Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

LOFAR уникален, поскольку дает возможность регистрировать очень низкие частоты радиоволн от 10 до 240 МГц, перекрывая FM-диапазон – полосу частот от 87,5 до 108 МГц. Прежде чем попасть на компьютеры таких исследователей, как Тан, сигналы LOFAR в реальном времени обрабатываются суперкомпьютером Нидерландского института радиоастрономии в Гронингенском университете. Данные, полученные этой обсерваторией, сильно отличаются от данных других радиотелескопов: обычно на приемное устройство направляются радиосигналы, собранные с определенного участка неба, тогда как LOFAR объединяет сигналы тысяч антенн, расположенных в разных странах, и использует так называемый интерферометрический метод. Это значит, что все антенны работают как один гигантский виртуальный телескоп, эквивалентная собирающая поверхность которого составляет около 300 тысяч квадратных метров. Именно так работает и антенная система из параболических отражателей, но у LOFAR нет подвижных частей. В любой момент каждая его антенна “видит” все небо, а чтобы “направить” LOFAR на определенный участок неба, суперкомпьютер вычисляет разницу во времени поступления радиосигнала, идущего с этого участка, на разные антенны. Затем все сигналы синхронизируются с учетом поправки на эту разницу во времени, что позволяет представить информацию в виде карты неба³. “Возможность направить радиотелескоп сразу в сотни разных мест бывает очень полезна – можно наблюдать одновременно большой участок неба”, – рассказал мне Тан перед этой поездкой.

Очень низкие частоты, которые способен регистрировать LOFAR, долгое время оставались недоступны для обсерваторий с одним отражателем. Это объясняется тем, что радиоволны очень длинные, а чем частота ниже, тем длиннее волна: частота 10 МГц соответствует длине волны, равной тридцати метрам. Именно поэтому хорошо, если собирающая поверхность очень велика, – это позволяет добиться высокого разрешения. Радиоинтерферометр LOFAR существенно расширил возможность наблюдать источники излучения во всем диапазоне радиочастот. К настоящему времени этот радиотелескоп уже обнаружил около сотни новых пульсаров⁴.

Оглянувшись, я увидела, что мы стоим на круглом “острове” примерно в триста двадцать метров в диаметре, а вокруг вьется ручей с утками и лебедями. Это Супертерп – сердцевина ядра LOFAR, где разместились шесть приемных станций. На местном голландском диалекте “терп” означает приподнятый участок, обеспечивающий защиту там, где часто бывают наводнения. Действительно, когда кругом вода, становится понятно, что такие участки необходимы. С высоты, на снимках, которые я потом рассматривала, Супертерп выглядит как отпечаток летающей тарелки пришельцев. Все станции внутри круга состоят из двух плоских конструкций, а каждая из конструкций – из двадцати четырех покрытых черным брезентом плиток площадью пять квадратных метров каждая. Фрэнк осторожно приподнимает брезент с угла одной из плиток, и я вижу белую рамку из пенополистирола. Брезент укрывает чувствительные антенны типа “галстук-бабочка”, образующие структуру, напоминающую пчелиные соты. Такая конфигурация позволяет каждой антенне “видеть” все небо сразу и направлять радиотелескоп в разные места одновременно. Еще один гусь пролетел мимо меня, начал накрапывать дождь. Мы осторожно накрываем антенну и идем обратно к машине. Я чувствую одновременно и благоговейный трепет, и разочарование: этот невзрачный радиотелескоп выглядит невероятно скучно, но именно он обнаружил самый медленный из всех известных пульсаров.

Пульсар, обнаруженный Чиа Мин Таном, не всегда был медленным. Образовавшийся после взрыва сверхновой пульсар сначала был молодым и энергичным и вращался гораздо быстрее. Дело в том, что коллапс ядра его материнской звезды, при котором происходит слияние протонов и электронов с образованием нейтронов, останавливается, только если давление нейтронов, невероятно сильно сжатых в крошечном объеме, уравновешивает грандиозную собственную силу тяжести ядра. Такая новорожденная нейтронная звезда, наследуя вращение от исходной звезды, крутится как сумасшедшая. Все звезды вращаются. Наше Солнце не исключение – каждые тридцать дней оно совершает оборот вокруг своей оси. Но когда массивная звезда на закате своих дней быстро сжимается во время гравитационного коллапса, скорость ее вращения резко увеличивается. Это похоже на увеличение скорости вращения фигуристки, которая внезапно прижимает к телу разведенные в стороны руки. Другими словами, звезда передает свой угловой момент сжимающемуся ядру, что обеспечивает ему огромный рост скорости вращения.