Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Хронометрирование пульсаров как метод определения их масс
В апреле 2019 года я оказалась у радиотелескопа MeerKAT (не путать с сурикатами – мелкими хищниками из семейства мангустовых, которые по-английски тоже называются MeerKATs). Передо мной открылся фантастический пейзаж: шестьдесят четыре огромные радиоантенны высотой в пять этажей каждая. Здесь, в десяти часах езды от Кейптауна, в южноафриканской провинции Северный Кейп, расположена безлюдная полупустыня Кару. После заката все небо до горизонта здесь становится темно-фиолетовым, и его постоянно прочерчивают зигзагообразные молнии. MeerKAT, что означает “больший KAT”, – потомок телескопа KAT-7 (Karoo Array Telescope) с семью антеннами. Но каким бы впечатляющим он ни был, он всего лишь предшественник радиотелескопа, который станет самым большим из всех когда-либо существовавших на земле, – телескопа Square Kilometer Array (SKA).
Добраться до места расположения MeerKAT можно либо на самолете, либо на машине. Раз в неделю – по средам – рабочие, ученые или случайно забредшие сюда журналисты садятся в очень маленький самолет и отправляются в путь. По дороге их нещадно трясет. Ангус Флауэрс – менеджер по связям с общественностью, встретивший меня в Кейптауне, смеясь, рассказывал, что многих журналистов отчаянно укачивало в этом самолете. Поскольку я плохо переношу маленькие самолеты, я предпочла гораздо более долгий, десятичасовой, переезд на четырехколесном транспорте. Перед тем как мы отправились в путь, меня попросили отдать на проверку диктофон и камеру, чтобы убедиться, что с ними все в порядке и они ни в коем случае не создадут радиопомех для чувствительного оборудования MeerKAT. Мне велели войти внутрь “клетки Фарадея” – в данном случае ею оказалась комната с металлической дверью толщиной в тридцать сантиметров, где было темным-темно. Пока шла проверка, я стояла в полной темноте, а огромный вентилятор лениво крутился, перемешивая горячий воздух. Примерно через пятнадцать минут моя электроника была полностью проверена. Теперь мое оборудование наверняка не создаст помех на частотах, на которых проводятся измерения на MeerKAT. Уф!
Мы двинулись в путь на рассвете, оставив позади знаменитую Столовую гору [23]. Красота окружающей природы поражает. Форма гор, обрамленных бескрайними оранжево-коричневыми равнинами, напомнила мне картинку из книги Антуана де Сент-Экзюпери “Маленький принц”, одной из моих любимых в детстве. Там изображено нечто вроде шляпы, а на самом деле – удав, проглотивший слона. Мы проехали мимо телефонных столбов, с трудом выдерживающих тяжесть птичьих гнезд высотой в человеческий рост, которые свили крошечные птички-ткачи размером с воробья. Вот мы проезжаем через какой-то город, время от времени мимо мелькают одинокие, затерянные в южноафриканской глуши фермы. Некоторые из них необычайно красивы: большие дома, окруженные высокими зелеными деревьями, – настоящие оазисы посреди безлюдной природы. Здесь, в Кару, на много миль вокруг нет вышек мобильных операторов, и Флауэрс сказал, что многие фермеры в случае чрезвычайной ситуации могут рассчитывать только на спутниковые телефоны.
Через девять часов, когда солнце начало окрашивать небо в оранжево-красные тона, Флауэрс свернул с главной дороги на проселочную. Я слегка занервничала, заметив длинные следы на дороге, оставленные ядовитыми змеями. Какая-то лошадь уставилась на нас, когда наша машина промчалась мимо. Флауэрс спешит: он хотел бы попасть на базу MeerKAT до ночи. Мы подъезжаем ближе, я делаю еще несколько снимков, а потом наступает пора замолкнуть радиоаппаратуре и электронике. Мы должны выключить свои мобильные телефоны, чтобы не создать помех охоте высокоточных антенн за радиоволнами, приходящими из далекого космоса. Ученые здесь пытаются найти пульсары и активные ядра галактик – сверхмассивные черные дыры, которые, как они считают, обитают в центрах большинства галактик. Хотя телескоп к моменту моего приезда проработал всего лишь несколько месяцев, ему уже удалось сделать уникальный снимок центра нашей Галактики, Млечного Пути, – на нем оказалось больше деталей, чем на любом снимке, полученном до сих пор с помощью других инструментов. На снимке, в частности, видны межгалактический газ, пыль и загадочные светящиеся нити, как будто закрутившиеся в какой-то космической печи. Поскольку пыль не пропускает видимый свет, с помощью оптического телескопа непросто узнать, что там за ней находится. Но радиоволны через пыль пробиваются. Угловой размер, который занимает изображение, составляет примерно четыре угловых размера Луны (то есть размера Луны, каким он кажется, если смотреть с Земли), и на нем запечатлен Стрелец А* – центральная сверхмассивная черная дыра нашей Галактики.
 
И вот мы здесь, посреди пустыни Кару, проехали последнюю ферму и загон для скота и очутились у проходной. Приветливый охранник оперативно зарегистрировал нас: он знал Ангуса, кроме того, наш визит был давно согласован. За второй проходной мы наконец попадаем к месту назначения – к маленькому, с виду невзрачному домику.
Внутри я встречаюсь с Андре – американским инженером из Миннесоты, который уже пять лет в MeerKAT занимается передачей данных. Он варит суп из чоризо и капусты кейл, и после целого дня, проведенного на сэндвичах из супермаркета, эти запахи показались мне совершенно умопомрачительными. Мне и в помещении запрещено было пользоваться лэптопом и телефоном, так что я смогла это сделать, только когда Флауэрс отвел меня в Бункер – подземное сооружение, расположенное в нескольких метрах от домика. По дороге туда он предупредил, что стоит опасаться змей и скорпионов. Я вошла через массивную металлическую дверь толщиной около двадцати сантиметров, в закрытом виде совершенно незаметную в стене из-за отсутствия щелей. В комнате стояли компьютеры, подсоединенные к интернету с помощью кабеля Ethernet. Это единственное место в MeerKAT, где работник или гость может выйти в интернет.
На следующее утро я наконец увидела радиотелескоп. На мне были высокие кожаные ботинки до щиколотки с металлическими носками, спасающие от ползающих скорпионов и змей, а также от строительного мусора (на территории все еще ведется стройка). Антенны MeerKAT красивы и на африканском солнце кажутся ослепительно белыми. Все они сконструированы и собраны здесь же, а установлены только в последние несколько месяцев. Одна из них выглядит немного иначе, чем остальные. Когда мы подъезжаем ближе, Ангус объясняет: “Это первая тарелка антенной системы телескопа SKA, которую сейчас устанавливают. Исторический момент”. Ее основание напоминает ствол дерева без кроны, а сама тарелка лежит рядом, на земле, и вокруг суетятся инженеры в оранжевых касках. В течение нескольких последующих лет на площади в один квадратный километр к антенным тарелкам MeerKAT будет добавлено сто тридцать таких антенн, отсюда и название – Square Kilometer Array. Кроме того, около 130 тысяч низкочастотных антенн будет установлено в удаленном районе Австралии, где расположен телескоп ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder, “австралийская исследовательская антенная система площадью в квадратный километр”) – другой предшественник телескопа SKA (см. больше о телескопе ASKAP в главе 9).
История SKA восходит к концу восьмидесятых годов. Как и в грандиозных проектах RHIC, LHC и других, при составлении плана строительства и самом конструировании больших обсерваторий появляются возражения и предлагаются разные варианты. В течение последних десятилетий то тут, то там возникали разные идеи мегателескопов. Канадские астрономы предложили построить радиотелескоп Шмидта, использовав стодвадцатиметровые антенны, обеспечивающие широкое поле зрения. Голландцы захотели построить внегалактический телескоп с огромной собирающей поверхностью. А индийцы заявляли, что их идея построить антенную систему из ста шестидесяти тарелок диаметром семьдесят пять метров каждая – самая лучшая. Крупной международной организации, объединяющей радиоастрономов, не существует, но ученые прекрасно поняли: чтобы построить мегателескоп, они должны работать вместе. В 1993 году члены Международного союза по радионаукам предприняли первый конкретный шаг – решили организовать рабочую группу по строительству большого радиотелескопа. Прошло еще несколько лет в спорах о названии, логотипе и – самое важное – месте для будущего телескопа. В конце концов ученые выбрали два места для строительства – Австралию и Южную Африку, поскольку Южное полушарие предпочтительнее для наблюдения Млечного Пути, ведь именно там наименьшие радиопомехи. И обе страны быстро построили предшественников SKA – ASKAP в Австралии и MeerKAT в Кару.