Сенсация-68

Десятки лет радиотелескопы, принимавшие излучение небесных тел, давали на выходе только непрерывные изрезанные кривые. Они очень напоминали запись тепловых шумов приемника. Какой из этого делался вывод?

Небесные тела непрерывно излучают электромагнитные колебания. Их интенсивность под действием ряда факторов меняется по сложному закону.

И вдруг невероятное событие - записаны четкие периодические импульсы! Найдено небесное тело, которое "работает" в совершенно новом импульсном режиме. Источник некоторое время излучает энергию, затем перестает излучать и молчит дольше, чем излучал. Затем снова излучает, снова отдыхает и т. д.

Весть об этом с быстротой молнии облетела весь мир. Радиоастрономы всех стран бросились к своим установкам для проверки сенсации. Ожесточенные дискуссии, почти переходящие в рукопашные схватки, о возможной природе пульсаров - такое им нарекли имя - стали основной формой сосуществования ученых мужей многих направлений. И это несмотря на то, что английский профессор Г. Хьюиш и его юная аспирантка Жаклин Белл, открывшие эти импульсы, в течение полугода хранили в глубокой тайне эти результаты, тщательно выверяя их достоверность.

Открытие было сделано в обсерватории Кембриджского университета летом 1967 года с помощью сложной антенны, содержащей 2048 диполей (диполь - это элементарная антенна типа простейшей телевизионной). Антенна была настроена на волну 3,5 метра. Размер каждого диполя равен этой же величине.

Первая публикация об этом открытии была сделана в английском журнале "Природа" лишь в феврале 1968 года.

Вначале был открыт только один такой импульсный источник. Первая мысль, которая захватила и лишила сна открывателей: "Это сигналы разумных существ!" Они даже дали им условное имя - "зеленые человечки".

Однако смысловых элементов в сигналах не обнаруживалось, налицо были просто периодические импульсы. Но можно было считать, что это сигналы, например, космического маяка на некоем небесном теле (предположение о том, что источником импульсов является космический корабль или искусственный спутник, отпало, так как координаты излучателя не менялись).

Вскоре было открыто еще несколько подобных источников (к настоящему времени обнаружено более 40 пульсаров). И как ни грустно это писать, на смену гипотезе о разумном происхождении сигналов пришли более реальные гипотезы о возникновении их естественным путем.

Рис. 31

Типичная запись импульсов пульсара дана на приведенном рисунке. Она сделана на радиоастрономической станции ФИАН СССР в районе Серпухова и относится к пульсару СР 1919. Импульсы периодически повторяются, но их амплитуда не остается постоянной.

Самой удивительной особенностью пульсаров является очень высокая стабильность периода повторения импульсов.

Экспериментально получены следующие величины периодов для четырех пульсаров.

Из этих данных следует, что стабильность периода повторения импульсов соизмерима со стабильностью вращения Земли вокруг Солнца, то есть со стабильностью нашего солнечного времени.

Позже было установлено, что периоды повторения импульсов всех пульсаров очень медленно возрастают. Время удвоения периодов разное: от нескольких тысяч до миллионов и десятков миллионов лет.

Импульсы, генерируемые пульсаром, имеют широкий спектр частот. Чем дальше отстоят частоты в этом спектре, тем больше различие в скорости их распространения в межзвездной среде. При этом низкие частоты запаздывают по отношению к высоким. Измерения дали величину этого запаздывания: оно порядка нескольких секунд. Используя эти данные и зная среднюю плотность электронов в межзвездной среде, можно определить расстояние до пульсаров. Расчеты показали, что эти удивительные источники разбросаны в нашей Галактике. Их расстояния от Солнца лежат в пределах от нескольких сот до тысячи световых лет (по первым предварительным оценкам). Много это или мало? Смотря для кого. Меня всегда поражали астрономы своим удивительным умением забыть начисто наши мизерные земные масштабы и мыслить категориями вселенной. Они могут непринужденно шагать и тащить с собой упирающегося собеседника от галактики к галактике и привести его на самую окраину Метагалактики (если эта окраина принципиально существует).

Переходя оживленную улицу в разгар таких бесед, я сначала опасался за моих спутников-астрономов. Но потом понял, что эти увлеченные люди, переводя свой мозг, на масштабы вселенной, земной масштаб поручили некой своей вспомогательной сфере. И она вполне успешно справляется с земными делами. Так вот, для этих людей расстояние до пульсаров в сотни световых лет выглядит сущей мелочью. Они считают, что пульсары находятся почти рядом с нашей солнечной системой.

Вместе с тем ведь принимаемый в наше время импульс от пульсара, например СР 0834 (расстояние до него оценивается в 360 световых лет), покинул свой источник, когда земляне не ведали ни электротехники, ни радиотехники, ни тем более радиоастрономии. Пока импульс преодолевал расстояние "всего лишь в 360 световых лет", неутомимо создавая колебания в межзвездной среде, обитатели нашей планеты очень многому научились.

Излучение импульсов пульсарами происходит с перерывами. Так, источник СР 1919 на волне 3,5 метра излучает импульсы приблизительно в течение одной минуты, затем следует трехминутная пауза и т. д. На других волнах наблюдается другой характер периодичности.

Делаются попытки отождествить пульсары с видимыми оптическими объектами. Так, пульсар в Крабовидной туманности надежно отождествлен с оптически видимой звездой. Измерениями установлено: в такт с излучаемыми радиоимпульсами меняется и его световое излучение. Звезда периодически мигает!

Перед наукой встала одна из увлекательных задач - дать объяснение открытому явлению. До сих пор ни в оптическом диапазоне, ни в каких-либо других диапазонах астрономы не наблюдали такого импульсного излучения. Следовательно, на обнаруженных телах имеет место некий новый загадочный процесс излучения. На небе открыты сфинксы, к которым прикованы взоры ученых многих стран.

Появилось несколько гипотез, пытающихся дать объяснение явлению.

Рис. 32

Согласно одной из них пульсар - угасающая звезда типа белого карлика, в которой происходят упругие радиальные колебания. Они воздействуют на окружающую карлика плазму и возбуждают в ней мощные импульсные сигналы. В этой модели высокая стабильность периода повторения импульсов хорошо объясняется большой массой колеблющегося тела.

Согласно другой теории излучение (непрерывное) исходит из некоторой области небесного тела, а наблюдаемая периодичность импульсов есть результат вращения этого тела. Модель эта получила название "вращающегося маяка". Удлинение периода пульсаров есть просто результат замедления вращения маяка.

Такими телами могут, например, быть так называемые нейтронные звезды с плотностью вещества много выше, чем у белых карликов. Радиус нейтронных звезд может составлять несколько километров. На позициях этой модели хорошо объясняются предвестники импульсов, которые наблюдаются у всех пульсаров.

Грубая схема объяснения такая. Сквозь окружающую звезду плазму выбрасывается некий материал, который вызывает в ней колебания. При обратном падении этого материала в плазму он снова вызывает возбуждение, но более слабое. Таким образом и создается предвестник для последующего импульса. Заметим в скобках, что существование нейтронных звезд пока обосновано только теоретически. Малые размеры звезды позволяют ей иметь период вращения, равный периоду повторения импульсов пульсара. Белый карлик из-за существенно больших размеров не может принципиально иметь столь малый период вращения.

Надежных математических теорий этих моделей пока не создано.

Сфинксы ждут своих Эдипов!