Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

Кроме того, не нужно недооценивать и роль случая. А она огромна! Делая теоретическое предсказание, нельзя знать точно, осуществится ли оно, как нельзя утверждать наверняка, что построенный морфологический ящик охватывает все свойства явления. Хороший тому пример — открытие планеты Плутон.

Помните, как был открыт Нептун? Леверье и независимо от него Адамс рассчитали, где на небесной сфере должна находиться планета, тяготение которой вносит возмущения в движение Урана. Именно в этой точке Нептун и был обнаружен. Открытие было четко предсказано, и Леверье с Адамсом по праву считаются его авторами. Но все же Нептун не мог полностью объяснить все аномалии в движении Урана. И тогда была выдвинута гипотеза — за орбитой Нептуна находится еще одна планета. В 1915 году Ловелл закончил необходимые расчеты и доложил на заседании Американской академии искусств и наук о том, где нужно искать планету Икс. После тщательных поисков планета была открыта. Это произошло 13 марта 1930 года — сотрудник Ловелловской обсерватории Томбо обнаружил планету Икс именно там, где предсказал Ловелл. Так значит, именно Ловелл открыл Плутон на кончике пера?

Когда измерили массу Плутона, оказалось, что она меньше той, что предполагал Ловелл. Плутон двигался совершенно не по той орбите, что была для него рассчитана. Предсказание оказалось начисто ошибочным! Но… ведь Плутон-то был найден там, где и было предсказано…

Ученым пришлось признать, что совершилось событие, немыслимое с точки зрения теории вероятностей. Его Величество Случай. Вернемся к теме нашего «расследования» и приведем еще пример случая — Крабовидную туманность. С ней связаны радикальные астрономические открытия XX века. Среди остатков вспышек сверхновых — это уникальнейший объект. Если бы Крабовидная туманность не была столь уникальна, развитие астрофизики за последние десятилетия могло пойти немного иначе. И самое удивительное в том, что уникальная эта туманность находится по астрономическим понятиям неподалеку от Солнца — в двух тысячах парсек. Вероятность такого соседства мала — и все-таки Крабовидная туманность рядом.

Итак, наше «расследование» продолжается. Мыл узнали, что существуют сверхновые: катастрофические звездные вспышки, в результате которых звезды погибают. Мы узнали о том, что на месте вспышки звезды-гостьи 1054 года возникла Крабовидная туманность — расширяющееся газовое облако. Обсудили идею Бааде и Цвикки о нейтронных звездах и метод, с помощью которого эта идея получена. Но действительно ли нейтронная звезда — именно тот объект, который можно назвать «трупом» погибшей звезды? Об этом — дальше.

_{Глава третья}

Белые карлики. Эффекты теории относительности. Что такое гравитационный радиус! Нейтронные звезды. Коллапс

Итак, Бааде и Цвикки сделали важное предсказание. Что же за этим последовало? Много лет спустя, выступая на международном совещании по сверхновым звездам, Цвикки с горечью вспоминал:

«Генри Норрис Рассел, работавший на Маунт Вилсон, убеждал меня и тогда и потом, что взрывные процессы со сжатием слишком уж причудливы и не играют роли в эволюции вещества во Вселенной. Эддингтон в 1930 году, когда я читал лекции в Кембридже, говорил то же самое».

Астрономам сверхплотные звезды казались причудливыми образованиями, астрономы не нуждались в экстравагантных ненаблюдаемых небесных телах для объяснения наблюдаемых явлений. Были известны плотные звезды — белые карлики. Белые карлики можно было наблюдать в телескопы. А в существование нейтронных звезд верили только Бааде и Цвикки. Верили, потому что их подход к проблеме вспышек сверхновых отличался большой широтой. Остальные астрономы (и даже такой выдающийся ученый, как сэр А. Эддингтон) считали, что самые компактные объекты во Вселенной — белые карлики. Белые карлики хорошо увязывались и с теоретическими представлениями об эволюции звезд. Открытие белых карликов — успех наблюдательной астрономии, и это тоже важно знать, чтобы понять, почему наблюдатели к ним так относились.

А открыты были белые карлики так. Ф. Бессель, работавший в Кенигсбергской обсерватории, в 1844 году исследовал, как перемещается по небу Сириус, ярчайшая звезда северного неба. Оказалось, что движется Сириус не по прямой, а по странной волнистой линии. У Бесселя не было причин сомневаться в законах Ньютона. Если тело не движется по прямой, значит, на него действует сила. Единственная сила, влияющая на движение небесных тел, — сила тяготения. Значит, Сириус притягивается каким-то другим телом, находящимся поблизости от него. Поскольку траектория движения Сириуса подобна синусоиде, значит, невидимое тело постоянно находится около звезды, то с одной то с другой стороны. Иными словами, невидимое тело обращается вокруг Сириуса, заставляя и его описывать кривую линию. Бессель сказал: Сириус — это двойная система. Спутник его очень слаб и потому невидим.

Здесь тоже, заметьте, был вопрос доверия. Бессель, как и все астрономы, безгранично верил в справедливость законов Ньютона. Поэтому наличие невидимой звезды в системе Сириуса представлялось несомненным. А нейтронные звезды, хотя и не противоречили известным законам физики, были лишь нововведением, не освященным вековыми традициями. Еще не были известны многие свойства недавно открытого нейтрона, а тут уже заговорили о нейтронных звездах!

В 1863 году американский астроном А. Кларк, испытывая новый объектив для телескопа, заметил около Сириуса слабую звездочку. Провели наблюдения, и выяснилось, что звездочка и Сириус обращаются около общего для них центра масс 1 раз за 50 лет. Но загадка Сириуса В в то время еще не возникла. Лишь в 1914 году У. Адамсу удалось получить спектр Сириуса В, и тогда обнаружилось, что температура на поверхности этой слабенькой звездочки вдвое выше, чем температура поверхности Солнца. Что же получается? Количество энергии, излучаемой нагретым шаром (звездой), пропорционально четвертой степени температуры и квадрату радиуса звезды. Если бы Сириус В по размерам был подобен Солнцу, то должен был излучать в 24 = 16 раз больше, чем наше дневное светило. А он излучает значительно меньше Солнца. Значит, Сириус В должен иметь соответственно значительно меньшие размеры. Радиус его должен составлять около 10 000 километров — чуть больше, чем радиус Земли!

Это был наблюдательный факт, и все равно астрономы поверили в него не сразу. Эддингтон писал в книге «Звезды и атомы», опубликованной в 1927 году:

«Сообщение спутника Сириуса после его расшифровки гласило: «Я состою из вещества, плотность которого в 3000 раз выше, чем все, с чем вам когда-нибудь приходилось иметь дело; тонна моего вещества — это маленький кусочек, который умещается в спичечной коробке». Что можно сказать в ответ на такое послание? В 1914 году большинство из нас ответило так: «Полно! Не болтай глупостей!»

Но с наблюдениями не поспоришь. С существованием в природе белых карликов пришлось смириться. Сначала их приняли как факт, и лишь полтора десятилетия спустя поняли, почему белые карлики имеют такие маленькие размеры и такую большую плотность. Первым об этом написал английский астрофизик А. Милн в 1930 году. В белых карликах, утверждал он, находится вырожденное вещество.

Что это значит?

Любая звезда находится в равновесии, потому что в ней противоборствуют две равно могучие силы. Все частицы вещества притягиваются друг к другу — действуют силы тяжести. Тяжесть стремится сжать звезду. Но звезда горяча. Частицы в ней хаотически движутся, создавая газовое давление. Давление газа стремится звезду расширить. Температура на поверхности Солнца достигает 6 тысяч градусов, а в недрах — до 20 миллионов градусов! Обычное газовое давление тем больше, чем выше температура. В нормальных звездах, подобных Солнцу, давление газа способно уравновесить силу тяжести в любой точке звезды. Будь звезда чуть-чуть горячее, она стала бы расширяться (газовое давление оказалось бы больше, чем сила тяжести), но при расширении она стала бы остывать, как и положено газу. Давление упало бы, и расширение прекратилось. В стационарных звездах обе силы находятся в строгом равновесии друг с другом.