FAQ: Радиопульсары

Радиопульсары — одно из наблюдательных проявлений нейтронных звезд — источники пульсирующего радиоизлучения с периодами от нескольких миллисекунд до секунд. Они были открыты 45 лет назад.

1

Пожалуй, широкомасштабное наблюдательное изучение нейтронных звёзд началось именно с открытия радиопульсаров в 1967 году в Маллардской обсерватории в Великобритании. Это было сделано во время исследований мерцаний радиоисточников. Первооткрывателями этих объектов можно назвать тогдашнюю аспирантку Джоселин Белл и ее руководителя Энтони Хьюиша. Причем, понимание того, с источниками какой природы они имеют дело, пришло не сразу. Хьюиш, если верить пересказам, сначала не вполне поверил, что первый открытый объект был именно космического, природного происхождения и не был артефактом. И даже когда таких источников обнаружилось несколько, им было присвоено обозначение LGM (Little Green Men) — «маленькие зелёные человечки». То есть был очень большой соблазн из-за строгой периодичности излучения говорить о том, что это сигналы разумного происхождения, сигналы внеземных цивилизаций. Однако уже через несколько месяцев первооткрыватели поняли, что есть, по крайней мере, в теории, природный объект, который может объяснить такую стабильную периодичность, — это вращающиеся нейтронные звёзды с массой порядка солнечной, но очень компактные, очень плотные релятивистские объекты, вращающиеся с очень большой инертностью, обеспечивающей стабильность периода.

В 1974 году за это открытие Э. Хьюишу была присуждена Нобелевская премия по физике. Джоселин Белл в список лауреатов не вошла.

П. Р. Амнуэль, «Далекие маяки Вселенной», изд. «Век 2», 2007 г.

2

На сегодняшний день известно почти две тысячи радиопульсаров. Это не единственное наблюдательное проявление нейтронных звезд, но самое массовое. И изучение их природы, изучение столь плотного вещества, которое их составляет, изучение поведения вещества в сверхсильных магнитных полях, которые им сопутствуют, сверхсильной гравитации, которая рядом с этими компактными объектами имеет место, — связано с изучением именно радиопульсаров.

К. А. Постнов, «Лекции по Общей астрофизике для физиков» — Пульсары.

3

Физика радиопульсаров достаточно сложна, и какой-то законченной и общепринятой их модели еще пока нет. Но все же мы достаточно хорошо понимаем, как они устроены. Мы понимаем, что у радиопульсаров есть очень сильное магнитное поле, которое порой мы даже можем измерять напрямую, по линиям так называемого циклотронного излучения. Однако есть очень простой способ измерить его не напрямую. Период вращения радиопульсара не остается постоянным. Потихоньку энергия вращения уходит в частицы, в излучение (кстати, механизм преобразования в радиоизлучение до конца ещё не ясен), и пульсар постепенно замедляется. Темп замедления во многом определяется силой магнитного поля. Измеряя одно, мы получаем оценку и для второго. При этом оценки, которые мы получаем для реальных пульсаров, очень хорошо совпадают с теоретическими предсказаниями, следующими из наших представлений об образовании этих объектов.

А. Ю. Потехин, «Физика нейтронных звёзд», Успехи Физических Наук, т. 180, стр. 1279 (2010)

4

Мы знаем, что пульсары образуются во время вспышек сверхновых звёзд. Нейтронная звезда — это сколлапсировавшее ядро звезды, причем вылетевшее после взрыва с очень большой скоростью. Потому что, по видимому, взрыв асимметричен. Такие звезды — одни из самых быстрых объектов нашей Галактике. Средняя скорость нейтронных звёзд составляет 300–400 км/с. Зная возраст нейтронной звезды, который мы также можем оценить из темпа изменения ее периода, и параметры ее движения, можно проследить её путь назад до места, где она родилась, и убедиться, что там находится остаток сверхновой. Если, конечно, он еще не успел рассеяться.

M. Hobbs, «An introduction to pulsars»

5

Радиопульсары полезны ещё и для другой области астрономии, для исследования межзвёздной среды. Дело в том, что радиоизлучение распространяется в плотной межзвёздной среде (не в пустоте), с разной скоростью, в зависимости от длины волны. В результате составляющие радиоимпульса, излучённого пульсаром, соответствующие разным длинам волн, доходят до наблюдателя не одновременно, а с некоторой задержкой. Измеряя эту задержку, мы можем сказать, какова плотность той межзвёздной среды, через которую этот импульс проходил. Таким же образом мы можем оценить расстояние до пульсара. Поскольку чем больший путь прошел импульс, тем больше задержка между его составляющими.

С. Б. Попов, «Зоопарк нейтронных звезд»

6

Всего в Галактике, исходя из теории образования нейтронных звёзд, может насчитываться порядка 107 этих объектов. Из них до ста тысяч могут, в принципе, наблюдаться. Мы же сейчас знаем всего лишь две тысячи. Чтобы увеличить это число, уже сейчас строятся большие телескопы. Один из них это телескоп SKA (Square Kilometre Array) — телескоп, который будет иметь эффективную площадь 1 км².

7

Ещё одно направление, которое сейчас является достаточно перспективным, — это поиск длинноволнового гравитационного излучения при помощи пульсаров. Если мы разместим два пульсара в галактике, и через него пройдёт гравитационная волна, то эти пульсары начнут немного колебаться, и их наблюдаемый период, который нам известен с очень высокой точностью (у некоторых пульсаров с точностью до 10 -13 сек), тоже начнёт немного колебаться, просто в силу эффекта Доплера. Если это колебание у нескольких пульсаров окажется согласованным, то мы можем сказать, что, да, мы нашли некий след от прошедшей через них гравитационной волны. Была сделана специальная выборка пульсаров, за которыми следят астрономы практически каждый день, — именно для них ищутся вот эти возможные колебания их периодов. Пока их ещё не нашли, но возможно, что неуловимые по сей день гравитационные волны впервые будут открыты именно при помощи радиопульсаров.