Измерение смещения периастра в двойных системах нейтронных звезд – другими словами, определение того, как быстро смещается орбита, – позволяет астрономам вычислить массы пульсаров и их компаньонов, опять же в предположении, что Эйнштейн был прав. Но если Эйнштейн был неправ и эти формулы неверны, ученые могли бы получить разные значения масс с помощью двух методов. Задержка Шапиро, которая является следствием общей теории относительности, – явление, выходящее за рамки теории тяготения Ньютона. Эйнштейн предсказал, что все отклонения от теории Ньютона должны быть связаны между собой определенным образом, и в данном случае это означает, что все они должны приводить к одним и тем же массам пульсара и его компаньона. “Если этого не происходит, значит, что-то не так с теорией Эйнштейна”, – говорит Арчибальд.
Если два посткеплеровских параметра известны, а вы затем измерите третий, станет возможно проверить, согласуется ли он со значением, предсказанным на основе двух других, опять используя теорию Эйнштейна. Добавьте четвертый параметр, и вы получите еще одну проверку теории относительности Эйнштейна. Если бы ученые обнаружили какие-либо измеримые отклонения от этих предсказаний, то общая теория относительности Эйнштейна, возможно, перестала бы служить лучшей теорией гравитации. Но до сих пор никакие измерения посткеплеровских параметров не смогли заставить нас усомниться в правильности уравнений Эйнштейна.
С точки зрения общей теории относительности большинство пульсарных систем малоинтересны – они не позволяют астрономам наблюдать какие-либо посткеплеровские параметры. Лишь несколько систем нейтронных звезд оказываются “релятивистскими”, то есть они достаточно массивны и движутся по своим орбитам достаточно быстро, чтобы эффекты общей теории относительности стало возможно наблюдать. Одна из них – двойная система Халса – Тейлора. Среди других – двойная система, которую Алекс Вольщан открыл в 1990 году, а также пульсар, вокруг которого обращаются три планеты и который они с Дейлом Фрейлом впервые обнаружили в 1992 году.
Глава 9Быстрые радиовсплески, незавершенная глава
“Отклонена”.
В электронном письме были и другие слова, но это слово выделялось и казалось написанным ярко-красными чернилами. На дворе стоял июнь 2007 года, и Дункан Лоример, астрофизик из Университета Западной Вирджинии, впервые отправил статью, где он значился как ведущий автор, в престижный академический журнал Nature. Как и большинство ученых, Лоример всегда мечтал о публикации в журнале Nature, где его имя стояло бы на первом месте, и он считал, что ему наконец-то выпал шанс. Но его рукопись даже не отправили рецензентам – редакция британского журнала сочла, что “маловероятно, что его статья выдержит конкуренцию в условиях ограниченности объема журнала” и, кроме того, она “не представляет большого интереса для тех, кто работает в той же или смежных областях науки”.
Лоример почувствовал, как пол закачался у него под ногами. Из-за этого отказа в публикации одно из крупнейших астрофизических открытий начала XXI века, а именно быстрые радиовсплески (FRB) – загадочные, чрезвычайно мощные и сверхкороткие всплески радиоизлучения в космосе, продолжающиеся всего миллисекунды, – осталось почти незамеченным. Это открытие смогло бы помочь астрономам выяснить состав и динамику межгалактической среды, измерить напряженность межгалактических магнитных полей и пролить свет на другие загадки.
Когда-то быстрые всплески радиоизлучения считались экзотикой. Их обнаруживали редко, а поскольку импульсы были очень короткими, то определить местонахождение источника казалось невозможным. Ученые до сих пор не знают, что это за всплески и откуда они пришли, хотя интерес к нейтронным звездам был велик: основная версия состоит в том, что эти вспышки могут исходить от магнетаров. Что мы действительно знаем, так это то, что эти всплески в миллиард раз мощнее импульсов излучения типичных пульсаров, что выделяется энергия, эквивалентная энергии пятисот миллионов Солнц, и что их источниками являются объекты, находящиеся далеко за пределами нашей Галактики.
Только недавно ученые научились определять местонахождение источников FRB, даже тех, от которых они зафиксировали только один всплеск. И в последние годы они зарегистрировали больше сигналов FRB, чем когда-либо прежде. Успешность этих наблюдений обязана двум обстоятельствам: более совершенным телескопам и… инопланетянам. Ну, точнее, не самим инопланетянам, а их поискам. В сообществе, включающем множество астрономов и астрофизиков, пытающихся понять природу этих загадочных сигналов, оказался эксцентричный российско-израильский миллиардер, который в своих упорных поисках разумной жизни за пределами Земли зашел так далеко, что стал соинвестором одной из самых сложных и масштабных из всех проводившихся ранее программ мониторинга радиосигналов в нашей Вселенной.
Некоторые астрономы считают, что эти вспышки могут действительно быть посланиями от инопланетян, хотя это и маловероятно. Помимо магнетарной ученые выдвигали и другие гипотезы происхождения FRB, например, некоторые считают, что быстрые радиовсплески испускаются при катаклизмах – таких как взрывы сверхновых или столкновения черных дыр с нейтронными звездами. Возможно также, что эти всплески возникают при столкновении темной материи, имеющей вид крошечных первичных черных дыр, со звездами. Или у них более прозаичное происхождение: и сигналы поступают вовсе не из космоса, а из тривиальных микроволновых печей?1
Все началось с того, что в начале февраля 2007 года студент-дипломник Дэвид Наркевич приехал на встречу со своим руководителем Лоримером для консультации. Это была обычная еженедельная встреча в Университете Западной Вирджинии, расположенном на берегу реки Мононгахила, протекающей через город Моргантаун. “Дэвид принадлежит к редкому типу людей, не испытывающих эмоциональных взлетов и падений, – шутит Лоример. – Он вошел, мы стали беседовать о том, что он сделал за прошедшую неделю, и эта встреча сначала казалась обычной”. Через несколько минут после начала разговора Наркевич вытащил график, на котором Лоример увидел невероятно высокий пик, намного превышавший все импульсы, излучаемые обычным пульсаром. Его глаза широко раскрылись. “Я воскликнул что-то вроде: «Вау, подожди минутку, что это?» – вспоминает Лоример. – Это выглядело действительно удивительно. Я просто не знал, что с этим делать”.
За несколько недель до встречи Наркевич просматривал горы архивных данных из обзора Parkes Multibeam Pulsar Survey — крупнейшего на тот момент источника данных по пульсарам, находящимся в Большом и Малом Магеллановых Облаках, исследования которых начались в августе 1997 и длились до 2001 года. Лоример попросил Наркевича поискать необычный и недавно открытый пульсар, называемый вращающимся радиотранзиентом (RRAT). Лоример с любовью говорит об этих “крысах”[32] отчасти потому, что они были впервые обнаружены его женой, тоже астрономом, Маурой Маклафлин. Она обнаружила их примерно в 2004 году, через год после того, как они поженились. (“Наша свадебная программа была составлена наподобие научной статьи, где в псевдонаучной манере описывалось, как мы познакомились и все такое”, – посмеивается Лоример.)
RRAT отличаются от большинства других пульсаров тем, что совершенно невозможно предсказать, когда и как они начнут излучать радиоволны. Даже сегодня они представляют собой загадку, и представителей этой таинственной популяции чаще всего обнаруживают при регистрации одиночных всплесков, а не периодических импульсов. Астрономам известны несколько пульсаров, которые делают и то и другое: излучают и периодические импульсы, и – спорадически – одиночные. Самый известный пример – пульсар Крабовидной туманности, он время от времени испускает пучок излучения, который интенсивнее его периодических радиоимпульсов более чем в десять раз2.
Но обычно RRAT обнаруживают по их непредсказуемым одиночным импульсам, часть из которых длится всего несколько миллисекунд, и обнаружить их можно в течение не более чем секунды в день. “Мы знаем, что это капризные объекты. Но мы быстро поняли, что это способ поиска новой разновидности нейтронных звезд, дополняющий методы поисков традиционных объектов, излучающих периодические импульсы”, – говорит Лоример.
Занимаясь изучением гигантских одиночных импульсов, исследователи вскоре поняли, что излучение их источника настолько мощное, что его можно обнаружить даже за пределами нашей Галактики. Большинство же пульсаров являются довольно слабыми источниками радиоволн, а это означает, что с помощью современных телескопов мы обычно можем обнаружить их только внутри Млечного Пути или в Большом и Малом Магеллановых Облаках. Лоример и Маклафлин надеялись найти мощные импульсы, испускаемые источниками RRAT и другими пульсарами, находящимися в более далеких галактиках, и таким образом немного раздвинуть границы. Они надеялись, что сумеют обнаружить такого рода всплески.
И вот он перед ними – гигантский одиночный импульс на графике, принесенном Наркевичем, в десять миллиардов раз более мощный, чем импульс обычного пульсара, и длившийся всего пять миллисекунд. По его дисперсии Лоример сразу понял, что он, вероятно, пришел откуда-то издалека, его источник находился за пределами нашей Галактики, где-то в направлении Малого Магелланова Облака. Когда Лоример и Наркевич посчитали дисперсию, она оказалась в десять раз больше, чем та дисперсия, которая была бы, если бы источник находился в нашей Галактике или поблизости от нее (наша Галактика имеет размер 100 000 световых лет, или около 30 килопарсек, в поперечнике). И они поняли, что он определенно находился даже не в ближайшей окрестности3. (О дисперсионных эффектах см. в разделе “Чуть глубже: Межзвездная среда – пристанище нейтронных звезд” в главе 2.)
Лоример был уверен, что они сделали грандиозное открытие. В тот день он пришел домой и взволнованно сказал жене, что, возможно, они наткнулись на совершенно новый космический объект. Первые несколько недель они не могли решить, что с этим делать. “Он был настолько ярким и непонятным, что я просто решил немного отложить его в сторону”, – говорит Лоример. В тот момент на них свалилось слишком много дел сразу, причем не только на работе, где нужно было что-то решать с предполагаемым открытием, но и дома: их первому ребенку, Каллуму, только что исполнилось два года, и Маура ждала второго – Финли, который родился в июле 2007-го. И все это время и Лоример, и Маура продолжали вести занятия и руководить работами студентов-дипломников и аспирантов. “Я говорил себе примерно