Пульсары: подарок физике от Вселенной

Пульсары – это сверхплотные нейтронные звезды, которые многие ученые считают самыми удивительными лабораториями физики во Вселенной. Исследования в области этих экзотических объектов уже завоевали две Нобелевских премии

Сегодня исследователи пульсаров готовы изучать недоступные другими способами аспекты ядерной физики - проверить Общую теорию относительности в условиях огромной гравитации и физически увидеть гравитационные волны.

Нейтронные звезды – это остатки массивных звезд, которые взорвались как сверхновые. Они вмещают массу, превосходящую массу Солнца, в сферу, которая не больше чем земной город среднего размера, что делает их самыми плотными объектами во Вселенной, за исключением черных дыр, для которых понятие плотности теоретически неважно. Пульсары – это нейтронные звезды, которые испускают радиоволновые лучи, направленные во внешнюю сторону от полюсов магнитных полей. Когда такой луч попадает на Землю, радиотелескопы обнаруживают его как «пульс» радиоволн.

Точно определив частоту таких пульсов, астрономы могут использовать пульсары для уникальных «экспериментов» в рамках современной физики. Недавно трое ученых представили концепции подобных работ, не сомневаясь в будущих открытиях. Пульсары сейчас находятся в центре исследования гравитации.

Альберт Эйнштейн издал Общую теорию относительности в 1916 году, и его описание природы силы тяжести до сих пор подтверждалось многочисленными экспериментами и тестами. Но есть и другие теории.

«Многие из альтернативных теорий так же хорошо, как Общая теория относительности, предсказывают поведения тел в пределах нашей Солнечной системы. Но теории начинают разветвляться там, где начинается чрезвычайно плотная среда нейтронной звезды», - сказала Ингрид Стерс из университета Британской Колумбии.

Согласно ряду альтернативных теорий, поведение гравитации должно измениться от внутренней структуры нейтронной звезды.

«Точно определив частоту пульса пульсара, мы можем точно измерить свойства нейтронных звезд. Результаты нескольких исследований показали, что движение пульсаров не зависит от их внутренней структуры, таким образом, Общая теория относительности до сих пор в безопасности», - объяснила Стэрс.

Пульсары – это нейтронные звезды, часто встречающиеся в нашей галактике (фото sciencedaily.com)

Недавнее исследование пульсаров в бинарных системах звезд, где нейтронные звезды находятся в паре с другими нейтронными звездами и, в одном случае, с пульсаром, предлагает «испытание» Общей теории относительности в условиях очень сильной гравитации.

Другое предсказание Общей теории относительности касается того, что движение масс во Вселенной должно инициировать возбуждение пространства-времени в форме гравитационных волн. Такие волны должны быть обнаружены непосредственно, но исследование пульсаров в бинарных звездных системах дало косвенное свидетельство их существования. В 1993 году автор этой работы получил Нобелевскую премию.

Теперь астрономы используют пульсары, которые они обнаруживают в Млечном Пути, как гигантскую лабораторию, чтобы непосредственно зарегистрировать гравитационные волны.

«Пульсары – это настолько невероятно точные часы, что мы можем использовать их, чтобы зафиксировать гравитационные волны в диапазоне частот, где никакой другой эксперимент не будет показателен», - сказал Бенджамин Стапперс из Манчестерского университета в Великобритании.

Тщательно отслеживая пульс пульсаров, широко разбросанных в пределах нашей Галактики, астрономы надеются измерить небольшие изменения, вызываемые прохождением гравитационных волн. Ученые надеются, что такие измерения помогут обнаружить гравитационные волны, вызываемые движениями сверхмассивных пар черных дыр в ранней Вселенной, космических струн, и других событий с необычными свойствами, которые могли произойти за первые несколько секунд после Большого взрыва.

Пульсары были обнаружены в 1967 году, а Нобелевской премии открытие было удостоено в 1974 году. Энтони Хьюиш. Нобелевская премия по физике, 1974 года (фото sciencephoto.com)

«В настоящее время мы можем лишь установить границы существования очень низкочастотных волн из тех, которые мы ищем, но расширение исследования и инновационные телескопы, мы надеемся, приведут нас к прямому обнаружению в течение следующего десятилетия», - сказал Стапперс.

Пульсары, удельный вес которых в несколько раз больше, чем в атомных ядрах, – это уникальные лаборатории для ядерной физики. Детали физики таких плотных объектов ученым неизвестны.

Работа в этом направлении продолжается, и ученым нужно больше исследований. «Физики-теоретики умны, поэтому, когда у нас появляются новые данные, они перекраивают свои модели так, чтобы они соотносились со всеми новыми условиями», - сказал Стапперс.