Скрытый пульсар в сердце Млечного Пути: новые горизонты физики и поиски внеземного разума

Учёные подозревают, что в самом центре Млечного Пути скрывается быстро вращающаяся нейтронная звезда с мощнейшим магнитным полем — пульсар. Это открытие может изменить наше понимание того, как много этих экстремальных мёртвых звёзд обитает в непосредственной близости от сверхмассивной чёрной дыры нашей галактики, Стрельца А* (Sgr A*).

Как и все нейтронные звёзды, пульсары рождаются, когда звёзды массой, сравнимой с массой Солнца, исчерпывают запасы ядерного топлива и больше не могут противостоять гравитационному коллапсу. Хотя ожидается, что область Галактического центра изобилует пульсарами, обнаружить их крайне сложно из-за турбулентности и высокой плотности вещества в сердце нашей галактики. Однако радиоволны проходят сквозь эту область гораздо легче, чем видимый свет или другие виды электромагнитного излучения.

Именно поэтому потенциальное открытие этого пульсара было сделано командой Breakthrough Listen — исследователями, которые сканируют космос в поисках радиосигналов, которые могут быть «техносигнатурами», указывающими на активность внеземного разума. В период с 2021 по 2023 год команда проводила свои наблюдения с помощью телескопа Грин-Бэнк (GBT) в Западной Вирджинии, что и привело к обнаружению кандидата в пульсары, вращающегося со скоростью около 122 оборотов в секунду.

Учёные, стоящие за исследованием, признались, что были удивлены малым количеством найденных пульсаров. «Наше исследование — одно из самых чувствительных из когда-либо проводившихся в направлении Галактического центра, — заявила руководитель группы Карен Перес из Института SETI (Поиска внеземного разума). — Мы должны были обнаружить примерно 10% миллисекундных пульсаров и 50% обычных, медленных пульсаров, если предположить, что их популяция в центре Галактики аналогична той, что наблюдается в остальной части Млечного Пути. Несмотря на такую чувствительность, мы зарегистрировали только одного кандидата — названного Пульсаром Breakthrough Listen (BLPSR), — который всё ещё находится в стадии активного изучения».

Проверка Эйнштейна с помощью космических маяков

Гравитационный коллапс массивного звёздного ядра, приводящий к образованию нейтронной звезды, создаёт объект с массой от одной до двух масс Солнца, сжатый до диаметра всего в 20 километров. Это не только делает его самым плотным веществом во Вселенной (чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы на Земле 10 миллионов тонн — как 85 000 взрослых синих китов), но и, подобно фигуристу, прижимающему руки для ускорения вращения, резкое сжатие ядра раскручивает звезду до невероятных 700 оборотов в секунду.

Если бы этого было недостаточно, пульсары вдобавок испускают из своих полюсов два параллельных луча радиоволн. По мере вращения пульсара эти лучи сканируют космос, словно лучи маяка. Именно поэтому пульсары часто называют «космическими маяками».

Периодичность их излучения настолько точна, что пульсары можно использовать как космические часы для изучения физики в экстремальных условиях, например, вблизи объектов с колоссальной массой. Это касается и теории гравитации Эйнштейна — общей теории относительности (ОТО), согласно которой массивные тела искривляют ткань пространства-времени. Гравитация возникает из-за искривления пространства, а его влияние на время можно зафиксировать с помощью достаточно точных часов, таких как пульсары.

«Любое внешнее воздействие на пульсар, например, гравитационное притяжение массивного объекта, вызовет аномалии в стабильном приходе импульсов, которые можно измерить и смоделировать», — объясняет член исследовательской группы Славко Богданов из Колумбийской астрофизической лаборатории. — Кроме того, когда импульсы проходят рядом с очень массивным объектом, они могут отклоняться и испытывать временные задержки из-за искривления пространства-времени, как и предсказывает теория относительности Эйнштейна».

Стрелец А*, масса которого в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, оказывает колоссальное влияние на пространство-время, что делает его идеальной лабораторией для проверки законов физики. Если пульсары существуют вблизи Sgr A*, они станут идеальным инструментом для таких экспериментов.

Результатом может стать беспрецедентная по своей точности проверка общей теории относительности в условиях сверхсильного гравитационного поля сверхмассивной чёрной дыры. На сегодняшний день у нас нет другого способа заглянуть в эту экстремальную область и проверить, насколько верны наши представления о пространстве, времени и гравитации.

Однако сам факт того, что BLPSR оказался единственным кандидатом в пульсары в обширной выборке, ставит перед астрофизиками новую загадку. Либо наши модели, предсказывающие обилие пульсаров в центре Галактики, ошибочны, либо мы до сих пор не учитываем какой-то эффект, который "скрывает" их от наших телескопов. Возможно, сильное радиоизлучение от самой чёрной дыры или плотные облака ионизированного газа "заглушают" сигналы пульсаров, делая их невидимыми для нас.

Разгадать эту тайну предстоит астрономическим комплексам будущего, таким как сверхчувствительные телескопы следующего поколения ngVLA (Next Generation Very Large Array) и SKA (Square Kilometer Array). Их беспрецедентная чувствительность и разрешающая способность позволят если не обнаружить целую популяцию пульсаров, то точно определить верхний предел их численности в центре Галактики. Это либо подтвердит наши теории, либо заставит полностью пересмотреть представления о жизни и смерти звёзд в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры.

«Мы с нетерпением ждём, что покажут дальнейшие наблюдения за этим кандидатом в пульсары, — добавила Перес. — Если его существование подтвердится, он поможет нам лучше понять как устройство нашей собственной галактики, так и фундаментальные законы гравитации».

Результаты исследования были опубликованы в The Astrophysical Journal 9 февраля.