Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Помимо навигации в межзвездных путешествиях, метод хронометрирования массива пульсаров может помочь пролить свет и на загадочное явление, которое астрономы пытаются понять на протяжении десятилетий. Ученые знают, что в центре большинства галактик скрываются сверхмассивные черные дыры с массой, в миллионы или даже миллиарды раз превышающей массу Солнца. Например, масса черной дыры в центре Млечного Пути составляет около четырех миллионов солнечных масс.

Астрономы считают, что, когда галактики сталкиваются, их черные дыры сливаются и в этот момент посылают в космос гравитационные волны. Однако детекторы LIGO и Virgo на Земле не смогут обнаружить эти волны, потому что они слишком длинные и у них слишком слабая интенсивность, чтобы их мог уловить наземный детектор. И с 1980-х годов астрономы начали использовать массив пульсаров для обнаружения такой ряби в пространстве-времени, пытаясь превратить эти нейтронные звезды в естественные детекторы гравитационных волн галактического масштаба, особенно чувствительные к системам черных дыр с массами от ста миллионов до десяти миллиардов солнечных.

Если ученые когда-нибудь обнаружат такие волны, они смогут проверить общую теорию относительности Альберта Эйнштейна во вселенских масштабах и подтвердить существование двойных систем сверхмассивных черных дыр. Такое наблюдение может также рассказать нам больше о загадочных обитателях сильно заселенного галактического центра. Метод хронометрирования массива пульсаров, вероятно, поможет нам раскрыть и другие секреты объектов, которые могут быть ответственны, хотя бы частично, за образование сверхмассивных черных дыр, то есть секреты нейтронных звезд. Действительно, когда массивная звезда умирает, она либо сразу же коллапсирует в черную дыру звездной массы, либо сначала образует нейтронную звезду, а позже, когда две нейтронные звезды сталкиваются, обычно рождается черная дыра. Одна из гипотез состоит в том, что после многих слияний таких черных дыр звездной массы в конечном итоге образуется сверхмассивный монстр².

Чтобы попытаться представить себе этих галактических монстров, давайте отложим ненадолго хронометрирование пульсаров и совершим путешествие на край света.

Антарктический снег ослепляет, и с расстояния в несколько сотен метров десятиметровая тарелка радиоантенны выглядит крошечной и такой белой, что почти сливается с безжизненным, обледенелым Полярным плато. Это телескоп SPT (South Pole Telescope, “телескоп Южного полюса”), и его задача – обнаруживать приходящие из космоса короткие миллиметровые и субмиллиметровые электромагнитные волны. Хотя телескоп изначально был построен для поисков слабых следов самого древнего света во Вселенной, оставшегося со времен Большого взрыва, – космического микроволнового фонового излучения, – в последнее время он стал частью другого фантастического проекта. В совокупности с другими антеннами, разбросанными по всему земному шару, телескоп SPT является частью “виртуальной радиотарелки” размером с Землю – телескопа EHT (Event Horizon Telescope, “телескоп горизонта событий”). Именно этот гигантский виртуальный инструмент позволил ученым познакомиться с колоссальной сверхмассивной черной дырой в центре соседней галактики и впервые заснять ее³.

Всего за три месяца до того, как 10 апреля 2019 года изображение стало общедоступным, Дэн Марроне, астрофизик-экспериментатор из Университета Аризоны, вышел из двухэтажного здания американской станции “Амундсен-Скотт”, на которой живут одновременно около ста пятидесяти человек. Станция находится в Антарктиде непосредственно на Южном полюсе, а ее обитатели живут там по несколько недель, работая вахтовым методом. Тем ветреным утром в конце января Марроне попытался добраться до телескопа SPT и не заблудиться. К счастью, в январе здесь солнце никогда не заходит за горизонт, потому что в Южном полушарии январь приходится на середину лета. Тем не менее при температуре около -29 градусов Цельсия ветер был таким сильным, что закручивал снежные вихри по всему Полярному плато. Марроне медленно шел по белому безмолвному плоскогорью, под которым находился почти трехкилометровый слой льда. Чтобы не заблудиться (летом это просто опасно, а зимой – смертельно опасно), он шел по флажкам, установленным на всем пути к тарелке. “Зимой там становится намного опаснее, – говорит он, когда мы с ним встречаемся уже в Тусоне, штат Аризона. – Температура может опускаться и до -73 градусов Цельсия, видимость падает практически до нулевой, а освещения никакого нет. Думаю, это может быть довольно страшно. Но я, к счастью, бывал там летом, и мне никогда не приходилось сталкиваться с подобным”.