Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

В их статье также было показано, что “облако” гамма-излучения имеет примерно сферически симметричную форму с центром в галактическом центре и что его энергетический спектр выглядит совершенно одинаково повсюду, даже вдали от галактического центра. Когда соавторы начали сводить воедино свои результаты, они поняли, что, вероятно, имеют дело со множеством источников, образованных либо из темной материи, либо из чего-то еще, и эти источники более или менее симметрично распределены вокруг центра Галактики.
Статья появилась на онлайн-сервере arXiv.org в феврале 2014 года. Называлась она “Характеристики сигнала гамма-излучения из центральной области Млечного Пути: проверка возможной роли аннигиляции темной материи” и, по словам Линден, сразу же вызвала массу откликов в прессе. (Статью в конце концов опубликовали и в журнале, но только два года спустя, в июне 2016-го8.) Это была первая статья о таинственном свечении, которое журналисты будут обсуждать ежедневно в течение нескольких недель. Сообщество Fermi больше не могло игнорировать необъяснимый избыток гамма-излучения, и даже НАСА поместило пресс-релиз статьи на главной странице своего вебсайта, признав, что избыток существует. “Пресс-релиз провисел там всего минут двадцать, прежде чем они поменяли его на какое-то другое сообщение, но я успел отправить ссылку маме”, – смеется Линден. Эта статья вызвала появление множества других статей, и в течение следующих трех месяцев она была процитирована более ста пятидесяти раз. Через год и сообщество Fermi опубликовало статью на эту тему. В конце концов акцент сместился с дискуссии о том, существует ли вообще какой-либо излишек гамма-излучения, к вопросу о том, что может быть его источником.
Некоторые ученые встали на сторону Хупера и его теории темной материи. Но не все. И тогда пульсары снова нанесли удар, поскольку многие ученые предпочли более привычное пульсарное объяснение для происхождения свечения, и такая возможность высказывалась (в том числе Хупером) еще в 2010 году.
Звезды в центре Млечного Пути, как правило, намного старше, чем на его окраинах. Возраст самых старых звезд в нашей Галактике составляет примерно 13,5 миллиарда лет, поэтому уже давно массивные звезды в центре должны были взорваться сверхновыми, породив множество нейтронных звезд. Поскольку плотность звезд в центре Галактики невероятно высока, эти нейтронные звезды могли образовывать двойные системы, в которых в какой-то момент одна звезда начала бы откачивать вещество своего компаньона и, следовательно, вращаться очень быстро9. Они превратились бы в старые раскрученные миллисекундные пульсары, излучающие гамма-лучи и, возможно, радиоволны. Основываясь на наблюдениях известных миллисекундных пульсаров, проводимых в гамма-диапазоне, ученые подсчитали, что наблюдаемый избыток мог бы возникнуть, если бы в центре Галактики скопилось несколько тысяч пульсаров. И если бы они объединились в кластер, хотя являются точечными источниками, их спектр был бы очень похож на спектр излучения, который мог возникнуть при аннигиляции вимпов. Но когда Линден и Хупер просмотрели каталоги известных гамма-пульсаров в этом регионе, они не нашли ни одного. “И насколько вероятно, – задает вопрос Хупер, – что тысячи пульсаров прячутся в самом сердце нашей Галактики без нашего ведома? Почему мы их не видим?”
Частично ответ на вопрос Хупера может быть связан с технологией. Если вы возьмете миллисекундные пульсары, самые яркие из тех, что мы когда-либо открыли, и поместите их в галактический центр, их все равно будет сложно обнаружить. Дело не в том, что астрономы не пытались это сделать – еще как пытались. “Мы близки к тому, чтобы их обнаружить”, – говорит Слейтер. Одним из самых чувствительных телескопов, занятых поиском миллисекундных пульсаров в этом регионе, был GBT (Green Bank Telescope, “телескоп Грин-Бэнк”) в Западной Вирджинии, по крайней мере, пока не заработал телескоп MeerKAT и не сделал снимок галактического центра.
 
Именно туда я решаю отправиться в следующий раз, потому что именно эта обсерватория сможет наконец помочь уладить многолетние споры о том, что служит источником избыточного гамма-излучения в галактическом центре – пульсары или темная материя.
Пока я еду по лесной дороге через округ Покахонтас, штат Западная Вирджиния, расположенный в четырех часах езды от Вашингтона (в округе Колумбия), я прохожу цифровую детоксикацию. Уже около часа я нахожусь в национальной зоне радиомолчания – уникальном регионе Соединенных Штатов, охватывающем около 21 тысячи квадратных километров, где сотовые телефоны молчат, а радиотрансляция сильно ограничена законом10. Примерно через два часа петляния по извилистым дорогам Голубого хребта я приезжаю в крошечный городок Грин-Бэнк, где живет сто сорок три человека. Несколько коров лениво пасутся рядом с дорогой и поворачивают головы, когда я проезжаю мимо. Парень в клетчатой рубашке, ремонтирующий свой пикап на обочине, поднимает на меня глаза и кивает, улыбаясь. Я сворачиваю на небольшую парковку, окруженную невысокими зданиями.
За зданиями находится сооружение, из-за которого в этом районе запрещено пользоваться телефонами, Wi-Fi и даже микроволновыми печами, – грандиозный телескоп GBT имени Роберта Бёрда, металлическая конструкция массой 7600 тонн и высотой 148 метров, что более чем в полтора раза превышает высоту статуи Свободы. Если подъезжать к телескопу по проселочным дорогам, его видно за много километров. Местные жители называют его “важным большим объектом”. В радиусе тридцати двух километров персонал обсерватории GBT постоянно обследует территорию в поисках источников сильного электромагнитного излучения, и операторы, когда находят такие устройства, просят нарушителя прекратить ими пользоваться. По закону они не могут требовать от владельца выбросить микроволновую печь или навигатор, но пытаются вместе с ним найти решение проблемы.
Каждый год телескоп красят белоснежной краской, причем тремя слоями, на что ее требуется более 5000 литров. Обычно все радиотелескопы окрашиваются в белый цвет, чтобы они лучше отражали солнечный свет и тепло, что сводит к минимуму колебания температуры поверхности антенны и предохраняет ее от деформации. GBT начал собирать данные в 2001 году, сканируя небо в области радиочастот от loo МГц до loo ГГц. Тогда телескоп принадлежал Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO). Однако в 2012 году NRAO решила прекратить финансирование объекта, сославшись на сокращение бюджета. Телескоп планировалось закрыть 1 октября 2016 года. Но его команда не дала ему умереть тихой смертью, а решила превратить обсерваторию в самофинансируемый объект. Антенная тарелка GBT имеет диаметр сто метров, что делает ее самой большой полноповоротной антенной в мире, и она ищет пульсары с частотами ниже 2 ГГц. Если не считать китайского радиотелескопа FAST и обсерватории Аресибо, это самый чувствительный в мире одиночный антенный отражатель.
Самому GBT нет и двадцати лет, но он окружен несколькими более старыми радиотелескопами. Когда меня повели на экскурсию по территории, на меня надели красную каску, попросили перевести телефон в авиарежим, но выдали спец-разрешение делать цифровые фотографии (обычно разрешается пользоваться только старомодными камерами с 35-миллиметровой пленкой). И вот уже издалека я вижу GBT – он затмевает все остальные радиотелескопы, расположенные по соседству, как старые, так и новые. Первым я пошла осмотреть ржавый телескоп Говарда Тателя – самый старый радиотелескоп NRAO диаметром тридцать метров, наблюдения на котором начались 13 февраля 1959 года. Он прославился в 1960-м, когда знаменитый астроном Фрэнк Дрейк впервые использовал его в проекте поисков внеземного разума SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). В рамках двухмесячного проекта “Озма” (названного так в честь принцессы из серии книг “Страна Оз” Фрэнка Баума) проводились наблюдения двух наших ближайших звезд – Тау Кита и Эпсилон Эридана. Инопланетян телескоп не обнаружил, а единственный зарегистрированный им короткий сигнал, как позже выяснилось, был сигналом от пролетающего мимо самолета. Тем не менее с помощью телескопа-ветерана сделан ряд открытий: более точно определены и задокументированы местоположения и яркости некоторого количества радиообъектов, измерена температура поверхностей Луны и Венеры и изучен радиационный пояс Юпитера. Позже, в середине 1960-х, два одинаковых новых радиотелескопа в обсерватории были объединены с телескопом Говарда Тателя и превращены в интерферометр Green Bank (GBI, Green Bank Interferometer). Затем к GBI было добавлено несколько радиотелескопов меньшего размера, и эта система телескопов превратилась в прототип антенной системы VLA (Very Large Array) имени Карла Янски в Нью-Мексико. GBI первым подтвердил выводы общей теории относительности Эйнштейна о том, что массивные тела в космосе искривляют лучи света11.