Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

По счастью, в 1982 г. был случайно открыт новый, идеальный для этого метода тип пульсара. Дон Бейкер и Шринивас Кулкарни из Калифорнийского университета в Беркли изучали таинственный источник радиоволн в Млечном Пути – 4С21.53. Астрономы никогда не замечали, чтобы этот радиоисточник пульсировал. Но что, если он дает настолько короткие импульсы, что они прежде просто не регистрировались? Бейкер и Кулкарни решили проверить. К их удивлению, 4С21.53 действительно оказался пульсаром с невероятно коротким периодом обращения в 1,5577 мс. Огромный шар из нейтронов примерно на 50 % массивнее Солнца и размером с мегаполис вращался вокруг оси со скоростью около 642 оборотов в секунду.

Бейкер и Кулкарни открыли первый миллисекундный пульсар[95]. По координатам в небе его назвали PSR B1937+21. Он находится не слишком далеко от места, где Джоселин Белл 15 годами ранее обнаружила «пульсар Joy Division», но намного дальше от Земли.

Скоро радиоастрономы нашли другие миллисекундные пульсары. Большинство входят в двойные системы. Очевидно, происходила аккреция – падение газа второй звезды системы на компактную нейтронную звезду. Приток газа подхлестывал вращение нейтронной звезды подобно тому, как вертушка на палочке крутится все быстрее, если на нее дуть. Благодаря чрезвычайно быстрому вращению миллисекундных пульсаров их радиоимпульсы длятся крохотную долю секунды. Более того, они оказались невероятно стабильными.

Один из самых знаменитых миллисекундных пульсаров – PSR В1257+12, расположен в созвездии Девы на расстоянии порядка 2300 св. лет. Его открыл в 1990 г. польский радиоастроном Александр Вольщан при помощи 305-метрового радиотелескопа Аресибо – инструмента, позволившего обнаружить пульсар Халса – Тейлора в 1974 г. Частота импульсов 161 Гц соответствует периоду обращения 6,22 мс – для миллисекундного пульсара это довольно много. Внимание Вольщана привлекло нечто другое – неидеально точная периодичность пульсаций[96].

В 1992 г. Вольщан вместе с американским коллегой Дейлом Фрейлом предложил ошеломляющее объяснение: два маленьких объекта обращаются вокруг пульсара с периодом 66,54 и 98,21 дня, вследствие чего пульсар периодически рыскает. Благодаря эффекту Доплера эти крошечные смещения сказываются на времени прибытия импульсов. По результатам измерения времени Вольщан и Фрейл рассчитали массы спутников пульсара, оказавшихся в 4,3 и в 3,9 раза тяжелее Земли. Впервые в истории астрономы открыли планеты, вращающиеся не вокруг Солнца.

Через два года анализ данных позволил обнаружить третью планету массой в два раза больше, чем у Луны, и с орбитальным периодом 25,26 дня. В декабре 2015 г. Международный астрономический союз присвоил трем планетам имена фантастических существ: Драугр, Полтергейст и Фобетор. Выбор продиктован тем, что три маленьких небесных тела обращаются вокруг бренных останков звезды, ставшей сверхновой. Планеты, возможно, сформировались из остаточного вещества сверхновой, образовавшей пульсар. (Первая планета на орбите звезды, более-менее похожей на Солнце, была открыта только в 1995 г.)

Важно, что эти планеты не удалось бы обнаружить, если бы PSR В1257+12 не был миллисекундным пульсаром. Быстрое вращение вокруг своей оси, точность хронометра и чрезвычайно короткие импульсы обеспечили идеальный тайминг, без которого невозможно выявлять и изучать тонкие различия частоты импульсов.

За последние десятилетия в Млечном Пути было открыто почти 150 миллисекундных пульсаров. Многие входят в шаровые звездные скопления – гигантские сферические объединения сотен тысяч звезд. Это неслучайно: в плотно заполненных ядрах шаровых скоплений у пульсаров выше вероятность оказаться в составе двойной системы и получить ускорение от второй звезды. Например, в большом шаровом скоплении 47 Тукана находится по меньшей мере 22 миллисекундных пульсара. Другое скопление, Terzan 5, содержит не менее 33 быстровращающихся «звездных зомби».

Один миллисекундный пульсар в скоплении Terzan 5 называется PSR J1748–2446ad. Он был открыт в 2005 г. канадским астрономом голландского происхождения Джейсоном Хесселем. Период обращения 1,396 мс делает его самым быстрым из известных на сегодняшний день. Он совершает 716 оборотов в секунду – больше, чем ваш кухонный блендер. Угловая скорость экватора пульсара составляет почти 25 % скорости света.

К концу 1980-х гг. стало очевидно, что миллисекундные пульсары – идеальные галактические зонды для обнаружения чрезвычайно низкочастотных волн Эйнштейна. Это было задолго до начала строительства LIGO. Некоторые астрономы, изучавшие пульсары, считали, что смогут добиться прямой регистрации гравитационных волн раньше специалистов по лазерной интерферометрии.