Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Астроном Сьюзен Джоселин Белл Бёрнелл как-то сказала про Рона Древера: “Ему слишком нравилось быть гениальным”. Она приехала в Глазго из Северной Ирландии, чтобы изучать физику в университете, и по воле случая среди прочих студентов попала к Древеру. Он рассказывал своим подопечным про наиболее интересные идеи, которые рождались у него голове, в том числе и про те, которые легли в основу опыта Хьюза – Древера (хотя Белл Бёрнелл и не подозревала, что он провел его во дворе своего деревенского дома). Ничто из этого потом не помогло им сдать экзамены. Они также не дождались от него помощи при выполнении домашних заданий по физике твердого тела. Несмотря на разочарование, она ценила его глубокое понимание фундаментальной физики, сочетавшееся с замечательным талантом экспериментатора. Древер, в свою очередь, гордился своей бывшей студенткой, сделавшей затем фундаментальное открытие в физике. Он говорил о ней: “Она была явно лучше по сравнению с большинством из них. Я знал ее достаточно хорошо”. Древер написал ей рекомендательное письмо для поступления в аспирантуру главного радиоастрономического центра в Англии, которым в середине 60-х годов являлась обсерватория “Джодрелл Бэнк”. “Они не взяли ее, потому что она была женщиной. Но это не официально, вы же понимаете. Она была крайне разочарована”. И Рон, имея в виду явный абсурд происшедшего, смеется и добавляет: “Затем она сделала свой второй лучший выбор – Кембридж”. По его мнению, это был неожиданный и счастливый поворот: “То есть она поступила в аспирантуру Кембриджа и открыла пульсары. Представляете?”

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.