Первый оптический пульсар

Впервые пульсары были обнаружены в радио диапазо не, когда Джоселин Белл (Бернелл) во время наблюдений, проводимых в Кембридже в 1967 г., заметила "какие-то шумы". "Шум" оказался на удивление регулярным сигналом космического происхождения. После того как версии о "маленьких зеленых человечках" и другие фантастические объяснения были отвергнуты, ученые пришли к выводу, что источником сигналов является вращающаяся нейтронная звезда. А два года спустя были зарегистрированы и световые сигналы от объекта, который долгое время оставался самым короткопериодическим из известных пульсаров, - NP 0532 в Крабовидной туманности.

Крабовидная туманность - это остаток взрыва сверхновой, происшедшего в созвездии Тельца и замеченного в 1054 г. китайскими и японскими астрономами. Звезда NP 0532 представляет собой чрезвычайно компактный объект, масса которого равна массе Солнца, но диаметр едва ли превышает 20 км. Столь высокая плотность характерна для нейтронных звезд (их вырожденное вещество состоит в основном из нейтронов), образующихся в результате катастрофического расширения наружного слоя сверхновых звезд, начальная масса которых не превышает 1,7 солнечной массы. (Звезда с большей массой превращается в черную дыру, а с меньшей, вероятно, в белый карлик.)

Оптическое излучение пытались обнаружить и у пульсара СР 1919, открытого первым в мае 1968 г., но безуспешно. Пульсар в Крабовидной туманности был обнаружен (в радио диапазоне) лишь 18 ноября 1968 г., а сфотографирован 24 ноября - но, к сожалению, кембриджский фотометрист, не подозревавший об открытии, занялся анализом снимков лишь значительно позже. Поэтому пальма первенства в открытии оптических пульсаций досталась ученым из обсерватории Стюарда Аризонского университета. Открытие произошло 16 января 1969 г.; У. Кок, М. Дисней и Д. Тейлор, наблюдая за изображением на телеэкране, связанном с компьютером, разразились восторженными криками, которые оказались записанными на магнитофон, случайно оставшийся включенным. Сигнал состоял из основного импульса продолжительностью 4 мкс и слабого побочного импульса, которые повторялись с периодичностью 30 раз в секунду. Всего три недели спустя в журнале Nature появилась их статья со следующим замечанием: "Источник пульсации должен наблюдаться в виде точки на фотографии Крабовидной туманности, полученной с высоким разрешением".

Первыми астрономами, попытавшимися получить фотографическое изображение пульсара, были Джозеф Миллер и Э. Джозеф Уомплер из Ликской обсерватории. Они сконструировали стробоскопический прибор: вращающийся обтюратор помещался между трехметровым телескопом и телевизионной камерой, оснащенной электронно-оптическим усилителем изображения и видиконом на вторичных электронах. Обтюратор (см. Введение) представлял собой диск с шестью прорезями, вращающийся со скоростью примерно 10 об/с, благодаря чему прохождение каждой щели совпадало с одной и той же фазой пульсара. Это позволяло интегрировать по отдельности максимумы (фото вверху) и минимумы (фото внизу) пульсара в течение 10 с. Каждый кадр захватывает по ширине примерно 1'. Интегральный максимум по крайней мере в 50 раз превосходит минимум.

1 февраля 1969 г. Ликская обсерватория, Санта-Крус, Калифорния, США. Дж. Миллер и Э. Дж. Уомплер. 1,1- метровый телескоп; вращающийся обтюратор; телевизионная камера 'Вестингауз' с электронно-оптическим усилителем изображения; фотокатод S-25 10 с (время интегрирования). Ликская обсерватория [50, 189, 222, 255]

Кадры, полученные Миллером и Уомплером, дали два важных результата: они помогли определить точное местоположение оптического пульсара и подтвердили наличие изменений яркости, обнаруженных ранее методом фотометрии. На фотографии, полученной при непрерывной экспозиции, яркость звезды должна составлять среднюю величину относительно изображенных здесь "включенного" и "выключенного" состояний.

Большинство астрономов придерживаются модели пульсара, которую называют моделью "прожектора" или "маяка". Уже первые наблюдения пульсара в Крабовидной туманности показали, что его свет имеет круговую поляризацию, что указывает на наличие магнитного поля. Линии поля "накручиваются" на быстро вращающуюся звезду, поэтому заряженные частицы могут вылетать только в области полюсов. И если ось вращения звезды не совпадает с ее магнитной осью, то пучок, выходящий из магнитного полюса, будет описывать в пространстве конус, периодически попадая в поле нашего зрения; в результате мы видим вспышки. Если пучок света достаточно узкий, то понятной становится и малочисленность пульсаров: мы можем наблюдать лишь те из них, магнитная ось которых хотя бы на короткое время совпадает с направлением на нашу планету.

Пульсар NP 0532 теперь уже не считается самым короткопериодическим: периоды пульсаров PSR 1937 + 214 и PSR 1953 + 29 короче соответственно в 25 и 5 раз. Однако из 330 пульсаров, обнаруженных к настоящему времени, пульсар в Крабовидной туманности остается самым молодым и единственным, у которого излучение обнаружено в радио-, оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах.