Черная дыра
Литературный журнал


    ГЛАВНАЯ

    АРХИВ

    АВТОРЫ

    ПРИЛОЖЕНИЯ

    РЕДАКЦИЯ

    КАБИНЕТ

    СТРАТЕГИЯ

    ПРАВИЛА

    УГОЛЕК

    КОНКУРСЫ

    FAQ

    ЖЖ

    РАССЫЛКА

    ПРИЯТЕЛИ

    КОНТАКТЫ

Павел  Амнуэль

Далекие маяки Вселенной

    В популярной телепередаче "Кто хочет стать миллионером?" участники, отвечая на вопрос ведущего, должны выбрать правильный ответ среди четырех. Вопросы бывают разными: легкими, трудными, провокационными и смешными. А участники… Участники, скажем так, тоже бывают всякими. Недавно в Интернете можно было поглядеть, как на Французском телевидении интеллигентного вида мужчина мучительно раздумывал, пытаясь ответить на вопрос: "Какое небесное тело является спутником Земли?". Четыре варианта: "Луна, Солнце, Венера, Марс". Не спрашиваю у читателей "Окон", как бы ответили они. Француз же ответа не знал и обратился к аудитории, которая выдала: "40 процентов, что это Луна, и 60 – что это Солнце". Участник с аудиторией согласился, и через четыре с половиной столетия после смерти Коперника на весь мир было с уверенностью заявлено, что Солнце вращается вокруг Земли.
     Хочу задать более сложный вопрос: "Какие небесные тела были открыты 40 лет назад английским радиоастрономом Энтони Хьюишем?". Варианты ответов: "Черные дыры, радиогалактики, пульсары, квазары". Кстати, все эти объекты были действительно открыты именно в шестидесятые-семидесятые годы прошлого века, такое уж это было замечательное время для астрофизиков.
     Но все-таки: именно 40 лет назад, в августе 1967 года…
     Совершенно верно. Конечно, речь идет о пульсарах. Подумать только, всего 40 лет назад никто не подозревал о существовании самых, пожалуй, популярных в наше время небесных тел!
     Прекрасно помню то лето: в 1967 году я окончил университет, получил направление на работу в Шемахинскую астрофизическую обсерваторию, и мы с моим научным руководителем Октаем Гусейновым, молодым тогда аспирантом академика Якова Борисовича Зельдовича, раздумывали над очень сложным вопросом: как обнаружить на небе нейтронные звезды? Проблема выглядела неразрешимой. Действительно: теоретики в то время уже знали, что, когда обычная звезда заканчивает жизненный путь, ядро ее сжимается, и образуется (в зависимости от массы) или белый карлик, или нейтронная звезда, или, коллапсар (обозначение «черная дыра» тогда еще вошло в обиход). Размер нейтронной звезды – всего-то десять-двадцать километров (меньше размеров Тель-Авива), и это при массе, вдвое превышающей массу Солнца!
     На небе должны быть нейтронные звезды, в этом мы были уверены. Но как их обнаружить? Сами они не светят – ведь "шарик" десятикилометрового радиуса, даже если он нагрет до тысяч градусов, как Солнце, излучает так мало, что его не разглядеть и на расстоянии ближайшей звезды. А если звезда не светит, то ее увидеть невозможно, верно?
     В общем, сидели мы с шефом, ломали головы – не может же так быть, чтобы самые странные и интересные звезды, давно предсказанные теоретиками (еще в тридцатые годы о таких звездах писали Лев Ландау, Роберт Оппенгеймер, Фриц Цвикки), невозможно было обнаружить!
     Мы задали себе вопрос: что происходит, если на нейтронную звезду падает из межзвездного пространства вещество? Если такая звезда попадает в облако межзвездного газа, то частицы газа начинают падать на звезду, приобретая колоссальную скорость. Масса нейтронной звезды в сотни тысяч раз больше земной, соответственно больше и притяжение этой звезды и скорость свободного падения на нее – эта скорость равна почти половине скорости света! У поверхности нейтронной звезды частички газа резко останавливаются – вся их кинетическая энергия превращается в тепло, в свет. Ну, а если нейтронная звезда обладает магнитным полем? Тогда падающие электроны и протоны будут отклоняться в этом поле, теряя в результате часть энергии еще в пути.
     Из наших расчетов следовало, что около такой звезды должно возникать рентгеновское излучение. Поразмыслив, мы приписали в конце статьи: "Излучение может быть переменным с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды".
     Нейтронные звезды маленькие, их оборот вокруг своей оси занимает мало времени. Легко было прийти к выводу, что излучение должно меняться: а) быстро и б) строго "по часам". Нетрудно было догадаться поискать, нет ли в природе явлений, соответствующих расчетам. Мы этого не сделали.
     Так, увы, нам не удалось предсказать открытие рентгеновского пульсара.
     Кроме того, мы не задумались: будет ли возникать излучение в каком-нибудь другом диапазоне, кроме рентгеновского? Скажем, в оптическом или радио. А два года спустя, когда природа пульсаров стала популярной темой научных споров, простой расчет показал: конечно же, радиоизлучение возможно.
     Так мы с шефом не предсказали пульсары.
     Как потом оказалось, первый пульсар был открыт именно в то лето. В те дни в Англии, в Кембридже, Энтони Хьюиш проводил тестовые испытания своего нового радиотелескопа.
     Однако история открытия пульсаров началась гораздо раньше.
    
     * * *
     Английский радиоастроном Э. Хьюиш в 1948 году заинтересовался проблемой распространения радиоволн в прозрачной неоднородной среде. Это очень интересная и важная для астрофизики проблема.
     Почему мерцают обычные звезды? Проходя сквозь толщу земной атмосферы, свет встречает на своем пути неоднородности воздушного океана – разрежения и уплотнения, вызванные движениями воздуха. Из-за этого свет рассеивается, и нам представляется, что звезды становятся то ярче, то слабее – мерцают. В 1948 году набирала силы радиоастрономия, были открыты радиозвезды – точечные, подобные обычным звездам, источники радиоизлучения. Радиоволны, как и видимый свет, проходят сквозь неспокойную земную атмосферу. Следовательно, радиозвезды тоже должны мерцать. Разница в том, что мерцания радиозвезд вызываются неоднородностями иного размера, расположенными на иной высоте. Э. Хьюиш и занялся исследованием радиомерцаний. Эта работа поглотила двадцать лет его жизни.
     Э. Хьюиш был первым, кто сказал: радиозвезды мерцают не только потому, что радиоволны рассеиваются в земной атмосфере. Они мерцают еще и потому, что радиоволны проходят сквозь межпланетное пространство. Ведь оно вовсе не пусто – оно заполнено плазмой солнечного ветра, и неоднородности в этой разреженной плазме тоже способны вызвать колебания яркости далеких радиоисточников.
     Эта гипотеза была подтверждена в 1964 году, а год спустя Хьюиш начал проектировать для Кембриджской обсерватории новый радиотелескоп с площадью антенн 18 тысяч квадратных метров. Мерцания радиоисточников заметнее всего на длинных волнах – чем короче длина волны, тем слабее мерцания. Поэтому Хьюиш выбрал для наблюдений довольно длинную волну 3,7 метра. Радиотелескоп он сконструировал сам. Сам же и построил – с помощью своих сотрудников и аспирантки Джоселин Белл. Телескоп был не из самых крупных, к тому же, кустарно сделанный. Достоинством, выделявшим этот инструмент среди других, было то, что с помощью нового радиотелескопа можно было регистрировать изменения сигнала, продолжавшиеся всего лишь десятые доли секунды. Никакие другие радиотелескопы того времени не были на это способны.
     А теперь слово самому Э. Хьюишу, рассказавшему о своем открытии в Нобелевской лекции 1975 года.
     "Радиотелескоп закончен был и испытан к июлю 1967 года, и нами был немедленно начат обзор неба… Фактически мы наблюдали всю доступную область неба с интервалом в одну неделю. Для обеспечения непрерывного контроля данного обзора мы решили наносить на карту неба положения (сразу же после анализа каждой записи) мерцающих радиоисточников и добавлять к ним точки, когда наблюдения повторялись через неделю. Таким образом, истинные точки можно было отличать от электрических помех, поскольку последние вряд ли могли повторяться на одних и тех же небесных координатах. Надо отдать должное Белл, которая смогла справиться с потоком бумаги от четырех самописцев.
     Однажды, где-то в середине августа 1967 года, Джоселин показала мне запись флуктуирующего сигнала, который мог быть слабым источником, мерцающим, когда наблюдался в противоположном к Солнцу направлении. Это было необычно, так как сильное мерцание редко происходило в этом направлении, и мы сначала подумали, что принятый сигнал является электрической помехой. К концу сентября записи проводимого обзора показали, что источник детектировался несколько раз, хотя он и отсутствовал иногда, и я стал подозревать, что мы обнаружили вспыхивающую звезду, может быть, типа карлика класса М, которые в то время исследовал Ловелл. Однако положение источника все же менялось по прямому восхождению вплоть до 90о, и это было необъяснимой загадкой. Мы установили высокоскоростной самописец, чтобы изучить природу флуктуирующих сигналов, но не достигли успеха, так как интенсивность источника упала ниже нашего предела детектирования. В течение октября этот самописец использовался для заранее запланированных наблюдений другого источника (3С 273) в целях проверки некоторых аспектов теории мерцаний, и лишь 28 ноября мы получили первое доказательство, что наш загадочный источник излучает регулярные импульсы с интервалом чуть больше одной секунды. Я не мог поверить, что какой-нибудь естественный источник способен излучать таким образом, и сразу же обратился к астрономам других обсерваторий с вопросом, не экспериментируют ли они с приборами, могущими создавать электрические помехи во вполне определенное звездное время около 19 часов 19 минут.
     В начале декабря интенсивность источника увеличилась, и его импульсы стали отчетливо выделяться над шумовым фоном… Все еще будучи скептически настроенным, я подготовил устройство, которое через каждую секунду отмечало точное время, используя сигналы службы времени (MSF Rugby Time Service), и с 11 декабря были начаты ежедневные наблюдения. К моему удивлению, в пределах ошибки наблюдения 0,1 секунды сравнение записи сигналов с регулярным графиком показало, что пульсирующий источник дает сигналы с точностью, превышающей миллионную долю секунды.
     Не видя никаких разумных "земных" объяснений для этих радиоимпульсов, мы стали предполагать, что их может генерировать лишь какой-нибудь источник, находящийся далеко за пределами Солнечной системы, а кратковременность каждого импульса заставляла думать, что источник по своим размерам не может быть больше небольшой планеты. Мы допускали вероятность того, что сигналы могли действительно генерироваться на планете, обращающейся около далекой звезды, и что они могли быть искусственными по происхождению. Я знал, что измерения времени, если их выполнять несколько недель, выявят любое орбитальное движение источника вследствие Допплер-эффекта, и, следовательно, до окончания таких измерений я должен был хранить полнейшее молчание по поводу нашего открытия. Эти недели в декабре 1967 года были самыми волнующими в моей жизни".
     Так вспоминал об открытии первого пульсара Энтони Хьюиш, получивший за свое достижение Нобелевскую премию по физике за 1975 год. А вот что рассказывал советский физик, академик Виталий Лазаревич Гинзбург:
     "…Необычность состоит в том, что открытие несколько месяцев хранилось в тайне.
     Велись наблюдения, обрабатывались материалы, но об этом знали лишь сотрудники одной лаборатории, а даже ближайшие "соседи" – астрономы и физики в том же старинном университетском городе Кембридже об обнаружении пульсаров и не подозревали. К числу таких жертв "секретности" принадлежу и я, так как находился в Кембридже как раз в этот период (с начала ноября 1967 г. по конец января 1968 г.). Должен признаться, что вначале мне подобная скрытность людей, которым я докладывал свои собственные результаты, с которыми мы обсуждали много научных вопросов, показалась обидной и странной. Но вскоре эти чувства прошли без остатка. Секретничание действительно было бы оскорбительным, если бы относилось к отдельным лицам, в частности, ко мне – гостю из другой страны. Но в том-то и дело, что результаты не сообщались никому из посторонних, и главное, как я уверен, скрывая свою работу, ее авторы руководствовались вполне достойными соображениями. Они хотели спокойно и обстоятельно провести наблюдения, сообщить надежные данные, а не поспешить с сенсационным сообщением (к тому же, вначале допускалось, что речь идет о приеме сигналов от внеземной цивилизации). При этом авторы рисковали – могло случиться, что пульсары обнаружит кто-либо другой и сообщит об этом раньше их. Нужна большая выдержка, как я думаю, характерная для всего стиля, царящего в знаменитом центре английской науки, чтобы в течение месяцев не сообщить о пульсарах. Кстати сказать, последующее развитие событий показало, сколь справедливо Э. Хьюиш и его коллеги (и, видимо, руководитель радиоастрономической обсерватории в Кембридже М. Райль) опасались, что опубликование сообщения о существовании пульсаров совершенно изменит весь характер их работы".
    
     * * *
     Импульс излучения первого пульсара продолжался всего 0,016 секунды – за это время свет пробегает около 5 тысяч километров. Значит, таковы максимальные размеры объекта, посылающего сигнал! Это размеры планеты, размеры Земли. Значит, излучает какая-то планета? Никто никогда не регистрировал никаких периодических сигналов от планет Солнечной системы. Может, излучает не сама планета, а некто на планете? Или нечто? Правда, был еще один вариант. Есть звезды размером с планету – это белые карлики. Или звезды, еще меньшие по размерам, – нейтронные. Может, это они и излучают? Но в такое было еще труднее поверить, чем в сигналы внеземной цивилизации. Ведь импульсы излучения пульсара повторялись через каждые 1,3373011017 секунды. Попробуйте найти даже среди точных часов, созданных разумом человека, часы с такой стабильностью хода! И еще труднее допустить, что такие часы существуют в «естественном» состоянии. Вероятно, для этого нужно было еще большее воображение, чем для предположения о внеземном разуме.
     Даже после того, как в декабре 1967 года Джоселин Белл обнаружила еще три пульсара (пришлось исследовать больше пяти километров регистрограмм!), предположение о внеземных цивилизациях отпало не сразу. Даже названия у первых четырех пульсаров были такими: LGM 1, 2, 3 и 4, что было сокращением слов Little Green Men (маленькие зеленые человечки). Таким термином часто обозначали пришельцев из космоса – жителей других миров.
     Редчайший случай в истории науки: ученый нарушил принцип "презумпции естественности"! Этот принцип ввел советский астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский: всякое явление природы считается естественным, пока не будет совершенно надежно доказано обратное. Ученые неукоснительно следуют принципу презумпции естественности. Они отступили от этого правила, когда обнаружились аномалии в движении спутников Марса. Но наблюдения оказались ошибочными, презумпция естественности восторжествовала. И во второй раз было совершено отступление от этого принципа, когда Хьюиш и Белл открыли первый пульсар. Сначала они исследовали возможность искусственного происхождения сигналов и лишь потом обратились к естественным причинам. Уже одно это говорит, насколько сильным было в середине шестидесятых годов прошлого века убеждение в том, что нейтронные звезды невозможно обнаружить.
     И все же факты заставили Хьюиша отказаться от идеи о внеземном разуме. Если излучение идет с планеты, обращающейся около звезды, это легко доказать. Представим, что источник обращается около звезды, то приближаясь к нам (половину периода), то удаляясь (другую половину периода). Когда источник приближается, импульсы поступают на антенну чаще, а когда удаляется – реже. Частота повторения импульсов должна периодически меняться, и период этот должен в точности совпадать со звездным годом на той планете, где обитают «маленькие зеленые человечки». Этот эффект и искали Хьюиш с сотрудниками весь декабрь 1967 года, вот почему этот месяц был самым волнующим в их жизни. Решался вопрос – быть или не быть межзвездным контактам! И получилось – не быть. Наблюдения показали: частота повторения импульсов не меняется. Погибла идея о том, что передатчик находится на планете в далекой звездной системе.
     Тогда пришлось обратиться к идее о белых карликах или о нейтронных звездах. Вот, что писал Хьюиш:
     "Оказалось, что допплеровское смещение точно соответствовало движению одной лишь Земли, и мы стали искать объяснение нашему явлению, связывая его с карликовыми звездами или с гипотетическими нейтронными звездами…
     Пока я старался связать наши несколько сумбурные результаты, Джоселин Белл в январе 1968 года с характерными для нее настойчивостью и трудолюбием расшифровала все записи нашего обзора и определила возможные положения других пульсаров. Были проведены повторные наблюдения с целью подтверждения пульсирующего характера их излучения, и к 8 февраля, моменту отправки нашей статьи в печать, мы были уверены в существовании еще трех новых пульсаров, хотя и их параметры были известны нам лишь приблизительно. Я хорошо помню то утро, когда Джоселин вошла ко мне в комнату с записями сигналов возможного пульсара, которые она сделала этой ночью при прямом восхождении 09 часов 50 минут. Когда мы развернули эти записи и поверх их положили измерительную линейку, то сразу же обнаружили периодичность импульсов со временем 0,25 секунд. Это значение позже подтвердилось, когда приемник настроили на более узкую частоту, и столь быстрая частота следования импульсов этого пульсара весьма затруднила его интерпретацию с помощью модели белого карлика".
     И лишь тогда, полностью убедившись, что пульсары существуют, что они – естественное природное явление, Энтони Хьюиш с сотрудниками послал в журнал "Nature" сообщение об открытии. Статья поступила в редакцию 8 февраля 1968 года и вышла из печати в номере журнала от 24 февраля. Две недели – ни одна статья еще не была опубликована так молниеносно!
     Правда, Хьюиш не доказал, что обнаружены именно нейтронные звезды. Он лишь утверждал, что сигналы естественны и что причиной их вряд ли могут быть колебания белых карликов. Искомое доказательство нашел три месяца спустя американский астрофизик Томас Голд. Всего три месяца понадобилось, чтобы понять суть открытия.
    
     * * *
     После открытия прошло сорок лет – ничтожный срок по астрономическим меркам, но очень большой, учитывая, как быстро развивалась наука в последние полвека. За эти годы число известных пульсаров увеличилось до полутора тысяч!
     Мир пульсаров оказался необыкновенно разнообразным. Обнаружены звезды, чье радиоизлучение пульсирует с периодом несколько секунд (очень старые пульсары, уже потерявшие свою вращательную энергию), и звезды, обращающиеся вокруг оси около 700 раз в секунду – на самом пределе устойчивости, еще немного быстрее, и нейтронная звезда попросту начнет разваливаться, ее разорвут центробежные силы, которые на экваторе при таких скоростях вращения уже близки к силе притяжения.
     Известны пульсары, излучающие только радиоволны, и пульсары, излучающие только в рентгеновском диапазоне или в еще более жестких лучах. Есть пульсары, излучающие во всех известных диапазонах, и есть такие, которые излучают не всегда, а в течение некоторого времени – потом они исчезают, чтобы вновь появиться несколько недель или месяцев спустя.
     Есть одиночные нейтронные звезды-пульсары, но обнаружены и пульсары-нейтронные звезды в двойных системах. Обнаружены рентгеновские пульсары, они испускают периодические пульсы излучения в рентгеновском диапазоне, и механизм излучения не такой, как у радиопульсаров. Рентгеновский пульсар – это нейтронная звезда, на которую падает вещество, вытекающее из второй, обычной компоненты. Кстати, именно о таких небесных явлениях мы с Октаем Гусейновым писали в статье, которую сдали в печать в те дни, когда Хьюиш и Белл рассматривали регистрограммы первых пульсаров…
     А еще есть рентгеновские барстеры – вспыхивающие источники рентгеновского излучения, которые, по-видимому, тоже являются нейтронными звездами.
     И есть двойные системы, в которых нейтронная звезда-пульсар обращается вокруг не обычной звезды, а белого карлика или другой нейтронной звезды. Или даже вокруг черной дыры.
     Обнаружены во Вселенной очень яркие вспышки гамма-излучения. Долгое время ученые спорили о природе таинственных гамма-всплесков, но сейчас общее мнение склоняется к тому, что и это тоже – нейтронные звезды, но наблюдаем мы их действительно в самый критический момент: когда уже не обычная звезда умирает, превращаясь в нейтронную, а погибает нейтронная звезда, сталкиваясь, например, с другой нейтронной звездой или с белым карликом. И в этой катастрофе рождается черная дыра – действительно конечный продукт эволюции звезд в нашей Вселенной.
    
     * * *
     А теперь вопрос: "Что такое пульсары?". Выберите из четырех вариантов: "Белые карлики, черные дыры, нейтронные звезды, красные гиганты".
     Миллион за правильный ответ, впрочем, не гарантирую.
    
     * * *
     И еще вопрос – на этот раз риторический: первый пульсар обнаружила на регистрограммах аспирантка Джоселин Белл. Излучение второго, третьего и четвертого пульсаров тоже обнаружила мисс Белл, потратив на эту работы много часов и труда.
     Почему же Нобелевскую премию за открытие пульсаров получил Энтони Хьюиш, ее научный руководитель?
    
    
    Поставьте оценку: 
Комментарии: 
Ваше имя: 
Ваш e-mail: 

     Проголосовало: 11     Средняя оценка: 9.7