Шрифт:
Закладка:
Впоследствии, когда были обнаружены другие такие же источники, они получили название пульсары (от английского слова puls — импульс). Пульсар, впервые обнаруженный группой Хьюиша, получил обозначение СР 1919, что означает: кембриджский пульсар с координатами по прямому восхождению 19h 19m.
Излучение пульсара СР 1919 наблюдалось в виде серии импульсов длительностью около 1 минуты, затем в течение 3 минут излучение отсутствовало, а потом импульсы появлялись вновь. Амплитуда импульсов менялась от одной серии к другой и внутри каждой серии — от одного импульса к другому. Наиболее мощные импульсы имели плотность потока порядка 20 янских[38], в то время как средняя за минуту плотность потока не превышала 1 Ян.
Это позволяет понять, почему пульсары не были обнаружены ранее, до эксперимента Хьюиша. Обычный радиоастрономический приемник (радиометр) регистрирует среднюю мощность сигнала за время накопления длительностью τ. Эта величина (ее называют также постоянной времени) аналогична длительности экспозиции при фотографических наблюдениях. Чем больше постоянная времени, тем чувствительнее радиометр, тем более слабое излучение он может обнаружить. Поэтому радиоастрономы всегда стремились наблюдать с максимально возможной постоянной времени. Но для регистрации отдельных импульсов необходимо, чтобы постоянная времени не превышала промежуток времени между импульсами, иначе будет зарегистрирована лишь средняя за период мощность сигнала. Эта средняя мощность значительно меньше пиковой мощности импульса, и поэтому ее трудней обнаружить. Для пульсара СР 1919 средняя плотность потока значительно ниже предельно обнаружимой для предшествовавших обзоров неба на метровых волнах, поэтому он не мог быть обнаружен. Но если бы даже с повышением чувствительности удалось зарегистрировать среднюю мощность излучения, информация об импульсном характере сигнала при постоянной времени, превышающей промежуток между импульсами, была бы полностью потеряна. Наилучшие условия обнаружения импульсных сигналов реализуются, когда постоянная времени не превышает длительности одного импульса. Это условие оказалось выполненным в эксперименте Хьюиша, так как, готовясь наблюдать кратковременные вариации радиопотока, связанные с мерцаниями, исследователи использовали очень малую (совершенно не свойственную радиоастрономическим наблюдениям) постоянную времени 0,1 с. Если бы она была больше 1,337 с, никаких импульсных сигналов не было бы зарегистрировано.
Надо отметить, что здесь сыграло роль еще одно обстоятельство. Как показали дальнейшие исследования, истинная длительность импульса пульсара значительно меньше 0,1 с, она не превышает 40 милисекунд. Однако при распространении в межзвездной среде, из-за разности групповой скорости электромагнитных волн на разных частотах, низкочастотные составляющие импульса запаздывают по отношению к высокочастотным, в результате импульс «растягивается», длительность его увеличивается. Наблюдаемая в эксперименте Хьюиша длительность импульса 0,3 с пульсара СР 1919 определялась величиной запаздывания между крайними частотными составляющими в полосе 1 МГц (полоса приема) на частоте 81,5 МГц. По счастливой случайности эта величина оказалась порядка постоянной времени приемной аппаратуры и при том несколько больше ее, т. е. реализовались наилучшие условия обнаружения импульсных сигналов.
Обнаружение пульсара СР 1919 поставило перед исследователями сложную проблему — о природе источника. Астрономам хорошо были известны многочисленные переменные звезды различных типов, наблюдаемые в оптическом диапазоне спектра. Однако они не дают импульсного излучения: при изменении блеска излучение звезды не падает до нуля. Да и временной масштаб процессов совсем иной. Изменения блеска звезд вызваны либо пульсациями их поверхности, либо затмением одной звезды другой в двойной системе. Затменно-переменные звезды имеют периоды от долей суток до 104 суток, пульсирующие звезды — от долей до нескольких десятков суток. Наибольшей стабильностью периодов обладают цефеиды, при этом их периоды составляют от 1 до 50 суток. Но периодов порядка одной секунды не известно в мире переменных звезд!
Наблюдаемые параметры пульсара — импульсный характер радиоизлучения, очень малый период следования импульсов и его высочайшая стабильность (наиболее впечатляющее свойство!), чередование периодов излучения и периодов «выключения» источника, изменение интенсивности импульсов — все это наводило исследователей на мысль, что они столкнулись с каким-то организованным сигналом искусственного происхождения. Поскольку версия о земных помехах не подтвердилась, оставалось предположить, что обнаружен сигнал внеземной цивилизации. Эта возможность рассматривалась настолько серьезно, что группа Хьюиша решила засекретить свое открытие. Даже на ближайшей обсерватории Джодрелл Бэнк ничего не знали об открытии загадочного источника. Впоследствии в одном из газетных интервью А. Хьюиш рассказывал:
«Когда мы впервые увидели эти радиоволны, перенесенные на бумагу нашими самописцами, нас охватил страх. Да-да, страх. Нам захотелось взять все эти бумажки, записи, расчеты — и сжечь. Дело было в ноябре[39]. Неделю мы пребывали в ужасном волнении, никто не знал, что и думать, какое решение принять. Я совсем лишился сна. <...> Это очень серьезная проблема, и нельзя допустить, чтобы решали ее астрономы или журналисты, или политические деятели одной какой-нибудь страны»[40].
В настоящее время правовые и политические проблемы, возникающие в связи с возможным обнаружением сигналов ВЦ, изучаются в Международной Астронавтической Академии совместно с Международным институтом космического права. Но в то время исследователи столкнулись с совершенно неожиданной ситуацией.
Волнение Хьюиша улеглось, когда были открыты еще три пульсара: СР 0834, СР 0950. СР 1133. Все они обладали сходными характеристиками. Это давало основание полагать, что действительно открыт новый, неизвестный ранее класс радиоисточников. Думать, что четыре сходные цивилизации, расположенные в разных местах Галактики, одновременно удостоили нас своим вниманием, видимо, считалось слишком самонадеянным. Хотя, в принципе, одновременное обнаружение нескольких цивилизаций, особенно при изотропном (всенаправленном) излучении, вполне возможно. Обсуждалась также возможность того, что пульсары являются навигационными маяками или частями коммуникационной сети, связывающей высокоразвитые цивилизации. Однако эти возможности представлялись уже мало вероятными. Как бы там ни было, завеса секретности была снята, и в феврале 1968 г. в «Nature» появилась статья А. Хьюиша с сотрудниками об открытии пульсара СР 1919[41].
Статья вызвала настоящий бум. Начались интенсивные поиски и изучение пульсаров. К настоящему времени известно более 1000 пульсаров. Подробно изучены их характеристики. Некоторые пульсары излучают также в оптическом и рентгеновском диапазоне. Вначале предполагали, что пульсары связаны с радиальными колебаниями (пульсациями) белых карликов. Однако после того как были открыты коротко-периодические пульсары (с периодом меньше одной секунды) от этой гипотезы пришлось отказаться. Сейчас общепринятым является представление, что пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда.
Нейтронные звезды возникают в результате сжатия на заключительном этапе звездной эволюции, когда источники ядерной энергии звезд уже исчерпаны. Нейтронная звезда имеет массу порядка массы Солнца, а радиус всего 10—20 км! Плотность вещества в ее недрах чудовищно велика (~ 1014
