Космический волчок, который тормозит слишком быстро экспресс
Юла, которая делает сотню оборотов за секунду, вдруг начинает резко терять скорость — гораздо быстрее всех известных юл. Именно так ведёт себя пульсар J0435+3233. Это мёртвая звезда, сжавшаяся до размеров города, но вращающаяся с бешеной скоростью. Её период — меньше 10 миллисекунд, и она установила рекорд: никогда раньше не видели, чтобы такой быстрый пульсар настолько сильно замедлялся (его торможение превышает $10^{-12}$ Гц/с).
Такое резкое торможение напоминает скрежет тормозов несущегося автомобиля. Только вместо звука в пространстве-времени может возникать рябь — гравитационные волны. Учёные из коллаборации LIGO проанализировали данные наблюдений и попытались уловить этот «шёпот» от J0435+3233. Они искали сигнал на частоте, ровно вдвое превышающей частоту вращения пульсара, а также в узкой полосе вокруг неё и на частотах, соответствующих особым колебаниям звёздного вещества — так называемым r-модам.
Детекторы ничего не зафиксировали. Но молчание — тоже результат. Оно позволило установить верхний предел амплитуды гравитационной волны: $h_0 = 5,8 \times 10^{-27}$. Это в десять раз строже, чем ограничение, которое можно было бы получить из самого факта торможения. Иными словами, если бы пульсар замедлялся только из-за излучения гравитационных волн, его «сплюснутость» (отклонение от идеальной сферы) не превышала бы $1,6 \times 10^{-8}$. Это в области очень интересных с физической точки зрения значений — как если бы на идеально гладком бильярдном шаре размером с Землю не было бугорка выше пары сантиметров.
Итак, юла не просто замедляется — она делает это загадочно. Мы не услышали её гравитационный скрежет, но зато смогли заглянуть в самое сердце физики сверхплотных объектов. И кто знает, может, в следующий раз, когда LIGO станет ещё чувствительнее, мы наконец уловим этот космический ритм.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2607.18219
We perform a search for continuous gravitational waves from J0435+3233 using LIGO O4a public data. J0435+3233 is unique among millisecond pulsars as it exhibits an exceptionally large spin-down and marks the first pulsar observed to date with a spin-down larger than $$10^{-12}$$ Hz/s in the sub $$10$$ ms spin period range, making it a potentially strong source of continuous gravitational waves. We target signals at exactly twice the rotation frequency, a narrow band around this frequency, and also signals corresponding to r-modes. Our results are consistent with a non-detection. Our most stringent upper limit on the intrinsic gravitational wave amplitude at 95\% confidence is $$h_0=5.8\times10^{-27}$$. With an estimated source distance of 1.2 kpc this upper limit constraints the ellipticity to be smaller greater than $$1.6\times10^{-8}$$. If the observed spin-down is all intrinsic, this is the first source for which the spin-down upper limit is beaten by over an order of magnitude and the ellipticity is constrained to the physically very interesting range of the low $$10^{-8}$$ region.
Если бы пульсар J0435+3233 был идеально гладким шаром, его вращение не создавало бы гравитационных волн. Нужна хотя бы крошечная «шишка» на поверхности — отклонение от сферы. Верхний предел такой «шишки» для этого пульсара — меньше толщины человеческого волоса на объекте диаметром с Манхэттен.
В романе «Контакт» Карла Сагана сигнал от внеземной цивилизации был скрыт в пульсациях нейтронной звезды — возможно, когда-нибудь мы найдём в таких данных нечто большее, чем просто гравитационные волны.