Dokładnie pół wieku temu astronomowie złapali dziwny sygnał, który początkowo mylono z wiadomościami od kosmitów. Jak pulsary przestraszyły naukowców i czym stały się dla astronomów 50 lat później, powiedział czołowy badacz Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, doktor nauk fizycznych i matematycznych, astrofizyk Siergiej Popow.
- Siergiej, dokładnie 50 lat temu radioastronomowie w Cambridge po raz pierwszy odkryli pulsar radiowy. Jak to się stało?- Był rok 1967, cała Wielka Brytania przygotowywała się do 50. rocznicy Wielkiego Października, Pink Floyd wydali swój pierwszy album, The Beatles nagrał Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band, jeśli się nie mylę. Jocelyn Bell, jako doktorantka, otrzymywała codziennie 30 metrów papieru, na którym zapisywane były dane sygnałów radiowych za pomocą sękatej dłoni rejestratora. I pracowała z nimi. Powoli zaczęła zauważać dziwny sygnał, który wielokrotnie dochodzi z tego samego obszaru nieba. Zobaczyła, że sygnał przychodzi co 23 godziny i 56 minut, czyli na okres obrotu Ziemi względem gwiazd. Pierwszy taki sygnał na nagraniach fletu prostego, odnotowany przez nią, dotyczy 6 sierpnia. Ale zidentyfikowali to wszystko później. Następnie zgłosiła to liderowi, Anthony'emu Hewishowi, i mieli wiele wątpliwości, jak prawdziwy był ten sygnał. Zdecydowano się przetestować ten sygnał i 28 listopada ich weryfikacja zakończyła się sukcesem. Co więcej, w tym momencie zdali sobie sprawę, że ten sygnał przychodzi z okresem 1,33 sekundy. Następnie trzeba było odrzucić kilka różnych opcji, w tym kosmitów. Nigdy nie dowiemy się, jak poważnie, który z nich potraktował tę wersję - taki był czas, poszerzała się świadomość wszystkich. Tuż przed Bożym Narodzeniem, wyjeżdżając na święta, Jocelyn odkryła drugie źródło. Jocelyn odkryła drugie źródło. Jocelyn odkryła drugie źródło.
I nie spieszyli się, aby poinformować świat o odkryciu?
- Istniała bardzo poważna możliwość, że ten sygnał jest sztuczny, dlatego Hewish wpadł na pomysł, że jeśli sygnał pochodzi z pewnej planety, a planeta obraca się wokół swojej gwiazdy, zauważalne będzie dość silne przesunięcie dopplerowskie sygnału. Celowo zbadali tę opcję i odrzucili ją, to znaczy zdali sobie sprawę, że źródło nie znajduje się na obiekcie, który okresowo porusza się wokół gwiazdy. Cóż, potem opublikowali artykuł w Nature, gdzie, zgodnie z ówczesną tradycją i nakazami, Huish był pierwszym autorem, a Bell drugim.
Potem była wielka dyskusja na temat natury obiektu i niecałe siedem lat później, dość szybko, przyznano za to Nagrodę Nobla.
I nie obyło się bez skandalu - Bell pozostał bez nagrody
- Tak, Frel Hoyle napisał list do gazety i opowiedział o tym, że to, co zrobiła, wcale nie było przypadkowe i to ona zauważyła, że sygnał pochodzi z jednej części nieba z różnicą w gwiezdnych dniach. Odbyła się dyskusja na ten temat, a sama Jocelyn napisała później, że nie była urażona i nie miała żadnych skarg. Przynajmniej możemy powiedzieć, że nikt specjalnie nikogo tam nie pchał ani nie pchał.
Dziwny obiekt okazał się gwiazdą neutronową, ale tak było, gdy wcześniej przewidywano ich istnienie?
Film promocyjny:
- Tak, gwiazdy neutronowe przewidywały od lat trzydziestych XX wieku. Na początku, jeszcze przed odkryciem neutronów, Landau przedstawił abstrakcyjną teoretyczną prognozę, że mogą istnieć supergęste gwiazdy o gęstości przypominającej jądro atomowe. Następnie, w 1934 roku, kiedy neutron został odkryty, pojawił się artykuł Baade'a i Zwicky'ego, w którym prawidłowo przewidziano, że gwiazdy neutronowe mogą składać się głównie z neutronów i że powstają w wybuchach supernowych. Wskazali ważne kluczowe parametry. Następnie, w taki czy inny sposób, istnienie gwiazd neutronowych pojawiło się wśród teoretyków, gdzieś w połowie lat 60. zaczęli szczegółowo modelować chłodzenie tych źródeł. Ogólnie rzecz biorąc, w 67. roku, Franco Pacini napisał artykuł, w którym prawie przewidziano promieniowanie pulsara.
Tak więc, wraz z odkryciem w 1967 roku, cała klasa nowych obiektów o masach gwiazdowych wielkości dużego miasta stała się znana nauce. Jakie są ich typy?
- Rzeczywiście, istnieje wiele różnych gwiazd neutronowych. Ale to głównie osiągnięcie ostatnich lat. Początkowo sądzono, że wszystkie młode gwiazdy neutronowe są podobne do pulsara w Mgławicy Krab. I możemy zobaczyć stare gwiazdy neutronowe w układach podwójnych, jeśli materia płynie po nich z gwiazdy towarzyszącej. A potem okazało się, że młode gwiazdy neutronowe mogą objawiać się w bardzo różnorodny sposób. Najbardziej znanym rodzajem źródeł są prawdopodobnie magnetary.
Magnetary można uznać za jedno z najjaśniejszych odkryć rosyjsko-sowieckiej astronomii - błyskające obiekty, osiągające maksimum absolutnie fantastycznej mocy promieniowania, ponad 10 miliardów jasności Słońca.
Z drugiej strony wciąż istnieją młode gwiazdy neutronowe. Ale są zupełnie inne od pulsarów, tj. nie manifestują się jako pulsary. Są to np. Chłodzące gwiazdy neutronowe w otoczeniu Słońca, tzw. Wspaniała siódemka. Istnieją źródła w pozostałościach po supernowych. Jest to bardzo piękne, gdy w samym środku pozostałości widzimy małe punktowe źródło promieniowania rentgenowskiego, które nie wykazuje żadnej aktywności. Jest to młoda gwiazda neutronowa i widzimy promieniowanie z jej gorącej powierzchni. Istnieją również różne ciekawe warianty pulsarów, na przykład wirujące transjenty radiowe - obiekty, które dają impuls nie przy każdym obrocie.
Jaką rolę zaczęły odgrywać pulsary w astronomii i zastosowanych problemach?
- Ogólnie rzecz biorąc, wszyscy naukowcy byli oszołomieni stabilnością rotacji pulsarów, więc pulsar działa jak bardzo dokładny zegar.
A to stanowi doskonałą okazję do przetestowania ogólnej teorii względności. Drugą Nagrodę Nobla w dziedzinie gwiazd neutronowych przyznano w rzeczywistości za sprawdzenie ogólnej teorii względności dla tych obiektów (w szczególności pośrednio potwierdzono istnienie fal grawitacyjnych).
Substancja w głębinach gwiazd neutronowych jest w stanie supergęstym - takim, którego nie możemy otrzymać w laboratoriach na Ziemi. I to jest interesujące dla fizyków. Na ich powierzchni występuje bardzo silne pole magnetyczne, którego również nie da się uzyskać w laboratorium. Pulsary czasami wykazują zmiany okresu, które gwałtownie się zmieniają. Pierwszy pomysł był taki, że jest to spowodowane pęknięciem skórki. Ale w rzeczywistości wydaje się, że nadal nie są to uskoki skorupy ziemskiej, ale jest jeszcze bardziej interesujący efekt związany z faktem, że w skorupie znajdują się wiry nadciekłych neutronów. A kiedy system tych wirów zostanie odbudowany, następuje awaria okresu - gwiazda gwałtownie przyspiesza swój obrót.
I, jak mówią, pulsary mają narodowe znaczenie gospodarcze.
Przez długi czas uważano, że najważniejsza jest ich stabilność rotacyjna. Dlatego bardzo poważnie opracowano precyzyjne standardy czasu oparte na pulsarach radiowych.
A to, że dziś nie zostały one wdrożone, wynika tylko z tego, że jest też bardzo poważny postęp w dziedzinie tworzenia zegarów atomowych. Tak więc gwiazdy neutronowe nie były tutaj przydatne, ale były potrzebne do rozwiązania innego problemu.
W badaniach kosmicznych występuje problem autonomicznej nawigacji satelitów. Jeśli mamy statek kosmiczny lecący gdzieś pomiędzy Jowiszami a Saturnem, to najlepiej byłoby, gdyby musiał sam zdecydować, gdzie i kiedy włączyć silnik, aby skorygować orbitę. Aby to zrobić, musi znać swoją prędkość i lokalizację. Teraz jest to rozwiązywane poprzez stały kontakt z Ziemią. Ale to jest złe. Po pierwsze dlatego, że sygnał może przesuwać się tam iz powrotem przez kilka godzin, a po drugie trzeba zasilić znajdujący się na pokładzie potężny nadajnik radiowy. Byłoby wspaniale, gdyby satelita mógł sam o tym decydować. A pulsary to idealne rozwiązanie. Ponieważ dają stabilne impulsy.
Satelita porusza się względem środka masy Układu Słonecznego. Odpowiednio, Jeśli obliczymy czasy nadejścia impulsów do środka bariery, to na podstawie opóźnienia w zmierzonym czasie przybycia możemy wyznaczyć współrzędne satelity w Układzie Słonecznym.
Jeśli satelita się porusza, pojawia się efekt Dopplera. Jeśli porusza się w kierunku pulsara, zwiększa się częstotliwość nadejścia impulsów. Jeśli w przeciwnym kierunku, maleje. Jeśli zaobserwuje się kilka takich pulsarów, wówczas można dokładnie określić trójwymiarowe położenie i prędkość aparatu. Obecnie postęp technologiczny sprawił, że detektory rentgenowskie są dość tanie, lekkie i energooszczędne. I już leci pierwszy chiński satelita z prototypem takiego systemu nawigacyjnego. A drugi prototyp jest obecnie testowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Istnieje amerykańskie urządzenie NICER, w ramach jego użytkowania przeprowadzany jest eksperyment SEXTANT, w którym testowany jest system nawigacji rentgenowskiej. Najprawdopodobniej stacje międzyplanetarne nowej generacji będą już kierowane przez pulsary.
Pavel Kotlyar