Позже Джоселин Белл Бёрнелл занялась рентгеновской астрономией и начала работать в группе, готовившей к запуску британский рентгеновский астрономический спутник “Ариэль-5”. Ранним утром 10 октября 1974 года “Ариэль” был успешно запущен, а в полдень она услышала объявление о присуждении Нобелевской премии за открытие пульсаров. У этого события были два важных аспекта, которые имели особое значение для Белл Бёрнелл. Во-первых, Нобелевский комитет окончательно признал астрофизику в качестве раздела науки, достойного Нобелевской премии по физике. (Еще в 1920-е годы этого – безуспешно – пытался добиться Эдвин Хаббл[21].) Во-вторых, ее не оказалось среди награжденных. Премия досталась Энтони Хьюишу и Мартину Райлу.
Она была кембриджской двадцатичетырехлетней аспиранткой, когда вместе со своим руководителем Энтони Хьюишем занялась поиском квазаров – ярких радиоисточников, которые по своим размерам похожи на звезды. В те времена квазары еще называли квазизвездными радиообъектами и их природа представлялась загадочной. Джоселин Белл в полевых условиях занималась установкой радиоантенн, сыгравших важную роль в развитии астрофизики. Они успешно использовались для поиска квазаров, но с их помощью было невозможно определить размеры этих объектов. Наряду с сигналами от квазаров прибор записывал на длинные бумажные ленты многочисленные радиовсплески. Джоселин Белл просмотрела сотни (тысячи?) метров таких записей. Большинство аномалий были обусловлены антропогенными источниками или же помехами иного рода. Но один странный сигнал объяснить никак не удавалось. Он имел астрономическое происхождение. Как рассказывала сама Джоселин, осознание того, что она обнаружила нечто действительно важное, приходило постепенно. В узком профессиональном кругу радиоастрономов источник периодического сигнала прозвали LGM (Little Green Men — маленькие зеленые человечки). Но оказалось, что существуют еще более точные часы, чем те, которые создала цивилизация маленьких разумных зеленых человечков. Это были пульсары.
Пульсары представляют собой сильно намагниченные и быстро вращающиеся нейтронные звезды. Магнитное поле гигантских астрономических магнитов в миллионы, триллионы или, в экстремальных случаях, в тысячи триллионов раз сильнее магнитного поля Земли. Масса нейтронной звезды не превосходит две массы солнца. Ее размер не превышает тридцати километров в поперечнике. Период вращения быстро вращающейся нейтронной звезды равен примерно одной секунде, хотя встречаются и такие, которые за секунду делают вокруг своей оси сотни оборотов. Заряженные частицы, ускоренные почти до световых скоростей, двигаясь в магнитном поле звезды, формируют узконаправленный радиолуч, который вращается вместе с нейтронной звездой, состоящей из ядерной материи с огромной плотностью. Чайная ложка материала нейтронной звезды имела бы массу, эквивалентную массе горного массива на Земле. Гравитационное притяжение нейтронной звезды настолько сильное, что на ее поверхности человек фактически растечется и сольется с поверхностью звезды. Из-за сильных гравитационных эффектов на поверхности нейтронной звезды практически отсутствуют какие-либо неровности: гравитационное притяжение разрушает любые возвышения. Неровности на поверхности типичной нейтронной звезды настолько малы, что десятисантиметровая складка квалифицируется как горный массив (хотя это и зависит от неизвестных особенностей устройства коры нейтронной звезды). Вращающаяся нейтронная звезда с завидной периодичностью посылает в космос сигналы. Когда вращающийся в пространстве радиолуч освещает Землю, это производит эффект тиканья чрезвычайно точных часов – в некоторых случаях даже более точных, чем точнейшие атомные часы. Но в 1967 году открывшая первый пульсар Джоселин Белл Бёрнелл могла наверняка утверждать лишь то, что наблюдаются серии импульсов с периодом чуть меньше одной секунды и что приходят эти импульсы из космоса.
“Это был чудный миг, – говорит Сьюзен, вспоминая о появлении в данных второго подобного источника периодических сигналов. Тот самый миг, когда странности начали претендовать на превращение в открытие. – Обнаружив один странный сигнал, я была готова увидеть и другие”. Ей удалось отыскать первые четыре пульсара из всех, что открыли ученые.
Год спустя пульсар был обнаружен в центре Крабовидной туманности, представляющей собой светящийся газ, выброшенный во время взрыва сверхновой. (Крабовидная туманность видна с Земли и, судя по историческим хроникам, впервые была описана как астрономическое явление в 1054 году нашей эры.) Отсюда следовало, что нейтронные звезды возникают в результате коллапса ядра, оставшегося после взрыва гаснущей звезды. Сейчас мы уже знаем, что в нашей Галактике существуют несколько сотен миллионов нейтронных звезд и что сотни тысяч из них являются пульсарами.
Хьюишу не требовалось объяснять, почему он стал Нобелевским лауреатом. Как научный руководитель он дал своему студенту задание – даже если задание это заключалось в поиске квазаров. Сложнее понять, почему среди получателей премии не оказалось Джоселин Белл Бёрнелл. Я спросила, не считает ли Сьюзен, что ее бывший научный руководитель мог бы для нее расстараться, а она спокойно ответила: “Когда вы получаете премию, не ваша забота объяснять, почему ее присудили именно вам”. И добавила, что ее слава тоже не обошла стороной. В качестве справедливой компенсации она продолжает получать, кажется, все прочие существующие в мире премии, медали, почести и награды. Дама (Сьюзен) Джоселин Белл Бёрнелл: Дама-Командор Ордена Британской империи, член Королевского общества, президент Королевского общества Эдинбурга, член Королевского астрономического общества, обладательница множества почетных медалей, десятков званий почетного доктора и т. д., и т. д., и т. д.
Открытие пульсаров оказалось важным также и для теоретической астрофизики. Радиомаяк нейтронной звезды был обнаружен в нашем собственном Млечном Пути, всего в нескольких сотнях световых лет от нас. Это событие подвело итог полувековым дебатам о конечном состоянии гравитационного коллапса звезд – тем самым дебатам, начало которым положил Уилер. Пульсары стали первым доказательством существования нейтронных звезд. Если нейтронные звезды могут образовываться в результате гравитационного коллапса гаснущих звезд, то точно так же могли образовываться и черные дыры. Эйнштейн не признавал существования черных дыр. Для него эти объекты существовали только в качестве любопытного математического решения, имеющего ограниченное применение. Материя должна была противостоять такому катастрофическому сжатию. Однако разработчики ядерного оружия пришли к иному выводу. Достаточно массивное ядро потухшей звезды будет испытывать беспрепятственное сжатие, минуя состояние нейтронной звезды, и будет продолжать сжиматься до тех пор, пока на его месте не образуется черная дыра. Но до 1967 года не было ни одного надежного наблюдения, которое могло бы окончательно разрешить эту теоретическую неопределенность. И вот Джоселин Белл Бёрнелл нашла доказательства существования нейтронной звезды. Это открытие, и само по себе крайне важное, имело важнейшие последствия: оно значило, что черные дыры реальны. (Один знаменитый астрофизик, встретив как-то Джоселин на научной конференции, сказал ей: “Мисс Белл, вы совершили величайшее астрономическое открытие двадцатого века”.)
Но хотя обнаружение пульсаров и сделало черные дыры более “достоверными”, наблюдатели еще несколько десятилетий терпеливо накапливали данные, прежде чем большинство астрофизиков признало их существование. Реальная черная дыра расположена в созвездии Лебедя – в этой случайной, как и все прочие созвездия, конфигурации звезд. Некоторые звезды, определяющие контуры Лебедя, находятся от нас на тысячи световых лет дальше, чем другие звезды того же созвездия. Звезды коварным образом выстраиваются так, что получается некий рисунок, который якобы проецируется на поверхность (воображаемой) небесной сферы. Такие светящиеся точки, удачно оказавшиеся рядом друг с другом, Птолемей соединил в узор, напоминающий очертания лебедя, откуда и произошло название созвездия.
Черные дыры получают или свое собственное имя, или производное от названия созвездия. Эту черную дыру мы называем Лебедь Х-1. Поскольку астрономические названия преследуют информативные цели, это эффектное наименование отражает направление обнаружения черной дыры и природу ее открытия. Черная дыра находится в двойной звездной системе, и это значит, что мертвая звезда не одинока. У нее имеется спутник – живая голубая звезда. Двойная система является интенсивным источником Х-лучей – электромагнитного излучения чрезвычайно высокой энергии, достаточно высокой для того, чтобы пройти сквозь мягкие ткани вашего тела, но не настолько высокой, чтобы пройти сквозь ваши кости. Вы могли бы получить свой рентгеновский снимок, используя излучение источника Лебедь Х-1.
Обнаруженная в 1964 году черная дыра в созвездии Лебедя была, вероятно, первой из когда-либо обнаруженных черных дыр. Но бурные споры о гравитационном коллапсе, приводящем к их образованию, продолжались до середины 1970-х годов и утихли лишь в 1990-е. Большая голубая звезда – сверхгигант – вращается на очень близкой к черной дыре орбите. При этом черная дыра обладает массой, примерно в пятнадцать раз превосходящей массу нашего солнца. Газ атмосферы голубого сверхгиганта втягивается черной дырой, и в виде тонкого диска он будет вращаться вокруг черной дыры до тех пор, пока не исчезнет под горизонтом событий. Черная дыра постепенно поглощает своего компаньона. В процессе падения на черную дыру газ разогревается до миллионов градусов и начинает ярко светиться. В результате вся область вокруг черной дыры превращается в мощный источник рентгеновских лучей.
В действительности двойная звездная система находится на расстоянии шести тысяч световых лет от Солнечной системы, и ее физическое положение никак не связано с фактическим расположением других звезд в созвездии. Как уже говорилось, их всех объединяет только направление. Черная дыра и голубой сверхгигант делают полный оборот друг вокруг друга с периодом, равным примерно пяти суткам. Это астрономическое шоу идет без перерыва.