Пульсары — вращающиеся нейтронные звезды, которые шлют в пространство пучки радиоволн. Это компактные и плотные остатки массивных звезд, они очень быстро крутятся, совершая полный оборот за несколько секунд. Их регулярные сигналы сначала принимали за морзянку от инопланетян. Пульсары — точные часы, и потому с их помощью можно проверять общую теорию относительности и обнаруживать гравитационные волны.

В 1967 году двое британских астрономов поймали необъяснимый космический сигнал. Радиотелескоп у них был довольно примитивный, и тем не менее им удалось сделать новый шаг в науке. Их телескоп состоял примерно из 120 миль проволоки и 2000 детекторов, развешенных между 1000 деревянных столбов, как гигантская бельевая сушилка, растянувшаяся на четыре акра поля в Кембриджшире. Когда в июле 1967-го этот телескоп был направлен на небо, его самописец выдавал по 30 метров графиков в день. Аспирантка Джослин Белл под руководством физика Тони Хьюиша прочесывала эти графики в поисках квазаров, мерцающих из-за возмущений в нашей атмосфере. Но нашла она кое-что другое.

Через два месяца наблюдений Белл заметила рваную полосу на графиках. Она была не похожа на остальные данные и исходила из одной точки в небе. Приглядевшись, Белл увидела, что полоса распадалась на повторяющиеся серии коротких радиоимпульсов через каждые 1,3 секунды. Белл и Хьюиш попытались вычислить, откуда приходит загадочный сигнал. Хотя из-за его точности можно было бы заподозрить, что источник — искусственный, ученые не смогли найти никакого излучателя. Принятые сигналы не походили ни на какие известные звезды или квазары.

Маленькие зеленые человечки?

Ученые, пусть и ненадолго, задумались о маловероятном: а что, если это сообщения внеземной цивилизации? В конце концов, решили, что сигналы не похожи на инопланетную морзянку, но Белл вспоминает, как злилась, что исследования идут не гладко. «Я пыталась защитить диссертацию на материале новой методики, а каким-то дурацким зеленым человечкам понадобилось выбрать именно мою антенну и мою частоту, чтобы выйти на связь». Астрономы не стали обнародовать данные, но продолжили наблюдения.

Вскоре Белл обнаружила второй пульсирующий источник — названный пульсаром — с периодом в 1,2 секунды. А к январю 1968-го они с Хьюишем нашли четыре таких источника. «Маловероятно, чтобы две разные компании зеленых человечков выбрали для отправки сигналов на Землю одну и ту же странную частоту в одно и то же время», — заметила Белл. С большей уверенностью в том, что они обнаружили новое астрономическое явление, Белл и Хьюиш опубликовали свое открытие в журнале Nature. -->

Нейтронные звезды

Астрономы кинулись искать объяснения находке Белл и Хьюиша. Их коллега по Кембриджу астроном Фред Хойл предположил, что эти импульсы может испускать нейтронная звезда, оставшаяся после взрыва сверхновой. Через несколько месяцев Томас Голд из Корнеллского университета предложил более развернутое объяснение: поток радиоволн от вращающейся нейтронной звезды пролетает мимо наблюдающего телескопа с каждым оборотом — так видно вспышку маяка с каждым поворотом лампы. Тем не менее, это впечатляет — нейтронная звезда может совершать полный оборот за секунду. Голд уверил, что это возможно, поскольку нейтронные звезды очень малы — лишь десятки километров в поперечнике. Сразу после взрыва сверхновой быстрое сжатие заставит их вращаться с высокой скоростью — как фигурист вращается быстрее, если прижмет руки к телу. У нейтронных звезд к тому же очень сильные магнитные поля. Именно они создают двойные радиопотоки, исходящие из полюсов звезды. Звезда вращается, и радиопотоки описывают в небе круги, которые выглядят как вспышки, если они направлены на Землю. Голд также предсказал, что пульсары будут постепенно замедляться от потери энергии, — и действительно: скорости вращения пульсаров уменьшаются на одну миллионную секунды в год.

Гравитационные волны

Обнаружение еще сотен пульсаров привело к дальнейшим замечательным открытиям. В 1974 году американские астрономы Джо Тейлор и Рассел Халс открыли двойной пульсар — быстро крутящийся пульсар, совершавший оборот вокруг другой нейтронной звезды каждые 8 часов. Эта система — серьезная проверка теории относительности Эйнштейна: поскольку две нейтронные звезды чрезвычайно плотны, компактны и близки друг к другу, вокруг них образуется экстремально сильное гравитационное поле, так что они дают нам возможность взглянуть на действительно искаженное пространство-время. Теоретики предсказывали, что с вращением двух нейтронных звезд по спирали по направлению друг к другу система будет терять энергию, испуская гравитационные волны. Наблюдая за изменениями частоты и орбиты пульсара, Халс и Тейлор подтвердили это предсказание.

Гравитационные волны — это искажения в ткани пространства-времени, распространяющиеся, как рябь на поверхности пруда. С помощью детекторов на Земле физики рассчитывают обнаружить смятия пространства-времени — фирменный знак проходящих гравитационных волн, но эти наблюдения невероятно сложны. Любые колебания на Земле, от сейсмической дрожи до вибраций от океанических волн, могут помешать чувствительному сенсору. В будущих миссиях собираются применять сразу несколько соединенных лазерами космических аппаратов на больших расстояниях друг от друга и с их помощью улавливать гравитационные волны, проходящие через нашу Солнечную систему.

Миллисекундные пульсары

В 1982 году был обнаружен новый вид пульсаров — с периодом обращения в миллисекунды (тысячные доли секунды). Его открыл американский радиоастроном Дон Бэкер. Удивительный пульсар вращался со скоростью 641 оборот в секунду. Астрономы считают, что такие пульсары возникают в двойных системах, где нейтронная звезда раскручивается волчком, втягивая материю от своей напарницы. Миллисекундные пульсары — очень точные часы, и астрономы пытаются, задействуя их, напрямую обнаруживать гравитационные волны, проходящие перед ними. Пульсары — несомненно полезные инструменты в арсенале астрономов.

Пульсары будут одной из основных целей радиотелескопа нового поколения, SKA (Квадратной километровой решетки) — огромной решетки связанных между собой антенн, которые начнут наблюдения в следующем десятилетии. Открытие десятков тысяч пульсаров, в том числе — большей части расположенных в нашей Галактике, даст радиоастрономам возможность проверить общую теорию относительности и изучить гравитационные волны.