Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса - Москвич Катя

Но Хупер по-прежнему был настроен скептически по отношению к пульсарной теории и очень откровенно высказывался о недостатках обеих статей. “Я считал, что такое чередование пятен можно объяснить множеством причин, в конце концов, большая часть гамма-излучения, обнаруженная этим телескопом, связана не с избытком излучения, о котором мы говорим, а с более обычными астрофизическими процессами. И вероятно, они тоже приводят к образованию пятен, просто мы про них не знаем”. Ему казалось совершенно правдоподобным предположение о том, что данные наблюдений могут также скрывать и большой монотонно меняющийся избыток излучения, связанный с аннигиляцией темной материи. Он спорил, приводил доводы, но не смог убедить других.

К счастью для Хупера, Слейтер не считала проблему окончательно решенной и продолжила ею заниматься, несмотря на опубликованную ею убедительную статью 2015 года. В начале 2019 года вместе с коллегой-физиком из Массачусетского технологического института Ребеккой Лин она решила пересмотреть свои собственные расчеты, а заодно и прежние расчеты Венигера. На этот раз они с Лин создали цифровую модель Млечного Пути со звездами, газом, пылью и всеми известными пульсарами. Затем они ввели в нее гипотетическую темную материю и некоторые тусклые пульсары, не включенные в первоначальную цифровую модель. Они проанализировали этот искусственный Млечный Путь и обнаружили, что дополнительно введенные пульсары сделали его похожим на галактику, в которой содержится очень мало темной материи, светящейся в гамма-диапазоне, хотя они знали, что она должна быть там, поскольку сами ее туда ввели.

Затем они добавили смоделированную темную материю к фактическим данным, полученным Fermi, чтобы увидеть, что произойдет, если ее ввести в нашу реальную Галактику. И снова обнаружили гораздо меньше темной материи, чем должен был дать сигнал, который они добавили искусственно, но зато гораздо больше точечных источников пульсарного типа. Это означало, что вместо плавно изменяющейся картины, которую они ожидали увидеть, они получили зернистую. Ученые не смогли обнаружить и следа добавленного ими сигнала от темной материи до тех пор, пока не ввели более чем в пять раз больший сигнал, чем тот, который объяснял бы наблюдаемый излишек излучения. Таким образом, сказали они, в статье прежде всего демонстрируется, что предыдущий анализ не позволял обнаружить темную материю, сигнал от нее каким-то образом оставался скрытым15. “Вы вводите его вручную, чтобы картина профиля получилась гладкой, а она получается пятнистой. Это просто означает, что метод анализа, который вы используете, ошибочно определяет гладкое излучение как пятнистое, – говорит Хупер. – Это не значит, что оно должно быть гладким. Но и не значит, конечно же, что оно образует пятна”. Анализ 2015 года оказался менее надежным, чем предполагалось, и у темной материи все еще оставался шанс.

Хотя в статье не было представлено новых доказательств существования темной материи, она ослабила доказательность объяснения избыточного гамма-излучения Галактики свечением пульсаров. По словам Хупера, по-прежнему неясно, распределено ли избыточное излучение гладко или образует пятна, по крайней мере, на основе имеющегося на сегодня анализа полученных данных. Один из будущих проверочных экспериментов может быть основан на данных, которые телескоп Fermi соберет, изучая крошечные галактики – карликовые сфероидальные галактики, обращающиеся вокруг Млечного Пути. Если частицы темной материи ответственны за избыток излучения, то вимпы в них должны давать очень похожий сигнал, только чуть ослабленный. Когда телескоп Fermi соберет больше данных и мы откроем гораздо больше таких карликовых галактик, возможно, удастся проверить эту идею.

На настоящий момент, однако, статья Слейтер возродила интерес к загадке темной материи. Сама она думает, что пульсары – более вероятное объяснение, и Хупер признает, что в том лагере находится много ученых. “Из десяти случаев, когда обнаруживается какой-то сигнал, который, возможно, связан с новым экзотическим явлением, в девяти случаях он оказывается связан с чем-то уже известным, – говорит он. – И именно так в реальности все и работает. В большинстве случаев вы не открываете новую экзотическую физику, а просто узнаете новые для себя вещи, которые не понимали”.

Обнаружение темной материи, безусловно, было бы огромным открытием. Оно распахнуло бы совершенно новое окно в ту часть Вселенной, которую раньше мы могли наблюдать только по ее гравитационным эффектам, и это стало бы огромным достижением в космологии. Наблюдая гамма-свечение, астрономы могли бы оценить массу темной материи и понять, как она связана со Стандартной моделью физики элементарных частиц, которая на настоящий момент лучше всего описывает то, как все известные частицы и три из четырех известных фундаментальных взаимодействий (электромагнитное, слабое и сильное, но не гравитационное) связаны друг с другом. “Это произвело бы революцию в моей области”, – говорит Слейтер.

Тем не менее она не согласна с Хупером в том, что пульсары – неинтересные объекты, и считает, что найти в галактическом центре целую новую популяцию миллисекундных пульсаров было бы крупным открытием. Их находка могла бы побудить астрономов исследовать эволюцию Млечного Пути и выяснить, как эти звезды попали туда. “Надо быть очень неблагодарным, чтобы заявлять что-то вроде: «О, это не темная материя, я не получил того, что хотел найти, я разочаровался и больше не собираюсь этим заниматься», – говорит Слейтер. – Обнаружение совершенно новой популяции нейтронных звезд, о существовании которой мы никогда не подозревали, даст нам много ключей к разгадке истории нашей Галактики. Чего я боюсь больше, так это того, что мы так и не сможем узнать этого”.

Так что гонка за открытиями продолжается. Если в течение следующих одного-двух десятилетий действующие обсерватории GBT, MeerKAT, Parkes, FAST, Arecibo или будущие, такие как SKA, действительно обнаружат пульсары, рассыпанные по всему галактическому центру, то счет в борьбе между нейтронными звездами и темной материей станет 2:0.

Глава 7

Как пульсары обзаводятся планетами

С утра Эндрю Лайн был как на иголках. Сидя в ярко освещенном огромными люстрами конференц-зале, он смотрел на людей, которые продолжали заходить в переполненное помещение.

В среду 15 января 1992 года не меньше тысячи человек пришло послушать его доклад на собрании Американского астрономического общества в Атланте. Третий день конференции заранее отводился под специальную сессию, посвященную возможности образования планет вокруг нейтронных звезд. Эндрю Лайн, астроном из Манчестерского университета, и его коллеги полгода назад объявили, что впервые в истории за пределами Солнечной системы обнаружили планету, обращающуюся вокруг звезды.

Несмотря на то что найденная планета обращалась вокруг звезды, похожей не на Солнце, а скорее на мертвое ядро некогда массивной звезды, превратившейся в пульсар, эту новость посчитали первым реальным свидетельством того, что во Вселенной могут существовать другие планетные системы. Когда в июле 1991 года команда Лайна объявила о своем открытии, ученое сообщество восторженно встретило эту новость.

Теперь Лайну предстояло заявить огромной аудитории, что все это ошибка. Перед тем как начать выступление, он слегка откашлялся, чтобы прочистить горло.

Сейчас он хорошо понимал, откуда возникла эта ошибка. В 1985 году телескоп Lovell в обсерватории Джодрелл-Бэнк обнаружил серию импульсов, посылаемых неизвестной ранее нейтронной звездой. Лайн и его коллега астроном Тревор Клифтон назвали ее PSR В 1829-10, занесли в каталог и, как обычно, начали фиксировать моменты прихода импульсов, чтобы определить период вращения звезды. Эти моменты менялись по мере движения Земли по орбите вокруг Солнца. Как и в обычной двойной системе, когда наша планета находилась по одну сторону от Солнца, то есть ближе к пульсару, импульсы приходили в телескоп раньше, а когда Земля перемещалась на противоположную сторону, импульсы приходили позже. Хронометрируя импульсы в течение нескольких месяцев, они смогли определить приблизительное положение пульсара на небе. Он находился в созвездии Щит, примерно в тридцати пяти тысячах световых лет от Земли1.