Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

После того как LOFAR обнаружил этот пульсар, его сигналы зарегистрировали и другие телескопы с рабочей частотой от 300 до 400 МГц. Как и многие астрономы сегодня, Тан еще ни разу не нанес визит радиотелескопу, на котором работает. Прямой необходимости в этом нет: все данные можно получить и проанализировать удаленно. Однако мне захотелось увидеть LOFAR – этот очень необычный телескоп, конструкция которого так не похожа на конструкцию других наземных инструментов, отслеживающих пульсары.
На поезде из Амстердама до города Хогевен на северо-востоке Нидерландов всего два часа езды. Начало мая. Прямо рядом со станцией, как на красивой открытке, нарядные голландские дома с разукрашенными окнами.
Фрэнк Нюйенс, улыбчивый представитель по связям с общественностью из Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON), осуществляющего управление LOFAR, приглашает меня в свою машину. Через полчаса мы паркуемся в лесу недалеко от городка Двингело. Мы в головном офисе института радиоастрономии. Здесь же находится радиообсерватория Dwingeloo — телескоп с одним отражателем диаметром 25 метров. К моменту окончания строительства в 1956 году это был самый большой радиотелескоп в мире. Первенство не удалось удержать надолго: через год оно перешло к 76-метровому радиотелескопу Lovell в обсерватории Джодрелл-Бэнк. Сначала я направилась в аппаратную Dwingeloo. С 2000 года этот телескоп использовался астрономами-любителями и студентами. Одно из их наиболее необычных начинаний – проект информационного взаимодействия ЕМЕ (Earth – Moon – Earth), или “лунное эхо”. Когда астрономы посылают радиосигналы на Луну, те отражаются от лунной поверхности и попадают на антенну в другой точке Земли, устанавливая связь между людьми с помощью нашего естественного спутника2.
Когда я поднималась по ступеням в диспетчерскую башню, она начала вращаться. В отличие от Parkes, башня которого неподвижна, а вращается только тарелка, здесь, чтобы направить радиотелескоп в другую область неба, Dwingeloo надо повернуть весь целиком. Это медленное вращение сбивает с толку. Сосны проплывают мимо крошечного окошка, и кажется, что ты на корабле в открытом море. Борясь с морской болезнью, я улыбаюсь Нюйенсу и оператору радиотелескопа, возбужденно указывающему на что-то на экране компьютера. “Вот он, смотрите, пульсар, на который сейчас направлен радиотелескоп”, – говорит оператор. Сигнал на экране движется вверх и вниз, видны регулярные пики, напоминающие сердцебиение человека. Оператор увеличивает громкость. Каждые несколько секунд звучит: “Бип… бип… бип… ” Я слышу пульсар в реальном времени. Пульсар, который находится где-то там, в глубине нашей Галактики, Млечного Пути. С ума можно сойти.
Минут через сорок мы наконец отправляемся к месту, которое и было целью моей поездки: мы едем к антенной системе LOFAR. Примерно час езды по нормальной дороге – и перед нами настоящая сельская местность. За окном мелькают редкие фермы. Неожиданно Нюйенс останавливает машину. Мы на проселочной дороге где-то между деревнями Эксла и Буенен. В обе стороны тянутся бесконечные поля. “Приехали”, – говорит Нюйенс, а я стараюсь разглядеть хоть что-то напоминающее телескоп. Поля заболочены, и ноги промокают за секунду; подозрительно глядя на нас, медленно пролетают гогочущие дикие гуси. Здесь нет заметной издалека грандиозной антенны, как у Parkes в Австралии; нет напоминающих скопление грибов тарелок меньшего размера, как у телескопа ALMA в чилийской пустыне Атакама или у телескопа MeerKAT в Южной Африке. Через несколько минут мы подходим к странной плоской конструкции, раскинувшейся среди заболоченной земли. Рядом, в ближайшем ручье, плавают десятки лебедей и уток. Сама эта конструкция напоминает солнечные панели, разложенные на земле. Рядом с ними торчат странные металлические столбы. Они пониже меня и напоминают антенны старого аналогового телевизора.
Это ядро LOFAR. Согласно соглашению между Нидерландским институтом радиоастрономии и местными властями, эти в прошлом сельскохозяйственные угодья стали охраняемой природной территорией площадью четыреста гектаров. Астрономы искали удаленное место, где радиопомехи были бы минимальны, а взамен пообещали создать приносящий прибыль заповедник. Работы по сооружению обсерватории начались в 2006 году. Ее основа – группа из двадцати четырех ядерных станций, размещенных на этой болотистой местности внутри круга диаметром 3,2 километра. Еще четырнадцать станций разбросаны по Нидерландам на площади диаметром около 96,5 километра; четырнадцать международных станций построены в Германии, Франции, Великобритании, Ирландии, Швеции, Польше и Латвии.
 
LOFAR уникален, поскольку дает возможность регистрировать очень низкие частоты радиоволн от 10 до 240 МГц, перекрывая FM-диапазон – полосу частот от 87,5 до 108 МГц. Прежде чем попасть на компьютеры таких исследователей, как Тан, сигналы LOFAR в реальном времени обрабатываются суперкомпьютером Нидерландского института радиоастрономии в Гронингенском университете. Данные, полученные этой обсерваторией, сильно отличаются от данных других радиотелескопов: обычно на приемное устройство направляются радиосигналы, собранные с определенного участка неба, тогда как LOFAR объединяет сигналы тысяч антенн, расположенных в разных странах, и использует так называемый интерферометрический метод. Это значит, что все антенны работают как один гигантский виртуальный телескоп, эквивалентная собирающая поверхность которого составляет около 300 тысяч квадратных метров. Именно так работает и антенная система из параболических отражателей, но у LOFAR нет подвижных частей. В любой момент каждая его антенна “видит” все небо, а чтобы “направить” LOFAR на определенный участок неба, суперкомпьютер вычисляет разницу во времени поступления радиосигнала, идущего с этого участка, на разные антенны. Затем все сигналы синхронизируются с учетом поправки на эту разницу во времени, что позволяет представить информацию в виде карты неба3. “Возможность направить радиотелескоп сразу в сотни разных мест бывает очень полезна – можно наблюдать одновременно большой участок неба”, – рассказал мне Тан перед этой поездкой.
Очень низкие частоты, которые способен регистрировать LOFAR, долгое время оставались недоступны для обсерваторий с одним отражателем. Это объясняется тем, что радиоволны очень длинные, а чем частота ниже, тем длиннее волна: частота 10 МГц соответствует длине волны, равной тридцати метрам. Именно поэтому хорошо, если собирающая поверхность очень велика, – это позволяет добиться высокого разрешения. Радиоинтерферометр LOFAR существенно расширил возможность наблюдать источники излучения во всем диапазоне радиочастот. К настоящему времени этот радиотелескоп уже обнаружил около сотни новых пульсаров4.
Оглянувшись, я увидела, что мы стоим на круглом “острове” примерно в триста двадцать метров в диаметре, а вокруг вьется ручей с утками и лебедями. Это Супертерп – сердцевина ядра LOFAR, где разместились шесть приемных станций. На местном голландском диалекте “терп” означает приподнятый участок, обеспечивающий защиту там, где часто бывают наводнения. Действительно, когда кругом вода, становится понятно, что такие участки необходимы. С высоты, на снимках, которые я потом рассматривала, Супертерп выглядит как отпечаток летающей тарелки пришельцев. Все станции внутри круга состоят из двух плоских конструкций, а каждая из конструкций – из двадцати четырех покрытых черным брезентом плиток площадью пять квадратных метров каждая. Фрэнк осторожно приподнимает брезент с угла одной из плиток, и я вижу белую рамку из пенополистирола. Брезент укрывает чувствительные антенны типа “галстук-бабочка”, образующие структуру, напоминающую пчелиные соты. Такая конфигурация позволяет каждой антенне “видеть” все небо сразу и направлять радиотелескоп в разные места одновременно. Еще один гусь пролетел мимо меня, начал накрапывать дождь. Мы осторожно накрываем антенну и идем обратно к машине. Я чувствую одновременно и благоговейный трепет, и разочарование: этот невзрачный радиотелескоп выглядит невероятно скучно, но именно он обнаружил самый медленный из всех известных пульсаров.