Vor genau einem halben Jahrhundert haben Astronomen ein seltsames Signal empfangen, das ursprünglich mit Nachrichten von Außerirdischen verwechselt wurde. Wie Pulsare Wissenschaftler erschreckten und was sie 50 Jahre später für Astronomen wurden, sagte der führende Forscher der Moskauer Staatlichen Universität, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Astrophysiker Sergei Popov.
- Sergey, vor genau 50 Jahren entdeckten Radioastronomen in Cambridge zum ersten Mal einen Funkpulsar. Wie ist es passiert?- Es war 1967, ganz Großbritannien bereitete sich auf den 50. Jahrestag des Großen Oktobers vor. Pink Floyd veröffentlichte ihr erstes Album, The Beatles nahm Sgt auf. Peppers Lonely Hearts Club Band, wenn ich mich nicht irre. Jocelyn Bell erhielt als Doktorandin jeden Tag 30 Meter Papier, auf dem die Daten der Funksignale mit der knorrigen Hand eines Rekorders geschrieben wurden. Und sie hat mit ihnen gearbeitet. Langsam bemerkte sie ein seltsames Signal, das wiederholt aus demselben Bereich des Himmels kam. Sie sah, dass das Signal alle 23 Stunden 56 Minuten kommt, dh für die Zeit der Erdumdrehung relativ zu den Sternen. Das erste von ihr notierte Signal auf den Aufnahmen des Rekorders bezieht sich auf den 6. August. Aber sie haben das alles später identifiziert. Dann meldete sie dies dem Anführer Anthony Hewish, und sie hatten viele Zweifel daran, wie real dieses Signal war. Es wurde beschlossen, dieses Signal zu testen, und am 28. November wurde ihre Überprüfung mit Erfolg gekrönt. Außerdem wurde ihnen in diesem Moment klar, dass dieses Signal mit einer Zeitspanne von 1,33 Sekunden kommt. Dann war es notwendig, eine Reihe aller möglichen Optionen, einschließlich Außerirdischer, zu verwerfen. Wir werden nie erfahren, wie ernst einer von ihnen diese Version nahm - die Zeit war so, das Bewusstsein aller wurde erweitert. Kurz vor Weihnachten entdeckte Jocelyn auf dem Weg in die Ferien eine zweite Quelle. Jocelyn entdeckte eine zweite Quelle. Jocelyn entdeckte eine zweite Quelle.
Und sie hatten es nicht eilig, die Welt über die Entdeckung zu informieren?
- Es bestand eine sehr ernsthafte Möglichkeit, dass dieses Signal künstlich war, und daher stellte Hewish fest, dass eine ziemlich starke Doppler-Verschiebung des Signals erkennbar ist, wenn das Signal von einem bestimmten Planeten stammt und sich der Planet um seinen Stern dreht. Sie untersuchten diese Option gezielt und lehnten sie ab, dh sie stellten fest, dass sich die Quelle nicht auf einem Objekt befindet, das sich regelmäßig um den Stern bewegt. Nun, dann veröffentlichten sie einen Artikel in Nature, in dem Huish gemäß den Traditionen und Ordnungen dieser Zeit der erste Autor und Bell der zweite war.
Dann gab es eine große Diskussion über die Natur des Objekts, und weniger als sieben Jahre später, ziemlich schnell, wurde dafür der Nobelpreis vergeben.
Und es war nicht ohne Skandal - Bell blieb ohne Preis
- Ja, Frel Hoyle schrieb einen Brief an die Zeitung und sprach darüber, dass das, was sie tat, überhaupt nicht zufällig war, und sie bemerkte, dass das Signal von einem Teil des Himmels kam, mit einem Unterschied in den Sternentagen. Es gab einige Diskussionen darüber und Jocelyn selbst schrieb später, dass sie nicht beleidigt war und keine Beschwerden hatte. Zumindest können wir sagen, dass niemand absichtlich jemanden dort geschubst oder geschubst hat.
Das seltsame Objekt stellte sich als Neutronenstern heraus, aber war dies der Fall, als ihre Existenz früher vorhergesagt wurde?
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- Ja, Neutronensterne sagen dies seit den 1930er Jahren voraus. Am Anfang, noch vor der Entdeckung von Neutronen, gab es eine abstrakte theoretische Vorhersage von Landau, dass es überdichte Sterne mit einer Dichte wie ein Atomkern geben könnte. Dann, im Jahr 1934, als das Neutron entdeckt wurde, erschien ein Artikel von Baade und Zwicky, in dem richtig vorausgesagt wurde, dass Neutronensterne hauptsächlich aus Neutronen bestehen können und dass sie in Supernova-Explosionen geboren werden. Sie zeigten wichtige Schlüsselparameter an. Dann tauchte auf die eine oder andere Weise die Existenz von Neutronensternen unter Theoretikern auf, und Mitte der 1960er Jahre begannen sie, die Abkühlung dieser Quellen detailliert zu modellieren. Und im Allgemeinen wurde im 67. Jahr ein Artikel von Franco Pacini geschrieben, in dem Pulsarstrahlung fast vorhergesagt wurde.
Mit der Entdeckung von 1967 wurde der Wissenschaft eine ganze Klasse neuer Objekte von Sternmassen von der Größe einer Großstadt bekannt. Was sind ihre Typen?
- In der Tat gibt es viele verschiedene Neutronensterne. Dies ist jedoch hauptsächlich die Errungenschaft der letzten Jahre. Zunächst glaubte man, dass alle jungen Neutronensterne dem Pulsar im Krebsnebel ähnlich sind. Und wir können alte Neutronensterne in binären Systemen sehen, wenn Materie von einem Begleitstern auf sie fließt. Und dann stellte sich heraus, dass sich junge Neutronensterne auf sehr unterschiedliche Weise manifestieren können. Die bekannteste Art von Quellen sind wahrscheinlich Magnetare.
Magnetare können als eine der hellsten Entdeckungen der russisch-sowjetischen Astronomie angesehen werden - blinkende Objekte, die ein Maximum an absolut fantastischer Strahlungsleistung und mehr als 10 Milliarden Sonnenlicht erreichen.
Andererseits gibt es noch junge Neutronensterne. Sie unterscheiden sich jedoch vollständig von Pulsaren, d.h. manifestieren sich nicht als Pulsare. Dies sind beispielsweise kühlende Neutronensterne in der Sonnenumgebung, die sogenannten. Die glorreichen Sieben. Es gibt Quellen in Supernova-Überresten. Es ist sehr schön, wenn wir genau in der Mitte des Überrests eine kleine Punktröntgenquelle sehen, die keine Aktivität zeigt. Es ist ein junger Neutronenstern, und wir sehen Strahlung von seiner heißen Oberfläche. Es gibt auch verschiedene interessante Varianten von Pulsaren, wie zum Beispiel rotierende Funkübergänge - Objekte, die nicht bei jeder Umdrehung einen Impuls geben.
Welche Rolle spielten Pulsare in der Astronomie und bei angewandten Problemen?
- Im Allgemeinen waren alle Wissenschaftler von der Stabilität der Rotation der Pulsare verblüfft, sodass der Pulsar wie eine sehr genaue Uhr funktioniert.
Dies bietet eine hervorragende Gelegenheit, die Allgemeine Relativitätstheorie zu testen. Der zweite Nobelpreis für Neutronensterne wurde tatsächlich zur Überprüfung der allgemeinen Relativitätstheorie für diese Objekte vergeben (insbesondere wurde die Existenz von Gravitationswellen indirekt bestätigt).
Die Substanz in den Tiefen der Neutronensterne befindet sich in einem superdichten Zustand - in einem Zustand, den wir in Laboratorien auf der Erde nicht erhalten können. Und das ist interessant für Physiker. Auf ihrer Oberfläche befindet sich ein sehr starkes Magnetfeld, das auch in einem Labor nicht zu erreichen ist. Pulsare zeigen manchmal Periodenfehler, die sich abrupt ändern. Und die erste Idee war, dass dies auf einen Bruch in der Kruste zurückzuführen ist. Tatsächlich scheint es sich jedoch immer noch nicht um Krustenfehler zu handeln, aber es gibt einen noch interessanteren Effekt, der mit der Tatsache verbunden ist, dass sich in der Kruste Wirbel von superfluiden Neutronen befinden. Und wenn das System dieser Wirbel wieder aufgebaut wird, tritt ein Periodenfehler auf - der Stern beschleunigt seine Rotation stark.
Und wie sie sagen, sind Pulsare von volkswirtschaftlicher Bedeutung.
Lange Zeit glaubte man, dass das Wichtigste ihre Rotationsstabilität ist. Daher wurden sehr ernsthafte Zeitstandards basierend auf Funkpulsaren sehr ernsthaft entwickelt.
Und die Tatsache, dass sie heute nicht implementiert wurden, ist nur darauf zurückzuführen, dass auch auf dem Gebiet der Herstellung von Atomuhren sehr ernsthafte Fortschritte erzielt wurden. Neutronensterne waren hier also nicht nützlich, aber sie wurden benötigt, um ein anderes Problem zu lösen.
In der Weltraumforschung gibt es ein Problem der autonomen Navigation von Satelliten. Wenn ein Raumschiff irgendwo zwischen Jupiter und Saturn fliegt, muss es im Idealfall selbst entscheiden, wo und wann der Motor eingeschaltet werden soll, um die Umlaufbahn zu korrigieren. Dazu muss er seine Geschwindigkeit und seinen Standort kennen. Dies wird nun durch ständigen Kontakt mit der Erde gelöst. Aber das ist schlecht. Erstens, weil das Signal mehrere Stunden lang hin und her gehen kann, und zweitens müssen Sie einen leistungsstarken Funksender an Bord mit Strom versorgen. Es wäre großartig, wenn der Satellit dies selbst entscheiden könnte. Und Pulsare sind die perfekte Lösung. Weil sie stabile Impulse geben.
Der Satellit bewegt sich relativ zum Massenschwerpunkt des Sonnensystems. Beziehungsweise, Wenn wir die Ankunftszeiten der Impulse für das Schwerpunktzentrum berechnen, können wir aus der Verzögerung der gemessenen Ankunftszeit die Koordinaten des Satelliten im Sonnensystem bestimmen.
Wenn sich der Satellit bewegt, tritt der Doppler-Effekt auf. Wenn es sich in Richtung des Pulsars bewegt, erhöht sich die Häufigkeit des Eintreffens von Impulsen. Wenn in die entgegengesetzte Richtung, dann nimmt es ab. Wenn mehrere solcher Pulsare beobachtet werden, können die dreidimensionale Position und Geschwindigkeit der Vorrichtung genau bestimmt werden. Dank des technologischen Fortschritts sind Röntgendetektoren heute recht billig, leicht und energieeffizient. Und der erste chinesische Satellit mit einem Prototyp eines solchen Navigationssystems fliegt bereits. Und der zweite Prototyp wird jetzt auf der Internationalen Raumstation getestet. Es gibt ein amerikanisches Gerät NICER, im Rahmen seiner Verwendung wird das SEXTANT-Experiment durchgeführt, in dem das Röntgennavigationssystem getestet wird. Höchstwahrscheinlich werden interplanetare Stationen der nächsten Generation bereits von Pulsaren geleitet.
Pavel Kotlyar
