Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Пульсар – источник излучения в очень широком диапазоне частот по всему электромагнитному спектру. У волн высокой частоты очень короткие длины, поэтому они хуже рассеиваются частицами плазмы и легко проходят через межзвездную среду. Волны более низкой частоты, сталкиваясь с электронами, отстают и в результате доходят до телескопа позднее. Это явление называется дисперсией. Различие во времени регистрации волн разной частоты зависит от числа электронов между наблюдателем и пульсаром. Задержка низкочастотных волн может составлять примерно одну секунду. В случае пульсара, находящегося на расстоянии тысячи световых лет от нас (значит, его пульсациям требуется тысяча лет, чтобы мы могли их зарегистрировать), задержка в одну секунду может показаться пренебрежимо малой. Но, когда ученый изучает пульсар, ему необходимо сделать поправку на этот эффект, чтобы иметь возможность учесть все частоты излучения согласованно.

Измерение дисперсии показывает астрономам, сколько электронов заполняет межзвездную среду между нами и пульсаром, что, в свою очередь, указывает на расстояние до него. Чем дальше пульсар, тем через большее число электронов приходится “пробиваться” излучению, а это значит, что дисперсия – или разброс во времени регистрации сигналов разных частот – тоже будет больше32.

Речь идет не только о подсчете блуждающих в космосе электронов. Поняв свойства межзвездной среды, ученые смогут пролить свет на образование и эволюцию звезд и галактик. Если, наблюдая определенный пульсар, они через год увидят, что дисперсия его излучения изменилась, значит, в этой области изменилось содержание электронов, поскольку там имеются области турбулентности. Сцинтилляция (или мерцание) радиоволн дает астрономам возможность исследовать, как движутся сгустки вещества между нами и пульсаром. “Радиомерцание можно измерить, – говорит Корд, – а затем мы ставим вопрос так: хорошо, какая турбулентность межзвездной среды способна привести к такому эффекту? – и решаем обратную задачу”.

В августе 2012 года межзвездная среда на короткое время попала на первые полосы газет. Это случилось тогда, когда космический зонд “Вояджер-1”, запущенный еще в 1977 году, покинул Солнечную систему и направился в холодное безмолвное пространство между звездами. 5 ноября 2018 года к нему присоединился его зонд-близнец “Вояджер-2” – аппарат, который Джон Саркисян с помощью Parkes все еще видит время от времени. На случай встречи с инопланетянами оба зонда несут позолоченную пластинку с аудио- и видеоинформацией о нашем мире. “Вояджер-1” не может измерять свойства межзвездной среды – его детектор плазмы поврежден, но второй космический аппарат пять лет спустя спас положение. Оказалось, межзвездная плазма плотнее, но холоднее и движется медленнее, чем плазма внутри гелиосферы – области пространства, окружающей Солнце33.

Глава 3

Когда взрываются звезды

Я стою посреди бесконечного цветочного ковра, выдержанного в завораживающих фиолетовых и розовых тонах. Он тянется до виднеющихся на горизонте гор со снежными вершинами. Вообще-то здесь пустыня, но после редкого в этих местах короткого ливня цветы повсюду. Трудно поверить, что это одно из самых засушливых мест на Земле.

Чилийская пустыня Атакама тянется на тысячи километров через засушливое и пустынное высокогорное плато. С запада она ограничена Тихим океаном, с востока – Андами. Старейшая пустыня Земли занимает 105 тысяч квадратных километров. По пустыне разбросано небольшое число шахтерских поселков. Населяющие их люди добывают медь из охряно-красной каменистой земли. Там и здесь дорога проходит мимо покинутых людьми деревень-призраков: глазницами выбитых окон дома вглядываются в нескончаемые просторы этой земли.

Вероятно, в этой пустыне самое привлекательное для туристов место – городок Сан-Педро-де-Атакама. Его побеленные дома служат базой для экскурсий на расположенные неподалеку солончаки и соляные озера. Когда мы ехали из аэропорта Эль-Лоа вдоль Панамериканского шоссе, я заметила, что в пустыне практически нет песка. Да, несколько песчаных дюн в Атакаме есть, но они расположены не вдоль шоссе. Я слышала, что дюны популярны у туристов, приезжающих в Сан-Педро. К подножью дюн туристические группы прибывают на микроавтобусах. Любители подобных развлечений, набрав изрядно песка в туфли и носки, забираются под палящим солнцем на самый верх и скатываются вниз на сэндбордах – впечатлений хватает на всю жизнь.

Здесь, в этом труднодоступном месте, практически ничего не растет за пределами поселка. Кое-где годами не бывает ни капли дождя. В центре пустыни дождя не было полстолетия. Когда же в 2017 году на пустыню наконец обрушился ливень, астробиологи обнаружили, что он уничтожил практически все живущие здесь микроорганизмы1. Мы миновали громадные, высокие, как горы, нагромождения скал. Они выглядят так, будто только что окончилась снежная буря. На самом же деле эти скалы покрыты соляной коркой. Ландшафт Атакамы старый. По геологической шкале времени большинство скал на поверхности Земли достаточно молоды: им порядка сотен тысяч или нескольких миллионов лет, а возраст некоторых скал Атакамы – около пятнадцати миллионов лет. Но не геология, а астрономия привела меня в эти места.

По огромному пустынному пространству Атакамы разбросаны несколько больших обсерваторий. Благодаря уединенности и необычной географии это одно из лучших мест на Земле для наблюдения звезд. Здесь все большие города так далеки, что о засвечивании ночного неба искусственными источниками света и радиоволнами можно не беспокоиться. Тучи тоже редкие гости атакамского неба, и, учитывая высоту этого места, небесные тела видны здесь максимально четко, лучше только из космоса. Эти условия прекрасно подходят для оптических телескопов, таких как Very Large Telescope (VLT) в Паранальской обсерватории. Именно туда в первую очередь я и направляюсь. Это место, как бы сошедшее с картины художника-футуриста, сыграло эпизодическую роль в фильме “Квант милосердия” о Джеймсе Бонде: общежитие ученых и инженеров телескопа ненадолго преобразовали в вымышленный экоотель в Боливии2.

Для телескопа, на который я хочу посмотреть, решающее значение имеют низкая влажность и высота Атакамы. Это самая большая обсерватория, ведущая наблюдения в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн электромагнитного спектра. Ее построили именно здесь из-за того, что воздух, насыщенный влагой или водяным паром, как губка поглощает электромагнитное излучение с такими длинами волн. Обсерватория называется ALMA по первым буквам ее английского названия Atacama Large Millimeter Array, “Атакамская большая антенная система миллиметрового диапазона”.

Эта система состоит из шестидесяти шести снежно-белых тарелок-отражателей и находится на высоте 5000 метров над уровнем моря на севере чилийских Анд на плато Чахнантор3.

Раньше я видела изображение этой антенной системы. Она напоминает инопланетный, но по-своему очень милый пейзаж – скопление отражателей-тарелок, похожих на грибы со странными перевернутыми шляпками. Однако, прежде чем попасть сюда, я должна была пройти через базовый лагерь ALMA, так называемый центр оперативной поддержки, расположенный примерно на 2000 метров ниже плато. Сначала меня провели в крошечную комнатку, где места едва хватает для узкой койки и душа. Затем короткая остановка в столовой и инструктаж по технике безопасности. Это очень важно, потому что на следующий день мы собираемся поехать к самой антенной системе. Там, на высоте 5000 метров, ощущается недостаток кислорода, а горная болезнь – совсем не шутка. Алдо, один из техников, предупреждает, что на такой высоте люди могут почувствовать тошноту и сильную головную боль. Если не проявить осторожность и не обратить внимания на эти симптомы, можно умереть. Показывая мне, как пользоваться кислородной маской, он говорит, что разрешение я получу после осмотра врача. Затем меня осматривает врач, который проверяет давление и уровень кислорода в крови. Некоторые посетители проверку не проходят, и им не разрешают продолжить подъем на плато Чахнантор. Тут я поняла, что годы занятий в спортзале наконец окупились – я прошла.