компаньон пульсара

В тесной двойной системе одна звезда может годами переливать своё вещество на соседку, как человек, который постепенно отдаёт всё, что у него есть. Когда источник иссякает, от него остаётся плотное ядро, закутанное в облако собственных остатков.

Ночное небо кажется спокойным, но на самом деле сквозь нас постоянно пролетают невидимые частицы — космические лучи. Среди них есть электроны и их античастицы — позитроны. Когда они сталкиваются с детекторами на спутниках или воздушных шарах, приборы фиксируют их энергию.

Маяк, который мигает не каждую секунду, а раз в несколько минут или даже часов. Именно так ведут себя долгопериодические радиотранзиенты — космические источники, открытые совсем недавно. Их сигналы слишком медленные для обычных пульсаров (быстро вращающихся нейтронных звёзд), но слишком мощные, чтобы их можно было списать на случайные помехи.

Где-то в глубинах космоса две сверхмассивные чёрные дыры кружатся друг вокруг друга. Их танец не плавный — орбита вытянута, словно резиновый жгут, который то натягивается, то сжимается. Каждый такой оборот рождает рябь в ткани пространства-времени — гравитационные волны.

Где-то в глубинах Млечного Пути время от времени вспыхивают радиоимпульсы — редкие, размеренные, словно удары далёкого метронома. Эти долгопериодические радиотранзиенты открыли совсем недавно, и они сразу поставили астрономов в тупик.

Галактика — не гладкое озеро, а пруд, по которому идёт рябь. Эту рябь создаёт сверхлёгкая тёмная материя (частицы в миллиарды миллиардов раз легче электрона). Колебания её поля чуть сбивают ритм далёких пульсаров — космических маяков, чьи сигналы ловят земные радиотелескопы.

1799 километров в секунду — с такой скоростью звезда S5-HVS1 навсегда покидает Галактику. 4.8 миллиона лет назад она была выброшена из центра Млечного Пути при тесном сближении со сверхмассивной чёрной дырой Sgr A*. Такое событие оставляет два ископаемых следа: гиперскоростную звезду-беглянку и её компаньона, захваченного на вытянутую орбиту. Второй след, возможно, найден.

Звезда Табби, маяк в космическом море, с 2015 года сбивала с толку астрономов. Её свет мерцал не в ритме планет, а словно рассеянный штормом — глубокие провалы, резкие всплески. Но среди этого хаоса нашелся ровный, почти идеальный провал. Глаз бури. Телескоп TESS зарегистрировал транзит — проход невидимого объекта по диску звезды — длительностью 21 час.

В 2034 году с космодрома уходит ракета с необычным грузом: два шара размером с большой глобус, каждый весом под тонну. Никаких двигателей, никакой электроники. Только зеркальная поверхность из сотен уголковых отражателей — крошечных призм, которые возвращают свет точно туда, откуда он пришёл. Это и есть будущий космический камертон.

Более века астрономы ломали голову над капризным поведением звёзд типа RR Лиры: их блеск периодически нарастал и спадал с непредсказуемой амплитудой, словно маяк с испорченным механизмом. Эффект Блажко, открытый в 1907 году, дразнил учёных десятилетиями. Лишь космический телескоп Kepler с его ювелирной точностью сумел подобрать ключ к этой загадке.

Четверть века назад Мишель Майор и Дидье Кело открыли первый горячий юпитер — и сломали все каноны планетообразования. Газовый гигант на орбите в считанные дни не мог вырасти рядом со звездой: там слишком жарко и нет строительного материала. Значит, он родился далеко, а затем мигрировал.

Гравитационные танцы небесных тел долго оставались немыми для астрономов. Мы научились ловить тени планет на фоне звёзд транзитным методом — прорыв, подаренный тысячами миров благодаря Уильяму Боруки и его телескопу «Кеплер». Но их спутники ускользали — слишком малы, слишком тусклы.

Карусель: лёгкую раскрутить проще, массивную — труднее. Примерно так же ведут себя нейтронные звёзды — сверхплотные остатки взорвавшихся светил. Астрономы заглянули в полсотни двойных систем, где одна нейтронная звезда вращается вокруг другой, и заметили: чем тяжелее звезда, тем длиннее её период вращения. Связь не жёсткая, но статистически заметная.

В 2022 году астрономы начали открывать странные космические маяки — длиннопериодические радиотранзиенты. В отличие от быстрых пульсаров, открытых Джоселин Белл Бернелл в 1967 году, эти объекты вспыхивали с периодичностью в десятки минут и часов.

Астрономы слушают космос подобно старому радиоприёмнику: они не ищут конкретную станцию, а вращают ручку, чтобы уловить любой необычный шум.

Маяк вращается в густом тумане. Его луч пробивает мглу, но сам туман остаётся невидимым. Примерно так астрономы ищут тёмную материю: она не излучает свет, однако способна влиять на сигналы, которые до нас доходят.

Маяк мерцает строго раз в секунду. Если он движется по кругу, его вспышки приходят то чуть раньше, то чуть позже — и выдают невидимого напарника. Именно так астрономы разоблачили скрытого компаньона у звезды IY Лиры. IY Лиры — пульсирующая переменная звезда в толстом диске Галактики. Её блеск меняется с периодом около полусуток: звезда ритмично раздувается и сжимается.

Если ударить по колоколу, он загудит на одной высоте. А если внутрь поместить второй язык, и они будут звенеть, не задевая друг друга, — звук станет сложнее. Примерно так устроена и нейтронная звезда из новой работы. Это не просто раскалённый шар: внутри могут течь две несмешивающиеся жидкости — например, сверхтекучие нейтроны и обычная плазма.

Облако Оорта — это сферический рой из триллионов ледяных тел на самой границе Солнечной системы, примерно в световом годе от Солнца. Эти объекты почти неподвижны относительно друг друга, пока какое-то гравитационное возмущение не нарушит их покой.

В центре Млечного Пути прячется нечто невидимое, но очень массивное — примерно в четыре миллиона раз тяжелее Солнца. Обычно его называют чёрной дырой и обозначают как Стрелец А*. Однако астрономы не теряют бдительности: вдруг это не дыра, а что-то более экзотическое, например, гигантский шар из сверхлёгких частиц — бозонная звезда.

Когда две сверхмассивные чёрные дыры кружатся друг вокруг друга перед слиянием, они встряхивают само пространство — как катер, бегущий по озеру, оставляет за собой волны. Эти волны называют гравитационными. Они летят сквозь Вселенную и проходят сквозь всё, даже сквозь Землю.

Маяк мигает каждые несколько секунд, но вдруг начинает медленно, в течение года, то разгораться, то гаснуть. Именно так ведут себя около трети красных гигантов — огромных звёзд на поздних стадиях жизни. Их обычная пульсация занимает дни или недели, но поверх неё видны долгие вторичные периоды: месяцы и годы. Это явление заметили почти сто лет назад, но объяснить так и не смогли.

Ночью далёкий фонарь кажется неподвижным, но если подойти ближе и присмотреться, можно заметить, как он слегка покачивается на ветру. Примерно так астрономы ищут планеты у других звёзд: они измеряют, как звезда едва заметно смещается под действием притяжения своих невидимых спутников.

Спутник звезды HIP 53005 поставил астрономов в тупик. Фотометрия — измерение цвета и яркости и спектроскопия — анализ спектра излучения указывают на массу около 80 масс Юпитера — прямо на границе водородного горения, где объект уже не планета, но ещё не звезда (коричневый карлик).

Пульсар — это мёртвая звезда, которая крутится с бешеной скоростью и шлёт радиоимпульсы, как маяк. Но у PSR J1928+1815 сигнал иногда гаснет на 3,6 часа. Что-то заслоняет маяк. Рядом с пульсаром кружит звезда-компаньон, и её тень падает на нас. Долго считали, что компаньон — голая гелиевая звезда: ядро бывшей звезды, с которого сдуло внешние слои.

На небе есть тусклые точки, которые медленно ползут среди звёзд. Они холоднее углей в камине и меньше Солнца — это коричневые карлики. Их так много, что астрономы не успевают просматривать все снимки. Тогда на помощь пришли добровольцы: обычные люди разглядывали картинки с телескопа и отмечали движущиеся объекты. Проект Backyard Worlds: Planet 9 собрал 3006 новых таких тел.

После взрыва сверхновой сверхновой остаётся нейтронная звезда нейтронная звезда — шар размером с город, состоящий из невообразимо плотной материи и совершающий сотни оборотов в секунду. Любая крошечная неровность на её поверхности заставила бы звезду покачиваться, словно несбалансированный волчок, и она начала бы едва уловимо «гудеть» сквозь ткань пространства.

Полвека астрономы бились над природой мощного рентгеновского излучения звезды гамма Кассиопеи — яркого маяка в созвездии, чьё сияние в рентгеновском диапазоне не вписывалось в модели одиночных светил. Подозревали невидимого спутника, но прямых доказательств не было.

Волчок, который крутится так быстро, что успевает сделать 220 оборотов за одну секунду, — именно такой объект поймал китайский радиотелескоп FAST. Это пульсар PSR J1810-0623, нейтронная звезда размером с город, но массой больше Солнца. Каждые 4,55 миллисекунды его радиолуч проносится мимо Земли, как маяк в космическом океане. Этот пульсар не одинок.

Ритмичные вспышки маяка в густом тумане — так выглядит поиск пульсаров. Маяк вращается, и его луч периодически попадает в телескоп. Но туман размывает свет, и период кажется чуть другим. Если один и тот же маяк наблюдали дважды, можно сверить: периоды должны почти совпасть, а размытие — быть похожим.

Нейтронная звезда размером с город делает тридцать оборотов в секунду. Её магнитное поле в триллионы раз сильнее земного. Такие условия способны породить вокруг звезды облако из аксионов — лёгких частиц, которые пока не поймал ни один детектор, но которые хорошо объясняют скрытую массу Вселенной.

Представьте невидимый океан, состоящий из тёмной материи — сверхлёгких частиц, само существование которых впервые заподозрил Фриц Цвикки ещё в 1930-х годах.

Горячая звезда на последнем издыхании дрожит, как струна после щипка. Её поверхность колеблется с амплитудой в тысячные доли звёздной величины — это как заметить, что лампочка в комнате мигнула на 0,3% ярче. Для космического телескопа такая точность привычна, но с Земли мешает атмосфера.

Гравитационные волны — это рябь пространства, которую рождают, например, пары сверхмассивных чёрных дыр, кружащих друг вокруг друга. Чтобы их уловить, учёные следят за пульсарами — мёртвыми звёздами, которые шлют радиоимпульсы с точностью часов.

В центре нашей Галактики скрывается сверхмассивная черная дыра Стрелец А* — тяжеловес, который держит вокруг себя звезды. Астрономы мечтают найти рядом с ней пульсары: эти космические маяки посылают радиоимпульсы с точностью атомных часов.

В августе 2017 года детекторы гравитационных волн поймали сигнал от слияния двух нейтронных звёзд — сверхплотных остатков взорвавшихся светил. В тот же миг по всей Земле шли обычные будни: самолёты садились, машины ехали, а навигаторы считали маршруты.

В плотном ядре шарового скопления NGC 6397, где звёзды теснятся как пассажиры в час пик, астрономы заметили странную пару. Одна звезда — белый карлик с температурой поверхности 16 000 К (раскалённый остаток звезды, остывающий миллиарды лет), а рядом с ней кружится невидимый компаньон. Они оборачиваются вокруг общего центра масс за 0,54 дня — быстрее, чем Земля вокруг своей оси.

В туманности Тарантул, где рождаются тысячи звёзд, одна яркая голубая звезда ведёт себя странно. Она то приближается к нам, то удаляется — как будто её кто-то тянет за невидимую верёвку. Этот «кто-то» делает полный оборот за 17 дней, но в телескопы его не видно. Астрономы 30 раз снимали звезду с помощью спектрографа, который раскладывает свет на цвета, как призма.

Астрономы 39 лет записывали, как звезда BE Рыси то разгорается, то гаснет. Её свет пульсирует с ритмом в несколько часов — как маяк, который мигает без остановки. Но в этом ритме нашёлся сбой: иногда вспышки приходили чуть раньше, иногда чуть позже. Звезда то приближалась к Земле, то отдалялась — словно её кто-то тащил по кругу. Выяснилось, что BE Рыси не одинока.

Семья переехала в тесную квартиру в центре города. Если переезд был спокойным, вместе с ней могли бы поселиться и родственники. Но если семью выселили из старого дома бурей, то в новой квартире она окажется одна. Примерно так астрономы разбираются в судьбе горячих юпитеров — планет-гигантов, которые кружат вплотную к своей звезде, порой ближе, чем Меркурий к Солнцу.