Мы продолжаем серию публикаций о самых экзотических космических объектах. На сей раз речь пойдет о редкой разновидности пульсаров (быстро вращающихся нейтронных звезд), которую астрономы со свойственным им своеобразным чувством юмора назвали «пауками». Ну а за что и почему — вы узнаете, прочитав эту статью.

Пульсар обыкновенный

Обычных нейтронных звезд во Вселенной великое множество — если, конечно, понятие «обычный» может быть применено к объекту, чья гравитация настолько велика, что ломает сами атомы. На самом деле сердцевина такой звезды состоит из нейтронов, а оболочка — из ядер тяжелых элементов. Масса нейтронной звезды практически такая же, как у Солнца, но радиус в сотни тысяч раз меньше; поэтому масса одного кубического сантиметра ее вещества равна примерно одному миллиарду тонн. Такой «кубик» никто не смог бы взять в ладонь — ведь это все равно что поднять разом сотню пирамид Хеопса!

Пульсар же не просто очень плотный, но еще и быстро вращающийся вокруг своей оси объект; к тому же магнитное поле пульсара сильно наклонено к его оси вращения. Это приводит к тому, что пульсар, подобно некоему «космическому маяку», испускает свое излучение со строгой периодичностью. Настолько строгой, что это даже вызывало мысли об искусственном происхождении сигналов.

Первый пульсар был открыт в 1967 году сотрудниками радиоастрономической обсерватории Кембриджского университета. Открытие объекта, периодически пульсирующего излучением с частотой 85,7 МГц (отсюда название — пульсар), было впоследствии отмечено Нобелевской премией, присвоенной руководителю обсерватории Энтони Хьюишу. Пульсару же дали имя LGM-1 (от англ. Little Green Men — «маленькие зеленые человечки», расхожее на Западе название инопланетян); считалось, что это космический радиопередатчик, построенный обитателями иных миров.

Но потом, когда новые пульсары стали «открываться» один за другим, а в их монотонном «пип-пип-пип» не нашлось никакой полезной информации, пришлось признать их естественное происхождение. Когда-нибудь, когда человечество выберется в дальний космос, пульсары можно будет использовать как космические маяки… и только.

Но все же интерес к пульсарам не угасал. Со временем выяснилось, что пульсары различаются по виду излучения — в оптическом и радио-, гамма- и рентгеновском диапазоне. И что бывают не только одиночные пульсары; иногда они составляют пару вместе с каким-нибудь другим небесным телом.

Смертельная связь

Последние случаи особенно интересны для астрофизиков, потому что в такой паре действуют чрезвычайно сильные гравитационные поля, на которых можно проверять выводы общей теории относительности.

Звездный «компаньон» обычно не виден напрямую, но о его существовании можно догадаться по изменению временных импульсов пульсара.

Если компанию пульсару составляет обычная звезда — типа нашего Солнца, то участь ее, как правило, плачевна: пульсар «высасывает» материю ее внешних слоев, и звезда превращается в звездного карлика.

А бывает и так: нейтронная звезда в паре с обычной под воздействием сложного гравитационного взаимодействия «раскручивается» до очень больших угловых скоростей и сначала превращается в пульсар, а потом уже начинает активно уничтожать своего партнера.

Такие объекты ученые и называют пауками: сам пульсар оборачивается вокруг своей оси за фантастически короткое время (менее 30 миллисекунд), а его напарник является звездным карликом. При этом, в зависимости от массы карлика, пульсары-пауки делятся на два класса: «красноспинные пауки» с массой карлика больше 0,1 массы Солнца и «черные вдовы» с массой компаньона меньше 0,1 массы Солнца.

Уже из самого названия можно понять, какие именно «пауки» более агрессивны (а значит, более интересны для ученых).

К настоящему времени обнаружено всего несколько космических «черных вдов», и астрономы считают, что их в принципе значительно меньше, чем «красноспинных пауков» и прочих разновидностей двойных пульсаров. Первая «черная вдова» была обнаружена в 1988 году; последняя — совсем недавно, в феврале 2022-го.

Поскольку наиболее изученным является именно первый объект, расскажем о нем подробнее.

Монстр из созвездия Стрелы

Итак, первый миллисекундный пульсар из класса «черных вдов» был обнаружен в 1988 году с помощью радиотелескопа «Аресибо» (Пуэрто-Рико). Сначала ему присвоили порядковый номер PSR В1957+20, а уж потом, после внимательного ознакомления с его свойствами, статус «черной вдовы».

PSR В1957+20 находится на расстоянии 6,5 тысячи световых лет от Солнца, что не так уж далеко для современных телескопов. Компаньон пульсара — очень маленький и очень холодный коричневый карлик (всего в несколько раз больше нашего Юпитера), в который превратилась некогда здоровая и процветающая звезда.

Ситуация усугубляется тем, что карлик расположен очень близко к пульсару, на расстоянии всего 2 млн км (для сравнения: расстояние от Земли до Солнца составляет 150 млн км). Если бы мы могли оказаться на поверхности этой относительно темной и холодной звезеды, большую часть неба над нами занял бы пульсар. И зрелище это было бы, мягко говоря, не для слабонервных…

Из-за так называемого «приливного захвата» пульсара карлик обращен к нему одним и тем же полушарием — подобно тому, как Луна обращена к Земле. И вот с этого полушария «черная вдова» постоянно «высасывает» материю. Эта материя создает в окружающем карлика пространстве «хвост», похожий на хвост кометы. Именно по «хвосту», действующему на излучение, как увеличительное стекло, и удалось «засечь» PSR В1957+20. По оценкам ученых, при прохождении через «хвост» от коричневого карлика излучение пульсара становилось сильнее в 40 (!) раз.

Результаты 30-летних наблюдений за PSR В1957+20 были опубликованы в британском журнале Nature в 2018 году.

И — уникальный случай для научных публикаций! — к таблицам, графикам и диаграммам прилагалась нотная партитура.

Лебединая песня

Конвертировать излучение пульсара PSR В1957+20 в звуковые волны пришло в голову Мэтту Руссо, сотруднику Канадского института теоретической астрофизики в Торонто. Он определил, что пульсар стабильно «гудит» на ноте ми-бемоль первой октавы; но когда его излучение проходит через «хвост» газопылевой материи от коричневого карлика, появляются всплески, напоминающие мелодию.

Первооткрыватели PSR В1957+20 из обсерватории Аресибо не согласились с канадским коллегой. По их мнению, усиленное при прохождении через хвост излучение скорее напоминает сигнал SOS; коричневый карлик таким образом «взывал о помощи».

Но помощи ему ждать неоткуда. Наверное, самая развитая космическая сверхцивилизация не смогла бы вмешаться в процессы, происходящие в системе такого пульсара. Точно так же, как никто не смог бы помочь земному паучку, самцу «черной вдовы», угодившему в ее смертоносные объятия.

Но в конце концов ученые из Канады и Пуэрто-Рико объединились и создали настоящий музыкальный хит — мелодию пульсара PSR В1957+20, которую перемежают жалобные стоны коричневого карлика. Мелодия, говорят, получилась очень красивая и печальная. Остаётся ещё дожтаться, пока кто-нибудь переведет в музыкальный диапазон радиосигналы от «черной вдовы», обнаруженной в 2022 году.

Пульсар PSR J1555-2908 вращается гораздо быстрее, чем PSR В1957+20; его период обращения всего 1,8 миллисекунды. Он массивнее первой «черной вдовы» в 1,4 раза и… почти «доел» своего компаньона, белого карлика, у которого осталось (предположительно) не более 10% первоначальной массы. Следует ожидать, что и сигналы карлика, вплетающиеся в общее излучение системы PSR J1555-2908, будут тоньше и жалостливей, чем в предыдущем случае. Настоящей «Лебединой песней» умирающей звезды.

Ольга СТРОГОВА