För exakt ett halvt sekel sedan fick astronomer en konstig signal, som ursprungligen misstogs för meddelanden från utlänningar. Hur pulsars skrämde forskare och vad de blev för astronomer 50 år senare, sa den ledande forskaren vid Moskva statsuniversitetet, doktor för fysikaliska och matematiska vetenskaper, astrofysiker Sergej Popov.
- Sergey, för exakt 50 år sedan upptäckte radioastronomer i Cambridge en radiopulsar för första gången. Hur hände det här?- Det var 1967, hela Storbritannien förberedde sig för 50-årsjubileumet för den stora oktober, Pink Floyd släppte sitt första album, The Beatles inspelade Sgt. Peppers Lonely Hearts Club Band, om jag inte tar fel. Jocelyn Bell, som forskarstuderande, fick 30 meter papper varje dag, där uppgifterna om radiosignaler skrivs med en inspelad knutad hand. Och hon arbetade med dem. Långsamt började hon märka en konstig signal som upprepade gånger kommer från samma himmelområde. Hon såg att signalen kommer varje 23 timme och 56 minuter, det vill säga under jordens revolution i förhållande till stjärnorna. Den första sådana signalen på inspelningarna av inspelaren, noterad av henne, hänvisar till 6 augusti. Men de identifierade allt detta senare. Sedan rapporterade hon detta till ledaren, Anthony Hewish, och de hade många tvivel om hur verklig denna signal var. Det beslutades att testa denna signal och den 28 november krönades deras verifiering med framgång. Dessutom insåg de i det ögonblicket att denna signal kommer med en period på 1,33 sekunder. Då var det nödvändigt att kassera ett gäng med alla möjliga alternativ, inklusive utlänningar. Vi kommer aldrig att veta hur allvarligt vem av dem som tog den här versionen - tiden var så, alla medvetande utvidgades. Strax före jul, medan han lämnade för semestern, upptäckte Jocelyn en andra källa. Jocelyn upptäckte en andra källa. Jocelyn upptäckte en andra källa.
Och de hade ingen brådska med att informera världen om upptäckten?
- Det fanns en mycket allvarlig möjlighet att denna signal var konstgjord, och därför kom Hewish på tanken att om signalen kommer från en viss planet, och planeten kretsar kring sin stjärna, kommer en ganska stark Doppler-förskjutning av signalen att märkas. De undersökte medvetet detta alternativ och avvisade det, det vill säga de insåg att källan inte är på ett objekt som periodvis rör sig runt stjärnan. Ja, då publicerade de en artikel i Nature, där Huish var den första författaren i enlighet med den tidens traditioner och beställningar och Bell var den andra.
Sedan var det en stor diskussion om objektets natur och mindre än sju år senare, ganska snabbt, delades Nobelpriset ut för detta.
Och det var inte utan skandaler - Bell stod kvar utan pris
- Ja, Frel Hoyle skrev ett brev till tidningen och talade om det faktum att det hon gjorde inte var oavsiktligt, och det var hon som märkte att signalen kommer från en del av himlen med skillnad i sidor. Det diskuterades något om detta, och Jocelyn skrev själv senare att hon inte kränktes och hade inga klagomål. Åtminstone kan vi säga att ingen pressade eller drev någon där med avsikt.
Det konstiga föremålet visade sig vara en neutronstjärna, men det var så när deras existens förutspåddes tidigare?
Kampanjvideo:
- Ja, neutronstjärnor har förutspått sedan 1930-talet. I början, redan före upptäckten av neutroner, fanns det en abstrakt teoretisk förutsägelse gjord av Landau att det kan finnas supertäta stjärnor med en densitet som en atomkärna. Sedan 1934, när neutronen upptäcktes, dök upp en artikel av Baade och Zwicky, där det korrekt förutses att neutronstjärnor huvudsakligen kan bestå av neutroner och att de är födda i supernovaexplosioner. De angav viktiga nyckelparametrar. Sedan dyker upp på ett eller annat sätt förekomsten av neutronstjärnor bland teoretiker, någonstans i mitten av 60-talet började de i detalj modellera kylningen av dessa källor. Och generellt sett, på 67: e året, skrev en artikel av Franco Pacini, där pulsarstrålning nästan förutses.
Så med upptäckten av 1967 blev en hel klass nya föremål av stjärnmassor på stor skala känd för vetenskapen. Vilka är deras typer?
- Det finns verkligen många olika neutronstjärnor. Men detta är främst de senaste åren. Först trodde man att alla unga neutronstjärnor liknar pulsaren i krabbnebulan. Och vi kan se gamla neutronstjärnor i binära system om materien strömmar över dem från en följeslagare. Och sedan visade det sig att unga neutronstjärnor kan manifestera sig på ett mycket olika sätt. Den mest kända typen av källor är förmodligen magnetar.
Magneter kan betraktas som en av de ljusaste upptäckterna av den rysk-sovjetiska astronomin - blinkande föremål som når maximalt en helt fantastisk strålningskraft, mer än 10 miljarder solsken.
Å andra sidan finns det fortfarande unga neutronstjärnor. Men de skiljer sig helt från pulsars, d.v.s. manifesterar sig inte som pulsars. Dessa är till exempel kyla neutronstjärnor i solenergi, de så kallade. De magnifika sju. Det finns källor i supernovarester. Det är väldigt vackert när vi ser en liten punkt röntgenkälla som inte visar någon aktivitet i mitten av resten. Det är en ung neutronstjärna och vi ser strålning från dess heta yta. Det finns också olika intressanta varianter av pulsars, till exempel roterande radiotransienter - objekt som ger en impuls inte varje revolution.
Vilken roll började pulsars spela i astronomi och i tillämpade problem?
- I allmänhet var alla forskare bedövade av stabiliteten i rotationen av pulsarna, så pulsaren fungerar som en mycket exakt klocka.
Och detta ger ett utmärkt tillfälle att testa General Relativity. Det andra Nobelpriset för neutronstjärnor gavs i själva verket för att kontrollera den allmänna relativiteten för dessa föremål (i synnerhet bekräftades förekomsten av gravitationsvågor indirekt).
Ämnet i djupet av neutronstjärnor är i ett supertätt tillstånd - i ett sådant tillstånd att vi inte kan ta emot i laboratorier på jorden. Och detta är intressant för fysiker. Det finns ett mycket starkt magnetfält på deras yta, vilket också är omöjligt att få i ett laboratorium. Pulsars visar ibland periodfel som ändras plötsligt. Och den första idén var att detta beror på en paus i jordskorpan. Men i själva verket verkar det som om det fortfarande inte är skorpefel, men det finns en ännu mer intressant effekt förknippad med att det finns virvlar av överflödiga neutroner i jordskorpan. Och när systemet med dessa virvlar byggs om, då inträffar ett periodfel - stjärnan accelererar kraftigt sin rotation.
Och som de säger är pulsars av nationell ekonomisk betydelse.
Under en lång tid trodde man att det viktigaste är deras rotationsstabilitet. Därför utvecklades exakta tidsstandarder baserade på radiopulsars mycket allvarligt.
Och det faktum att de inte har genomförts idag beror bara på det faktum att det också är mycket allvarliga framsteg när det gäller att skapa atomklockor. Så neutronstjärnor var inte användbara här, men de behövdes för att lösa ett annat problem.
I rymdforskning finns det problem med autonom navigering av satelliter. Om vi har ett rymdskepp som flyger någonstans mellan Jupiters och Saturn, måste det idealiskt själv bestämma var och när man ska sätta på motorn för att korrigera banan. För att göra detta måste han känna till sin hastighet och plats. Nu löses detta genom ständig kontakt med jorden. Men det här är dåligt. För det första eftersom signalen kan gå fram och tillbaka i flera timmar, och för det andra måste du driva en kraftfull radiosändare ombord. Det skulle vara bra om satelliten kunde bestämma detta på egen hand. Och pulsars är den perfekta lösningen. Eftersom de ger stabila impulser.
Satelliten rör sig relativt solsystemets masscentrum. Respektive, Om vi beräknar ankomsttiderna för pulser för barycentret kan vi från förseningen i den uppmätta ankomsttiden bestämma satellits koordinater i solsystemet.
Om satelliten rör sig, inträffar Doppler-effekten. Om den rör sig mot pulsaren ökar frekvensen för ankomst av pulser. Om den är i motsatt riktning, minskar den. Om flera sådana pulsars observeras kan apparatens tredimensionella position och hastighet bestämmas exakt. Idag har tekniska framsteg gjort röntgendetektorer ganska billiga, lätta och energieffektiva. Och den första kinesiska satelliten med en prototyp av ett sådant navigationssystem flyger redan. Och den andra prototypen testas nu på International Space Station. Det finns en amerikansk enhet NICER, inom ramen för dess användning, genomförs SEXTANT-experimentet, där röntgennavigeringssystemet testas. Troligen kommer nästa generations interplanetära stationer redan att styras av pulsars.
Pavel Kotlyar
