Суперобъекты. Звезды размером с город

Мы можем измерять скорости компактных объектов. В разных ситуациях это делается немного по-разному. Например, мы наблюдаем какой-нибудь радиопульсар. Изучаем его несколько лет. Точно измеряем координаты. И замечаем, что он смещается на небе. Если мы знаем расстояние до пульсара, то по его смещению мы можем определить, с какой скоростью он летит (точнее, так мы можем определить проекцию его скорости на небесную сферу). Сейчас благодаря таким измерениям известны скорости сотен радиопульсаров. Смещение наблюдают не только у радиопульсаров, но и у нейтронных звезд, являющихся рентгеновскими источниками или наблюдающихся в видимых лучах. И здесь мы можем определить скорость движения в проекции на небо.

Сравнение скоростей массивных звезд и радиопульсаров. Последние в среднем имеют скорость примерно в 10 раз выше.

В некоторых случаях мы наблюдаем последствия взаимодействия быстро двигающегося пульсара с межзвездной средой – вокруг него возникает ударная волна и красивая туманность. Это также позволяет измерять скорость. Иногда скорость оценивают, исходя из смещения нейтронной звезды от центра остатка сверхновой, ее породившего. Для этого нужно знать, когда произошел взрыв. Чаще всего для остатков сверхновых удается получить неплохую оценку возраста. Статистически мы можем определять скорости молодых радиопульсаров по их смещению относительно плоскости диска Галактики, где они в основном должны рождаться.

Уже первые измерения начала 70-х годов XX века показали, что пульсары двигаются со скоростями в несколько раз больше скоростей массивных звезд – их прародителей. Значит, пульсары как-то разгоняются. Причем довольно быстро. Обсуждались самые разные способы разгона.

В 90-е годы прошлого века оказалось, что пульсары двигаются еще быстрее. Новое понимание было связано с тем, что научились точнее определять расстояния до этих источников, и выяснилось, что ранее их занижали в среднем раза в два-три, из-за того, что не знали, как распределена в Галактике плотность электронов в межзвездной среде. Дело в том, что радиосигнал, распространяясь в плазме, «расползается». Электромагнитные волны разной частоты имеют разную скорость: ведь это не вакуум! Соответственно, волны разной частоты приходят к нам в разное время. Поэтому, например, максимум импульса пульсара будет регистрироваться в разное время на разных частотах, а если у нас измерения проводятся в широкой полосе частот, то форма импульса пульсара станет шире. Пронаблюдав, как расплылся сигнал, мы можем определить длину пути, если знаем, сколько было электронов на пути радиоволн. Так вот эта величина до середины 1990-х определялась неточно, а потому занижалось расстояние до подавляющего большинства радиопульсаров.

Сейчас мы знаем, что типичные скорости нейтронных звезд – примерно 300 км/с, т. е. в среднем в десять раз больше, чем у звезд, из которых они родились. При этом, поскольку мы имеем дело с крайне типичным явлением, нельзя объяснить все эти скорости только распадами двойных систем, хотя бы потому, что некоторая часть нейтронных звезд рождается из одиночных звезд или звезд в очень широких двойных системах (а там скорости маленькие).

Значит, должен быть какой-то особый механизм разгона, который работает только для нейтронных звезд (и, как выяснилось позже, для черных дыр).

Взрыв сверхновой и скорость

Общие черты механизма были осознаны довольно давно, задолго до 1990-х годов, когда проблема стала еще более насущной. Одним из первых вопрос о разгоне радиопульсаров рассмотрел Иосиф Шкловский в 1970 году, и ключевым словом было «асимметрия» (хотя Леонид Озерной обсуждал асимметрию взрыва еще раньше – в 1964 году, но в приложении к излучению гравитационных волн, а не к скорости нейтронной звезды). Нейтронная звезда рождается в результате взрыва сверхновой. При этом выделяется огромное количество энергии. За доли секунды высвечивается (в основном в виде потока нейтрино) столько энергии, сколько Солнце излучает за всю свою жизнь. Наличие огромного количества энергии хорошо для решения нашей задачи, ведь мы как раз хотим сообщить компактному объекту дополнительную кинетическую энергию. Поясним примером.