, че това, което направи, изобщо не е случайно и именно тя забеляза, че сигналът идва от една част на небето с разлика в страничните дни. Имаше някаква дискусия по този въпрос, а самата Джоселин по-късно написа, че не е обидена и няма никакви оплаквания. Най-малкото можем да кажем, че никой не е бутнал или натискал никого там нарочно.
Странният обект се оказа неутронна звезда, но това беше случаят, когато съществуването им беше предвидено по-рано?
Промоционално видео:
- Да, неутронните звезди са предвиждали от 30-те години. В началото, още преди откриването на неутроните, имаше абстрактно теоретично предсказание, направено от Ландау, че може да има свръх плътни звезди с плътност като атомно ядро. След това, през 1934 г., когато е открит неутронът, се появява статия на Бааде и Цвики, където правилно се предвижда, че неутронните звезди могат да се състоят главно от неутрони и че те са родени в експлозии на свръхнови. Те посочиха важни ключови параметри. След това, по един или друг начин, съществуването на неутронни звезди изплува сред теоретиците, някъде в средата на 60-те те започнаха подробно да моделират охлаждането на тези източници. И най-общо казано, през 67-ата година е написана статия на Франко Пачини, където почти се прогнозира пулсарната радиация.
И така, с откриването през 1967 г. цял клас нови обекти на звездни маси с размерите на голям град стана известен на науката. Какви са техните видове?
- Наистина има много различни неутронни звезди. Но това е главно постижението от последните години. Отначало се смяташе, че всички млади неутронни звезди са подобни на пулсара в Мъглявината на Раците. И можем да видим стари неутронни звезди в двоични системи, ако материята тече по тях от другарска звезда. И тогава се оказа, че младите неутронни звезди могат да се проявят по много разнообразен начин. Най-известният тип източници вероятно са магнетиците.
Магнетарите могат да се считат за едно от най-ярките открития на руско-съветската астрономия - мигащи обекти, достигащи максимум от абсолютно фантастична радиационна сила, повече от 10 милиарда слънчева светимост.
От друга страна, все още има млади неутронни звезди. Но те са напълно различни от пулсарите, т.е. не се проявяват като пулсари. Това са например охлаждащи неутронни звезди в слънчеви околности, т.нар. Великолепната седморка. Има източници в остатъци от свръхнови. Много е красиво, когато точно в центъра на остатъка виждаме малък точков рентгенов източник, който не показва никаква активност. Това е млада неутронна звезда и ние виждаме радиация от горещата й повърхност. Има и различни интересни варианти на пулсари, например, като въртящи се радиопреходни процеси - обекти, които дават импулс не при всяка революция.
Каква роля започнаха да играят пулсарите в астрономията и при приложните проблеми?
- Като цяло всички учени бяха смаяни от стабилността на въртенето на пулсарите, така че пулсарът работи като много точен часовник.
И това предоставя отлична възможност за тестване на Общата относителност. Втората Нобелова награда за неутронни звезди беше дадена всъщност за проверка на общата относителност на тези обекти (по-специално съществуването на гравитационни вълни беше индиректно потвърдено).
Веществото в дълбините на неутронните звезди е в свръх плътно състояние - в такова състояние, което не можем да получим в лаборатории на Земята. И това е интересно за физиците. На повърхността им има много силно магнитно поле, което също е невъзможно да се получи в лаборатория. Пулсарите понякога показват периодични неизправности, които се променят рязко. И първата идея беше, че това се дължи на счупване на кора. Но всъщност изглежда, че това все още не са основни разломи, но има още по-интересен ефект, свързан с факта, че в кората има вихри от свръхтечни неутрони. И когато системата на тези вихри се изгради отново, тогава възниква провал на периода - звездата рязко ускорява въртенето си.
И както се казва, пулсарите са от национално икономическо значение.
Дълго време се смяташе, че най-важното е тяхната стабилност на въртене. Затова точните стандарти за времето, базирани на радиопулсари, са разработени много сериозно.
А фактът, че те не са приложени днес, се дължи само на факта, че има и много сериозен напредък в областта на създаването на атомни часовници. Така неутронните звезди не бяха полезни тук, но те бяха необходими за решаването на друг проблем.
В космическите изследвания има проблем с автономната навигация на спътниците. Ако имаме космически кораб, летящ някъде между Юпитер и Сатурн, тогава в идеалния случай той трябва сам да реши къде и кога да включи двигателя, за да коригира орбитата. За целта трябва да знае скоростта и местоположението си. Сега това се решава чрез постоянен контакт със Земята. Но това е лошо. Първо, защото сигналът може да върви напред и назад в продължение на няколко часа, и второ, трябва да захранвате мощен радиопредавател на борда. Би било чудесно, ако сателитът може да реши това сам. А пулсарите са идеалното решение. Защото те дават стабилни импулси.
Сателитът се движи спрямо центъра на масата на Слънчевата система. Съответно, Ако изчислим времената на пристигане на импулси за барицентъра, тогава от забавянето на измереното време на пристигане можем да определим координатите на спътника в Слънчевата система.
Ако спътникът се движи, тогава възниква ефектът на Доплер. Ако се движи към пулсара, тогава честотата на пристигане на импулсите се увеличава. Ако е в обратна посока, тогава тя намалява. Ако се наблюдават няколко такива пулсара, тогава триизмерното положение и скоростта на апарата могат да бъдат точно определени. Днес технологичният напредък направи рентгеновите детектори доста евтини, леки и енергийно ефективни. И първият китайски сателит с прототип на такава навигационна система вече лети. И вторият прототип сега се тества в Международната космическа станция. Има американско устройство NICER, като част от неговото използване се провежда експериментът SEXTANT, в който се тества рентгеновата навигационна система. Най-вероятно междупланетни станции от ново поколение вече ще се ръководят от пулсари.
Павел Котляр