шиеся в какой-то космической печи. Поскольку пыль не пропускает видимый свет, с помощью оптического телескопа непросто узнать, что там за ней находится. Но радиоволны через пыль пробиваются. Угловой размер, который занимает изображение, составляет примерно четыре угловых размера Луны (то есть размера Луны, каким он кажется, если смотреть с Земли), и на нем запечатлен Стрелец А* – центральная сверхмассивная черная дыра нашей Галактики.
И вот мы здесь, посреди пустыни Кару, проехали последнюю ферму и загон для скота и очутились у проходной. Приветливый охранник оперативно зарегистрировал нас: он знал Ангуса, кроме того, наш визит был давно согласован. За второй проходной мы наконец попадаем к месту назначения – к маленькому, с виду невзрачному домику.
Внутри я встречаюсь с Андре – американским инженером из Миннесоты, который уже пять лет в MeerKAT занимается передачей данных. Он варит суп из чоризо и капусты кейл, и после целого дня, проведенного на сэндвичах из супермаркета, эти запахи показались мне совершенно умопомрачительными. Мне и в помещении запрещено было пользоваться лэптопом и телефоном, так что я смогла это сделать, только когда Флауэрс отвел меня в Бункер – подземное сооружение, расположенное в нескольких метрах от домика. По дороге туда он предупредил, что стоит опасаться змей и скорпионов. Я вошла через массивную металлическую дверь толщиной около двадцати сантиметров, в закрытом виде совершенно незаметную в стене из-за отсутствия щелей. В комнате стояли компьютеры, подсоединенные к интернету с помощью кабеля Ethernet. Это единственное место в MeerKAT, где работник или гость может выйти в интернет.
На следующее утро я наконец увидела радиотелескоп. На мне были высокие кожаные ботинки до щиколотки с металлическими носками, спасающие от ползающих скорпионов и змей, а также от строительного мусора (на территории все еще ведется стройка). Антенны MeerKAT красивы и на африканском солнце кажутся ослепительно белыми. Все они сконструированы и собраны здесь же, а установлены только в последние несколько месяцев. Одна из них выглядит немного иначе, чем остальные. Когда мы подъезжаем ближе, Ангус объясняет: “Это первая тарелка антенной системы телескопа SKA, которую сейчас устанавливают. Исторический момент”. Ее основание напоминает ствол дерева без кроны, а сама тарелка лежит рядом, на земле, и вокруг суетятся инженеры в оранжевых касках. В течение нескольких последующих лет на площади в один квадратный километр к антенным тарелкам MeerKAT будет добавлено сто тридцать таких антенн, отсюда и название – Square Kilometer Array. Кроме того, около 130 тысяч низкочастотных антенн будет установлено в удаленном районе Австралии, где расположен телескоп ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder, “австралийская исследовательская антенная система площадью в квадратный километр”) – другой предшественник телескопа SKA (см. больше о телескопе ASKAP в главе 9).
История SKA восходит к концу восьмидесятых годов. Как и в грандиозных проектах RHIC, LHC и других, при составлении плана строительства и самом конструировании больших обсерваторий появляются возражения и предлагаются разные варианты. В течение последних десятилетий то тут, то там возникали разные идеи мегателескопов. Канадские астрономы предложили построить радиотелескоп Шмидта, использовав стодвадцатиметровые антенны, обеспечивающие широкое поле зрения. Голландцы захотели построить внегалактический телескоп с огромной собирающей поверхностью. А индийцы заявляли, что их идея построить антенную систему из ста шестидесяти тарелок диаметром семьдесят пять метров каждая – самая лучшая. Крупной международной организации, объединяющей радиоастрономов, не существует, но ученые прекрасно поняли: чтобы построить мегателескоп, они должны работать вместе. В 1993 году члены Международного союза по радионаукам предприняли первый конкретный шаг – решили организовать рабочую группу по строительству большого радиотелескопа. Прошло еще несколько лет в спорах о названии, логотипе и – самое важное – месте для будущего телескопа. В конце концов ученые выбрали два места для строительства – Австралию и Южную Африку, поскольку Южное полушарие предпочтительнее для наблюдения Млечного Пути, ведь именно там наименьшие радиопомехи. И обе страны быстро построили предшественников SKA – ASKAP в Австралии и MeerKAT в Кару.
Если все пойдет по плану, к 2028 году обе части обсерватории SKA – ASKAP и MeerKAT — начнут сканировать небо во много раз быстрее, чем все другие радиотелескопы, и к тому же в настолько широком диапазоне частот, что их чувствительность в пятьдесят раз превысит чувствительность всех остальных радиообсерваторий, вместе взятых. Ученые надеются, что после запуска этой обсерватории они смогут обнаружить больше объектов, излучающих радиоволны, в частности пульсаров и источников всплесков, чем когда-либо раньше, и с гораздо лучшим разрешением. Другая цель SKA: разобраться в природе темной энергии – таинственной силы, которую считают ответственной за ускоренное расширение Вселенной. Система телескопов будет использоваться также и для изучения образования самых первых звезд и галактик, получения информации о магнитных полях, пронизывающих весь космос, и даже для того, чтобы попытаться найти следы внеземных цивилизаций.
Обсерватория SKA будет также превосходным инструментом для определения масс нейтронных звезд на основании хронометрирования пульсаров (больше информации об этом см. в разделе “Чуть глубже: Хронометрирование пульсара” в главе 4). В самый первый раз массу нейтронной звезды астрономы измерили с помощью телескопа Arecibo16.
Все началось в 1974 году, то есть в том же году, когда Энтони Хьюиш был удостоен Нобелевской премии по физике за открытие пульсаров. Астрономы Рассел Алан Халс и Джозеф Хутон Тейлор работали в джунглях Пуэрто-Рико в крошечной аппаратной рядом с антенной тарелкой диаметром 305 метров, установленной в естественном углублении в земле. Они открыли пульсар – новую нейтронную звезду, вращающуюся со скоростью семнадцать оборотов в секунду. Понаблюдав пульсар, они заметили причудливые, но регулярные изменения времени получения импульсов: иногда те приходили немного раньше, чем предполагалось, иногда чуть позже. Нехитрые математические выкладки и некоторые логические заключения привели астрономов к выводу, что существует второе тело, обращающееся вместе с пульсаром вокруг их общего центра масс. Это стало первым доказательством существования пульсара в двойной системе, где нейтронная звезда не была одинокой, а имела компаньона.
Позже они выяснили, что вторым компонентом была вторая, тоже нейтронная звезда, а не белый карлик, хотя в последующие годы именно белый карлик в качестве компаньона нейтронной звезды встречался гораздо чаще. Кроме того, наблюдения Халса и Тейлора позволили впервые точно измерить массу нейтронной звезды. Они установили, что массы нейтронных звезд в обнаруженной ими двойной системе равны примерно 1,4 массы Солнца (1,44 для пульсара, 1,39 Для нейтронной звезды-компаньона). Значения обеих масс находились подозрительно близко к пределу Чандрасекара. Как упоминалось в первой главе, этот пульсар теперь носит имя своих первооткрывателей: пульсар Халса – Тейлора (PSR B1913 + 16)17.
К настоящему времени астрономы с помощью хронометрирования пульсаров определили массы примерно тридцати пяти нейтронных звезд – в диапазоне от 1,17 до чуть более двух масс Солнца. В обсерватории Кару ученые начали хронометрировать пульсары в рамках проекта, названного MeerTIME. По словам астронома Фернандо Камило из Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (мы говорили о нем в главе 4), наблюдения известных пульсаров с помощью этой антенной системы уже сделали ненужными другие телескопы. Обсерватории MeerKAT и Parkes находятся в Южном полушарии, и антенная система Кару может сосредоточиться на тех пульсарах, которые были обнаружены за много лет телескопом Parkes, но которые нельзя увидеть с помощью телескопа Green Bank, находящегося на севере. “По данным наблюдений Parkes масса нейтронной звезды часто вычислялась с большой погрешностью, – говорит Камило, – а благодаря чувствительности MeerKAT можно проделать эти измерения намного лучше и быстрее. Представьте, что с помощью MeerKAT вы наблюдаете двадцать хорошо известных двойных систем – ив течение года или даже меньше можно по-настоящему точно измерить две или три больших массы. Это может иметь огромное значение”.
Однако измерения одних только масс недостаточно. Ученые также пытаются очень точно измерить радиусы нейтронных звезд, чтобы найти ограничения, накладываемые на их уравнения состояния. Но радиусы измерить сложнее. Группа исследователей во главе с Майклом Крамером, директором Радиоастрономического института Макса Планка в Германии, в течение многих лет пыталась использовать данные о единственной известной двойной системе, образованной двумя пульсарами (двойном пульсаре), чтобы найти предельные значения момента инерции нейтронной звезды, являющегося функцией массы и радиуса. Поскольку массы уже известны, отсюда можно было бы получить некоторые предельные значения радиуса18.
Однако лучшие оценки размеров основаны на наблюдениях яркости полного потока рентгеновского излучения от поверхности пульсаров с учетом известного расстояния до Земли. Это непростой расчет, но он позволил астрономам определить значения радиусов, которые согласуются с лучшими теориями, описывающими нейтронные звезды. По оценкам ученых, нейтронные звезды имеют радиус от 9,9 до 11,2 километра, хотя радиусы некоторых из них приближаются к верхнему пределу, примерно равному 14 километрам.
Другой способ найти радиус – наблюдение очень быстро вращающихся (с миллисекундным периодом) пульсаров, дополненное предположением о том, что наибольшая измеренная масса соответствует верхнему предельному значению радиуса. До сих пор такое измерение верхнего предельного значения радиуса было проделано только однажды – для нынешнего рекордсмена среди пульсаров по скорости вращения.