радиопульсар

В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была тёмным океаном, в котором зажигались первые звёзды и чёрные дыры. Некоторые из этих чёрных дыр выбрасывали узкие струи плазмы, летевшие почти со скоростью света. Если такая струя смотрит прямо на Землю, мы видим её как яркую точку — блазар.

Пульсар PSR J0614-3329 делает 318 оборотов в секунду. Точка на его экваторе летит со скоростью около 10% скорости света. Со стороны звезда выглядит как маяк, который вращается так быстро, что его луч сливается в сплошное кольцо. Но телескоп NICER на Международной космической станции ловит отдельные вспышки рентгеновского света и по их рисунку восстанавливает форму невидимого тела.

Радиоволны от далёкого пульсара проходят сквозь межзвёздную среду, и на их пути встречаются невидимые магнитные структуры размером с расстояние от Солнца до Земли. Одна из таких структур — токовый слой, где магнитное поле резко меняет направление, как стрелка компаса, перескочившая с севера на юг.

Ночное небо полно колец и пузырей, но в радиодиапазоне они выглядят иначе. В данных австралийского радиотелескопа ASKAP всплыла структура, похожая на два мыльных пузыря, выдутых из одной соломинки. Один пузырь почти идеально круглый, второй слегка налезает на него — будто их выдохнули с разницей в секунду.

Ночью на берегу стоит маяк. Его лампа погашена почти всегда — но раз в несколько дней, на долю секунды, он вспыхивает так, что свет виден за горизонтом. Именно так ведёт себя PSR J2108+5055: нейтронная звезда в нашей Галактике, которая молчит годами, а потом выдаёт одиночный радиоимпульс, способный затмить целые созвездия.

Маяк загорается на долю секунды и снова гаснет. Такие вспышки в радиодиапазоне ловит телескоп MeerKAT в Южной Африке. За время наблюдений он поймал 27 новых источников, которые раньше никто не видел. Нейтронные звёзды — это остатки взорвавшихся светил, сжатые до размеров города. Некоторые из них, как испорченный прожектор, посылают радиолучи не постоянно, а короткими порциями.

Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звёзды, сверхплотные остатки массивных звёзд, которые испускают радиоимпульсы, как маяк. Но некоторые из них молчат почти всё время, лишь изредка выбрасывая одиночный импульс. Такие объекты называют вращающимися радиотранзиентами (RRAT).

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.

На заключительном этапе эволюции массивной звезды её ядро стремительно сжимается за доли секунды, порождая вспышку сверхновой — взрыв, отмечающий гибель светила. Этот катаклизм возмущает само пространство-время, испуская гравитационные волны — рябь, которая распространяется сквозь Вселенную, подобно кругам на воде от брошенного камня.

Три миллисекунды до слияния. Огромная чёрная дыра с бешеной скоростью вращения втягивает в себя нейтронную звезду — шар размером с город, но с массой в полтора Солнца. Приливные силы растягивают звезду в тонкую, как игла, нить и расшвыривают вещество прочь.

В июне 2024 года радиотелескоп CHIME зарегистрировал от источника FRB 20240114A более 700 радиовсплесков в час. Такой гипер-активный репитер за час выплёскивает почти всю магнитную энергию обычного магнетара (нейтронная звезда со сверхсильным полем).

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.

В безмолвном океане Галактики зрелые цивилизации, вероятно, давно избрали неожиданную стратегию: вместо громогласных маяков они рассеивают тихих светлячков — автономные межзвёздные лазерные маяки, дрейфующие в пустоте и роняющие микросекундные вспышки. Эти «семена контакта» не привязаны к родным звёздам и не гаснут в их сиянии.

В мире, закованном в кристаллическую решётку и охлаждённом почти до абсолютного нуля, материя умеет скрывать свои главные тайны. Квантовая спиновая жидкость — состояние, где спины электронов никогда не замирают даже при нулевой температуре, оставаясь в вечно мерцающей суперпозиции.

Два сверхплотных шара, каждый размером с город, кружатся в танце. Их масса меньше солнечной, но внутри — вещество, сжатое до немыслимых пределов. Один шар — нейтронная звезда, другой — странная звезда, целиком состоящая из кварков (элементарных частиц, из которых сложены протоны и нейтроны). Когда они сталкиваются, разница становится слышна.

В 1967 году астрономы поймали первый радиосигнал от далёкого космического маяка — пульсара. С тех пор открыты тысячи таких звёздных остатков, режущих пространство лучами, точно револьверная очередь. Но недавно обнаруженные медленные радиотранзиенты, вроде PSR J0901-4046 с периодом 75.9 секунды, заставили усомниться в этой стройной картине.

3I/ATLAS ворвался в Солнечную систему как незваный гость, подарок судьбы для охотников за внеземным разумом. Этот кометоподобный странник из глубин Галактики пролетел достаточно близко, чтобы его можно было расслышать во всех подробностях — в отличие от далёких экзопланет.

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.

Нейтронные звёзды, рождающиеся в огне сверхновых, не перестают удивлять даже спустя почти век после предсказания.

Пара нейтронных звёзд, сплетённая гравитационным замком, чертит в пустоте невидимые круги. Сто лет назад Альберт Эйнштейн описал этот танец как волны искривлённой геометрии, но долгое время мы могли следить за ним лишь краем глаза — по лихорадочному мерцанию радиоимпульсов.

Ещё Джоселин Белл Бернелл, впервые зарегистрировавшая строгую периодичность радиосигналов, заметила, что некоторые импульсы внезапно пропадают. Сегодня мы знаем: переменность — не каприз, а голос сложнейшей электродинамики.

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.

Фигурист на льду прижимает руки к телу — и его вращение резко ускоряется. Когда массивная звезда исчерпывает топливо и её ядро схлопывается, происходит нечто похожее, только в космических масштабах. Ядро сжимается в шар размером с город, и если оно быстро вращается, внутри может возникнуть особая нестабильность.

Нейтронная звезда — это шар размером с город, но с массой, как у целого Солнца. Магнитное поле там способно разорвать атомы на расстоянии в тысячи километров.

Волчок крутится с огромной скоростью и вместо ровного жужжания издаёт тихое гудение — потому что он чуть-чуть помят. Примерно так работают нейтронные звёзды: шары размером с город, сжатые до такой плотности, что чайная ложка их вещества весит как гора.

Первую экзопланету — мир за пределами Солнечной системы — открыли у крайне необычного космического маяка: нейтронной звезды, проявляющей себя как пульсар экзопланета нейтронная звезда. Нейтронные звёзды — это сверхплотные остатки погибших светил, сжатые до поперечника в десяток километров.

Две нейтронные звезды сближаются по спирали, чтобы через мгновение слиться в одну. Их танец длится доли секунды, но перед самым финалом одна из звёзд врезается в магнитную оболочку другой — словно пловец, рассекающий воду и поднимающий волны. В этот миг рождается сложная система токов, уносящих энергию прочь.

В глубине космоса быстро вращающаяся нейтронная звезда, пульсар по прозвищу Маяк, мчится сквозь разреженный газ. Словно катер, рассекающий воду, он оставляет за собой светящийся след из заряженных частиц. Этот след виден в рентгеновских лучах как яркий хвост и тонкая нить, растянувшаяся на многие световые годы.

Be-звёзды — это быстро вращающиеся светила, окружённые ярким газовым диском. Обычно их раскручивает звезда-компаньон: вещество, перетекая с соседки, закручивает звезду, словно пулю в нарезном стволе — аналогия, упрощённо передающая передачу углового момента через аккрецию. Однако встречаются и одинокие Be-звёзды без пары, и их происхождение долго оставалось загадкой.

Две нейтронные звезды — это сверхплотные остатки мёртвых светил, каждая размером с город, но тяжелее Солнца. Их существование ещё в 1934 году теоретически предсказал Фриц Цвикки, предположив, что при коллапсе массивных звёзд вещество сжимается до ядерной плотности. Чайная ложка такого вещества весила бы миллиарды тонн.

Звезда весом в сто тысяч солнц живёт ярко и недолго. Финал её — стремительное сжатие в чёрную дыру. Но перед самым концом она успевает окутаться плотным газовым коконом. Именно такие коконы телескоп Джеймса Уэбба различает вокруг загадочных объектов — «маленьких красных точек».

Солнечное пятно — тёмный остров на раскалённой поверхности — дышит. Каждые три минуты от него расходится волна, бежит по невидимой магнитной арке и заставляет плазму над соседним пятном вспыхивать радиосигналом. Семь таких вспышек подряд поймали радиотелескопы 14 февраля 2024 года. Цепочка всплесков повторялась с периодом около 160 секунд.

Радиотелескоп ASKAP в Австралии разглядел в небе Южного полушария очень тусклое светящееся кольцо — как мыльный пузырь размером с несколько лун. Внутри кольца, точно в центре, сияет маленькая точка. Обычно такая картина означает одно: когда-то здесь взорвалась звезда, и от неё осталась расширяющаяся оболочка, а в середине — сжавшееся ядро. Но у этой пары есть странность.

В сердце скопления галактик Змееносца плавает пузырь горячей плазмы размером с несколько галактик. Он поднимается, как гигантский воздушный шар в атмосфере, и за ним тянется след — область, где газ приходит в движение. Учёные направили на этот след японский рентгеновский телескоп XRISM, чтобы измерить, как именно движется газ.

Ночное небо кажется спокойным, но если вслушаться в радиодиапазон, оно полно коротких щелчков и шорохов. Астрономы прочёсывают небо в поисках одиночных радиоимпульсов — всплесков длительностью в миллисекунды, которые приходят из разных уголков Галактики и из-за её пределов.

В 2017 году детектор IceCube поймал нейтрино из далёкой галактики TXS 0506+056. Это как услышать звонок из-за океана: сигнал пришёл оттуда, где рождаются самые энергичные частицы во Вселенной. Одновременно с нейтрино астрономы заметили вспышку гамма-лучей, а через два-три года — радиоволны. Почему радио опоздало?

Ночное небо полно маяков, которые мигают по расписанию. Пульсары — это быстровращающиеся нейтронные звёзды, и их радиоимпульсы приходят с точностью часового механизма. Но есть и другие маяки: они молчат минутами, часами, а потом вдруг выдают одиночный импульс — и снова замолкают.

Радиопульсар J1574+4703 — это звезда, которая ведёт себя как капризный маяк. Вместо того чтобы светить постоянно, она включает свой радиолуч короткими вспышками, а потом надолго замолкает. Такие объекты называют «вращающимися радиотранзиентами» — сокращённо RRAT.

Вселенная началась не с безмолвия, а с грандиозного всплеска — первичные гравитационные волны, рябь самой ткани пространства-времени, до сих пор разносят эхо того события. Уловить это эхо астрофизики пытаются двумя взаимодополняющими методами.

Над поверхностью Солнца висят длинные ленты светящегося газа — стримеры. Они похожи на гигантские арфы, натянутые в короне. Когда по такой ленте пробегает волна, она дрожит и изгибается, как струна после щипка. Долгое время считалось, что такую волну может запустить только очень быстрый выброс вещества — тот, что летит со скоростью более 500 километров в секунду.