Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

…Почти в каждой детективной новелле наступает такой момент, когда исследователь собрал все факты, в которых он нуждается…

Эти факты часто кажутся совершенно странными, непоследовательными и в целом не связанными. Однако великий детектив заключает, что в данный момент он не нуждается ни в каких дальнейших розысках и что только чистое мышление приведет его к установлению связи между собранными фактами. Он играет на скрипке или, развалясь в кресле, наслаждается трубкой, как вдруг, о Юпитер, эта самая связь найдена…

А. Эйнштейн

Подойдем к проблеме систематически. Есть сверхновые и есть пульсары. Мы связали их однозначно, но правильно ли это? В системе «пульсары и сверхновые» есть несколько подсистем. Вариант первый: все пульсары рождаются при взрыве сверхновой, и при взрыве каждой сверхновой рождается пульсар. Вариант второй: не все пульсары рождаются при взрывах сверхновых. Вариант третий: не каждый взрыв сверхновой приводит к рождению пульсара. Третий вариант можно в свою очередь разделить на элементы. Один элемент: взрыв сверхновой приводит к образованию не пульсара — нейтронной звезды, а черной дыры. Другой элемент: при взрыве сверхновой звезда разваливается полностью, никакого звездообразного остатка вовсе не образуется. Третий элемент: при взрыве сверхновой нейтронная звезда возникает, но не проявляет себя как пульсар по тем или иным причинам…

Видите, сколько возможностей? А мы все время говорили об одной. В ходе расследования нам нужна была рабочая гипотеза, но сейчас, когда нам скоро предстоит поставить точку, нужно исследовать и другие возможности. Например: образование пульсара без такого катастрофического явления, как взрыв сверхновой. «Тихо», без театральных эффектов.

Казалось бы, в этом рассуждении уже есть ошибка. Мы ведь говорили, что потенциальная гравитационная энергия нейтронной звезды составляет примерно 10⁵³ эрг. Эта энергия должна выделиться при сжатии, при катастрофическом коллапсе звезды. Не может же она исчезнуть! И выделиться эта энергия обязана быстро — ведь процесс катастрофического коллапса продолжается секунды, самое большее минуты.

Все это верно. Но в какой форме эта энергия выделяется — вот вопрос! Мы все время считали, что энергия выделяется в основном в форме лучистой энергии вспышки и кинетической энергии разлета оболочки. Но вспомним — вся эта энергия, с которой связывается взрыв сверхновой, вряд ли больше 10⁵¹ эрг. Это ведь сотая доля той энергии, которая должна в действительности выделиться!

Что же получается? Вспышка сверхновой недостаточна — она не столь энергична, как нужно. Но если она недостаточна, то зачем она вообще нужна? Почти вся энергия — около 99 % — выделяется в неизвестной нам пока форме. Но сказать «почти вся» или «вся» — разница невелика. Вполне могло быть и так, что пульсар образовался, коллапс произошел, а сверхновая не вспыхнула — некая, еще не известная нам причина унесла не почти всю, а полностью всю энергию…

Однако мы ведь видим вспышки сверхновых своими глазами! Правда, из этого следует только то, что какая-то часть (может, большая, а может, и малая, заранее этого не скажешь) нейтронных звезд рождается с грандиозным фейерверком, а другая часть — без внешних эффектов. Энергия куда-то уходит, вот и все.

Куда и как? Обратимся к морфологическому анализу. Давайте перечислим, какие виды энергий существуют в природе, кроме кинетической и лучистой.

Например, гравитационное излучение. Расчеты, однако, показывают, что на гравитационное излучение уходит тоже всего несколько процентов полной потенциальной энергии. Волны тяготения — все равно, что помощь мышонка в вытягивании репки. Правда, вытянул ее именно мышонок, но что бы он делал, если бы бабка да дедка не взяли на себя 99 % труда? Вот нам и нужно найти для нашей задачи таких бабку и дедку…

Тепловая энергия. Энергия тяготения переходит в тепло, а уж тепло… Нет, тепловая энергия тоже не годится. Звезда теряет тепло с поверхности, и это медленный процесс. Продолжается он не секунды месяцы и годы.

Есть еще ядерная энергия, энергия частиц. Как мы увидим, здесь и скрывается решение. Но это — позднее. Оставим на время физический подход и попробуем подойти к проблеме с точки зрения астрофизики. Допустим на минуту, что смерть звезды всегда сопровождается грандиозным фейерверком. Подсчитаем, сколько звезд с массами больше чандрасекаровского предела умирают ежегодно в Галактике. И подсчитаем отдельно, сколько ежегодно возникает в Галактике пульсаров. И если оба числа точно совпадут…