В 1967 году астрономы обнаружили загадочные радиосигналы, которые повторялись с поразительной регулярностью. Ученые даже допустили, что источником могут быть внеземные цивилизации. Однако разгадка оказалась связана с одними из самых необычных объектов во Вселенной. Эти космические тела способны вращаться сотни раз в секунду, обладают магнитными полями невероятной силы и позволяют исследовать состояния материи, которые невозможно воспроизвести на Земле. Речь идет о нейтронных звездах, но их свойства не менее удивительны, чем сама история открытия.

Как рождаются нейтронные звезды

Нейтронные звезды возникают после гибели массивных звезд. Когда такая звезда исчерпывает запасы топлива, ее ядро начинает сжиматься под действием гравитации, а внешние слои выбрасываются в космос во время взрыва сверхновой. В результате остается чрезвычайно плотный объект - нейтронная звезда.

То, что именно образуется после взрыва, зависит от массы исходной звезды. В одних случаях остатком становится нейтронная звезда, в других - черная дыра.

Взрыв сверхновой может на короткое время затмить по яркости целую галактику. При этом выброшенное в космос вещество продолжает существовать и изучаться на протяжении тысячелетий, помогая ученым восстанавливать историю звезд.

Плотность, которую трудно представить

Нейтронные звезды относятся к самым плотным объектам, которые астрономы могут непосредственно наблюдать. Их масса может достигать примерно двух солнечных масс, хотя диаметр сопоставим с размерами города.

Чтобы представить плотность такого объекта, NASA приводит наглядное сравнение: кубик вещества нейтронной звезды размером с сахарный кубик на Земле весил бы около триллиона килограммов — примерно как гора.

При таких условиях привычные представления о материи перестают работать в полной мере. Как именно вещество ведет себя при столь экстремальной плотности, остается одной из нерешенных задач современной физики.

В отличие от черных дыр, нейтронные звезды не скрыты за горизонтом событий. Поэтому наблюдения за ними дают ученым возможность изучать свойства материи в условиях, которые недоступны для прямых экспериментов на Земле.

Космические часы, работающие с невероятной точностью

Некоторые нейтронные звезды называют пульсарами. Они испускают направленные пучки излучения, которые при вращении звезды периодически пересекают линию наблюдения с Земли. Поэтому астрономы регистрируют повторяющиеся импульсы — словно сигналы космического маяка.

Самые быстрые известные пульсары вращаются сотни раз в секунду. Один из рекордсменов, PSR J1748-2446ad, совершает около 43 тысяч оборотов в минуту — примерно 717 оборотов в секунду.

Регулярность импульсов делает пульсары особенно интересными для астрономов. На протяжении недель, месяцев и более длительных периодов некоторые из них демонстрируют стабильность, превосходящую точность атомных часов. Измеряя время прихода сигналов, исследователи могут отслеживать изменения в поведении этих объектов и использовать полученные данные для изучения космоса.

Магнитные поля, способные вызвать звездотрясения

Магнитные поля нейтронных звезд могут быть в миллиарды и триллионы раз сильнее земного. Существуют и особенно магнитно активные разновидности — магнетары, поля которых могут быть еще примерно в тысячу раз сильнее, чем у обычных нейтронных звезд.

Такие условия способны вызывать звездотрясения: напряжение в магнитном поле и коре объекта приводит к резким изменениям на его поверхности. Эти процессы сопровождаются мощными вспышками гамма-излучения.

Некоторые вспышки настолько интенсивны, что их воздействие удается зарегистрировать даже на расстоянии тысяч световых лет. Излучение магнетаров может вызывать измеримые изменения в верхних слоях атмосферы Земли.

Изучение подобных явлений помогает ученым лучше понимать, как ведут себя материя и магнитные поля при экстремальных нагрузках.

Почему ученые сначала заподозрили инопланетян

История открытия пульсаров началась в 1967 году, когда астрономы обнаружили необычайно регулярные радиоимпульсы, источник которых не удавалось сразу установить.

Одним из первых объяснений, которое исследователи ненадолго рассматривали, была возможность искусственного сигнала внеземной цивилизации. Поэтому первоначальный объект получил неофициальное обозначение LGM-1 — сокращение от английского Little Green Men, то есть «маленькие зеленые человечки».

Позднее выяснилось, что сигналы имеют естественное происхождение: их испускает вращающаяся нейтронная звезда. Объект переименовали в PSR B1919+21, а само открытие стало важным этапом в изучении нейтронных звезд.

Сегодня пульсары помогают исследовать свойства материи, магнитные поля и процессы, происходящие в экстремальных условиях. Эти компактные объекты показывают, насколько необычными могут быть законы физики там, где огромное количество вещества сжато в пространстве размером с город.