Самый странный пульсар Вселенной исчез за поворотом пространства-времени

Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые генерируют мощные пучки излучения, исходящие с их полюсов. Сами же нейтронные звёзды представляют собой останки давно «погибших» звёзд, то есть светил, которые израсходовали всё своё водородное топливо и коллапсировали (схлопнулись) под действием гравитации.

С Земли учёные могут наблюдать пульсары, словно маяки в тумане: по мере вращения этих объектов волны радиоизлучения то появляются в поле зрения землян, то исчезают. Эти вспышки соответствуют периоду обращения пульсара. Более того, именно по ним астрономы привыкли определять время, ведь пульсары являются эталонами космических часов.

В последние годы астрономы открыли несколько двойных пульсаров. В их числе — удивительная система PSR J1906+0746 (сокращённо, J1906), которая стала предметом нового исследования. Результаты этой работы были опубликованы в издании The Astrophysical Journal, а также представлены на 225-встрече Американского астрономического общества (225th AAS Meeting), прошедшей в Сиэтле 8 января 2015 года.

Один из пары пульсаров «мигает» каждые 144 миллисекунд, а его ось вращения выровнена таким образом, что в сторону Земли идут радиоволны. Второй объект системы с Земли кажется тёмным, а значит, его излучение исходит в противоположную сторону от нашей планеты. Видимый пульсар обращается вокруг своего партнёра каждые четыре часа.

Впервые двойной пульсар был обнаружен сотрудниками обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико в 2004 году. С тех пор система изучается при помощи радиотелескопов по всему миру, и по сей день было зарегистрировано около миллиарда оборотов, совершённых пульсаром за 5 лет наблюдений.

Расчёты теоретиков показали, что двойной пульсар окружён крайне мощным гравитационным полем, которое искривляет пространство-время. Эта сила, предполагали учёные, в скором времени должна привести к исчезновению системы из поля зрения астрономов.

«Точно отслеживая каждое движение пульсара, мы смогли измерить гравитационное взаимодействие между двумя близко расположенными нейтронными звёздами. Каждая из них имеет массу больше, чем Солнце, но удалены они друг от друга менее чем на одну астрономическую единицу. Возникающая в результате такой конфигурации гравитация провоцирует массу удивительных эффектов», — рассказывает соавтор исследования Ингрид Стейрс (Ingrid Stairs) из Университета Британской Колумбии, Канада.

Пульсар J1906, по словам учёных, представляет собой идеальную релятивистскую бинарную систему, где, как следует из названия, правит теория относительности Эйнштейна. Поскольку система является крайне компактной и массивной, пространство-время деформируется ею. А поскольку видимый пульсар вращается внутри искривлённого «колодца», то и его ось вращения соответствует кривизне пространства-времени. Со временем это искривление приводит к тому, что ось вращение начинает колебаться, словно игла волчка. Это явление известно в науке как геодезическая прецессия.

Гравитационно искривлённое пространство-время вызывает потерю около одного оборота из миллиона за полный цикл, эквивалентный четырём часам. Астрономы утверждают в пресс-релизе, что это приводит к отклонению в 2,2 градуса в ориентации оси пульсара за один земной год. А значит, в скором времени ось отклонится настолько, что учёные перестанут принимать радиоизлучение от видимого пульсара, и он станет для людей невидимым, как и его партнёр. Собственно говоря, именно это событие — исчезновение пульсара из поля зрения землян — и было зарегистрировано астрономами на финальном этапе нового исследования.

«Пульсар исчез для нас, наблюдателей. Теперь мы не можем зарегистрировать его излучение даже при помощи самых мощных приборов. Это первый случай, когда столь молодой пульсар исчезает в результате геодезической прецессии», — поясняет ведущий автор исследования Юри ван Леуэн (Joeri van Leeuwen) из Нидерландского института радиоастрономии ASTRON.

Хорошая новость заключается в том, что пульсар исчез не навсегда. Поскольку колебания оси вращения продолжаются, в скором времени учёные должны будут увидеть его радиоволны снова. Но для астрономов понятие «скоро», опять же, относительно: ван Леуэн считает, что пульсар вновь станет видимым лишь через 160 лет.