Arecibo было отправлено сообщение в направлении скопления М13, адресованное внеземным цивилизациям. А в 1982 году с помощью этого телескопа астрономы впервые обнаружили миллисекундный пульсар, который вращается со скоростью 642 оборота в секунду.
И как мы уже знаем, на Arecibo Алекс Вольщан первым открыл экзопланету, обращающуюся вокруг пульсара3.
В июне 1990 года Вольщан обследовал области неба выше и ниже галактической плоскости в поисках миллисекундных пульсаров. Одной из его целей была проверка гипотезы, согласно которой миллисекундные пульсары, из-за того что они такие старые, за время своего существования могли успеть мигрировать с места рождения за пределы галактической плоскости в области, расположенные ниже или выше ее. И там, как он считал, должно обнаружиться множество таких пульсаров.
В то время были известны всего четыре миллисекундных пульсара, и Вольщан хотел найти еще. “Это была действительно совершенно новая идея: отойти от плоскости и попытаться найти новые пульсары, что фактически подтвердило бы предположение о том, что их должно быть много в высоких галактических широтах”, – говорит Вольщан.
Чтобы доказать это, ему нужно было получить доступ к телескопу на длительное время, а это непросто, поскольку астрономы должны заранее подавать заявки с обоснованием цели своих исследований и обычно получают право работать на телескопе, только если их заявка одобрена, да и то всего на несколько часов или дней. Но Вольщану повезло – он смог проводить свои наблюдения почти месяц, поскольку тогда как раз пришло время проводить на Arecibo профилактический ремонт. В опорах, на которых держалась треугольная платформа над отражателем, из-за усталости металла образовались трещины, и эти опоры нужно было заменить, поэтому телескоп закрыли для посторонних исследователей. И несколько постоянных сотрудников получили телескоп в свое полное распоряжение. Хотя отслеживать источники излучения, переместив приемники и направляя их на определенные участки неба, было невозможно, тарелка все еще могла наблюдать те участки, которые в данный момент проплывали над ней. А поскольку отражатель огромен и имел очень хорошую чувствительность, сигнал можно было зарегистрировать, “даже если любая точка неба в некой конкретной конфигурации видна всего секунд тридцать”.
Во время своих кратких обзоров неба Вольщан натолкнулся на два миллисекундных пульсара, которые находились намного выше галактической плоскости. Один из них заинтересовал его больше других: это была двойная система, только четвертая из обнаруженных на тот момент, и определенные характеристики сделали ее отличным объектом для проверки общей теории относительности Эйнштейна. “Я был действительно очень, очень увлечен этим, – говорит Вольщан. – И отложил анализ другого обнаруженного мной пульсара на некоторое время, не зная, какой он мне приготовил сюрприз”.
Как оказалось, этот другой пульсар, который стал всего лишь пятым по счету миллисекундным пульсаром, обнаруженным на тот момент, и на который какое-то время не обращали внимания, изменит не только жизнь Вольщана, но и наше понимание происхождения планет и галактик.
Когда Вольщан наконец нашел время и вернулся к результатам наблюдений за этим пульсаром, он заметил некоторые его странности. Как и в случае с любым новым пульсаром, он начал хронометрировать его, то есть в течение нескольких месяцев измерять время прихода от него импульсов, что требовалось для построения модели. “Но поведение во времени этого пульсара было очень трудно промоделировать, – говорит Вольщан. – Он просто вел себя не так, как я ожидал от него, да и вообще на тот момент никто такого ожидать не мог”. Импульсы были нерегулярными, что казалось странным, поскольку миллисекундные пульсары обычно очень стабильны. Также Вольщан заметил какую-то закономерность в этой нерегулярности, но не мог понять, с чем она связана.
Поскольку миллисекундные пульсары обычно встречаются в двойных системах, астрономы знают, что время прихода импульса от пульсара из двойной системы отличается от времени прихода импульса от пульсара, не имеющего пары. Вольщан заметил похожие отклонения, но они были очень маленькими. Чем менее массивен объект, обращающийся вокруг другой звезды, тем меньше эти отклонения, но в данном случае регистрируемые отклонения были слишком малы, чтобы быть вызванными белым карликом – типичным компаньоном миллисекундного пульсара в двойных системах. Но это была не единственная проблема. Когда Вольщан попытался соотнести данные с одной определенной орбитой, сначала это получалось, но затем наблюдаемые данные переставали укладываться на эту орбиту. Он снова и снова пытался усовершенствовать модель, но ничего не выходило.
Озадаченный, он начал очень внимательно наблюдать пульсар каждый день в течение трех недель, чтобы определить точный характер отклонений. В результате этой кропотливой работы он понял, что система, которую он наблюдал, совершенно точно не была стандартным двойным пульсаром. Он также отверг и другое распространенное в то время мнение: будто бы сейсмические процессы внутри нейтронной звезды могли заставить ее вести себя нетипично, создавая так называемый шум тайминга, разброс во времени приходов импульсов. Ему эта гипотеза казалась очень маловероятной (поскольку это был старый миллисекундный пульсар). Затем Вольщан проверил свой метод анализа данных и поискал какие-либо технические проблемы в работе Arecibo, но оказалось, что во второй обнаруженной им двойной системе пульсаров ни один из этих странных эффектов не проявлялся. Если источником ошибок были не приборы и анализ данных верен, странность должна заключаться именно в самой пульсарной системе.
Несмотря на уникальную чувствительность Arecibo, Вольщан не мог определить точное местоположение пульсара. А это было важно, потому что любая ошибка в определении его положения могла быть неправильно интерпретирована как обращающийся вокруг него объект. Чтобы разобраться в этом, Вольщан попросил коллегу-астронома Дейла Фрейла, работавшего в обсерватории VLA (с двадцатью семью антеннами), расположенной в Сокорро, штат Нью-Мексико, помочь ему. Фрейлу потребовалось совсем немного времени, чтобы определить местоположение пульсара.
Вооружившись точными координатами, Вольщан планировал совершить научный рывок. “Я очень ясно видел: то, на что я смотрел, было чем-то вроде биений при сложении двух синусоидальных волн. Итак, я знал, что должны существовать два объекта, обращающихся вокруг пульсара”, – говорит он. Когда он измерил амплитуду этих волн, он понял, что их источники должны иметь планетную массу порядка земной.
Когда Вольщан наконец получил результаты, он посмотрел на экран и не поверил своим глазам. Действительно, тогда астрономы не подозревали, что планеты могут обращаться вокруг нейтронных звезд, ведь Эндрю Лайн еще не опубликовал свою (ошибочную) статью – это произошло позже в том же году. Итак, хотя Вольщан думал, что два тела планетной массы могут объяснить полученные им
данные, он не мог поверить, что это правильное решение. Он не переставал размышлять о своих результатах: и когда на закате смотрел на тарелку антенны, находясь на платформе, и когда загорал на одном из знаменитых песчаных пляжей Пуэрто-Рико (там он обычно отдыхал в выходные), и когда смотрел на экран своего компьютера, запуская различные альтернативные сценарии и отбрасывая их один за другим. Он хотел заранее продумать любые возможные вопросы и критику со стороны коллег, которые наверняка возникнут, как только он объявит о столь необычном объяснении поведения пульсара.
Вольщан покинул Пуэрто-Рико в сентябре 1991 года и вернулся в Корнеллский университет в Итаке, штат Нью-Йорк. Там он обработал данные за весь год, собранные с июня 1990-го, и протестировал свою модель тайминга пульсара в предположении, что он обнаружил две планеты земной массы, обращающиеся по круговой орбите. Он провел еще одну полную и решающую проверку и в конце концов пришел к выводу: никакое альтернативное объяснение не работает. Догадка, которая возникла у него несколько месяцев назад, была правильной. Единственное объяснение, расставляющее все по своим местам, состояло в том, что он действительно обнаружил мертвую звезду, вокруг которой обращались две планеты. По его словам, прямо в офисе в Корнелле у него возникло ощущение его “личной эврики”. Он сделал судьбоносное открытие: планеты существуют и за пределами нашей Солнечной системы. “Я посмотрел на результат, и он был абсолютно идеальным, – говорит он. – Я понял, что наконец-то его получил. Мне пришлось принять реальность: это должны быть именно планеты. И точка”. Первоначально измеренные массы этих экзопланет равнялись 3,4 и 2,8 земной массы.
Вольщан знал, что двумя месяцами ранее Лайн опубликовал статью, описывающую открытие планеты, обращающейся вокруг пульсара. Поэтому знал, что не он первый сделал это открытие, и смирился с этим. Вольщан и Фрейл опубликовали свою статью 9 января 1992 года, всего за несколько дней до выступления Вольщана на конференции Американского астрономического общества4.
Когда Вольщан ехал на конференцию, он знал, что выступает после Лайна. В то время он был еще неопытным оратором, поэтому много раз репетировал свой доклад перед зеркалом. Он прибыл в Атланту за день до мероприятия, и как раз в тот момент, когда он собирался выпить бокал вина, президент астрономического общества Джон Бахколл отвел его в сторону для приватной беседы. Он попросил Вольщана сесть. “Он сказал мне, что Эндрю приедет, но не для того, чтобы подтвердить свое открытие, а для того, чтобы опровергнуть его. И он вроде как пытался намекнуть мне, что я должен быть милым и деликатным в такой ситуации”.
То, что он узнал о предстоящем опровержении Лайном своего открытия заранее, дало Вольщану несколько необходимых часов для внесения изменений в свой доклад. В тот же вечер он подошел к Лайну для разговора. Оба чувствовали себя неловко. “Он сожалел о том, что все произошло именно так, – говорит Вольщан, – и это вполне понятно. Он, должно быть, был удручен всем этим, но не показывал виду. На людях он сохранял лицо”.