Загадки для знатоков. История открытия и исследования пульсаров

Амнуэль Павел Рафаэлович

Это хорошая идея. И от энергетической проблемы избавились, и взрыв сверхновой получили. Но каждую идею нужно подтверждать расчетами. Такие расчеты были в большом количестве проведены в СССР (группа В. С. Имшенника) и в США (группа Д. Арнетта). Проделана огромная работа, следствием которой стал странный вывод: взрыва не происходит. То есть оболочка, поглотив нейтрино и напитавшись энергией, конечно, разлетается, но… поглощенной энергии оказывается слишком мало, и скорость разлета получается небольшой, раз в двадцать меньше наблюдаемой. Все равно как если бы вместо взрыва гранаты лопнул воздушный шарик…

Советские ученые С. С. Герштейн, Л. Н. Иванова, В. С. Имшенник и другие в конце концов заключили, что взрыв все же можно получить, если принять: ядро коллапсирующей

звезды имеет аномально большую плотность. Нереальную по нынешним представлениям: около 5 тысяч т/см³. Чтобы получить такую плотность в ядре, советские ученые ввели еще одно допущение — коллапсирует звезда в двойной системе, да еще при условии, что на нее перетекает вещество с поверхности соседней, нормальной звезды. Возникает внешнее давление, которое и позволяет ядру коллапсирующей звезды сжаться больше, чем обычно. Но тогда получается, что сверхновые могут вспыхивать лишь в тесных двойных системах, да не в любых, а в тех, где идет процесс перетекания вещества. А как же быть с одиночными звездами?

Возникает очередное противоречие. С одной стороны, мы утверждаем, что при взрыве звезды образуется звездный остаток и выбрасывается оболочка — так говорят наблюдения. А с другой стороны, теория утверждает, что при взрыве звезда может разлететься полностью. Либо коллапсировать практически без взрыва. Либо оболочка без звездного остатка, либо звездный остаток без оболочки. А нам нужно и то и другое. Ясно, что нужно что-то менять либо в теории (так мы придем к научному изобретению), либо в интерпретации наблюдений (а это уже пахнет возможным открытием!).

Конечно, прежде всего нужно усовершенствовать теорию. При коллапсе в звезде протекают сложнейшие физические процессы. Кто станет утверждать, что расчеты учли хотя бы основные явления и эффекты, не говоря о массе побочных, которые представляются несущественными, а на деле могут оказаться важнейшими? Теория описывает явления упрощенно, чего-то в расчетах явно недостает. Например, обычно не учитываются ни вращение звезды, ни ее магнитное поле. Это действительно чрезвычайно трудно учесть — никакая ЭВМ за разумное время не рассчитает коллапс магнитной вращающейся звезды. Ясно, однако, что магнитное поле и вращение могут играть при коллапсе не второстепенную роль. Впервые об этом написал советский астрофизик Г. С. Бисноватый-Коган в 1970 году. Идея была достаточно проста. Ядро звезды сжимается, при этом его магнитное поле возрастает во много раз. Оболочка звезды падает вслед за ядром, но все же немного отстает и поэтому не может вращаться вокруг оси с такой же точно скоростью, что и ядро. А ведь ядро и оболочка связаны силовыми линиями общего для них магнитного поля! Ядро вращается быстрее оболочки, и магнитные силовые линии наматываются на него. В результате вращение ядра тормозится, а вращение оболочки ускоряется. Оболочка вращается все быстрее и быстрее. Наконец, скорость вращения оболочки становится больше скорости убегания! Мощные центробежные силы мгновенно расшвыривают оболочку — вот и взрыв. И не нужно никакого ядерного горючего. Все делают вращательная и магнитная энергии.

Нужно, однако, чтобы энергия вращения ядра передавалась в оболочку достаточно быстро. Коллапс продолжается считанные секунды, и за это время магнитное поле, играя роль посредника, должно успеть «перекачать» из ядра звезды в оболочку огромную энергию, достаточную для эффекта вспышки сверхновой.

По оценкам Г. С. Бисноватого-Когана, магнитное поле оказалось достаточно эффективным посредником. Но в 1971 году П. Р. Амнуэль, О. X. Гусейнов и Ф. К. Касумов рассчитали модель такого процесса, и оказалось, что взрыв может произойти лишь при выполнении двух условий. Первое: магнитное поле между ядром и оболочкой должно быть не дипольным, как обычно предполагалось, а направленным по радиусам. Это еще ничего, при быстром сжатии звезды силовые линии растягиваются, и магнитное поле вполне может действительно стать радиальным вместо дипольного. Второе условие более жесткое. Оболочка разлетается лишь в том случае, если звезда, еще будучи обычной, очень быстро вращалась. Это существенное

ограничение. Встречаются, конечно, звезды и с очень быстрым вращением, но их немного…

В 1974 году Г. С. Бисноватый-Коган тоже обратился к расчетам этой модели (она получила название магнито-ротационного взрыва). Совместно с Ю. П. Поповым и А. А. Самохиным он рассчитал сложную модель коллапса с вращением и магнитным полем, учел гидродинамику явления, температуру оболочки, излучение нейтрино и… получил практически тот же результат: взрыв возможен, но требует совершенно нереальных значений магнитного поля…

Так была похоронена еще одна гипотеза, еще одна ячейка из морфологического ящика «теория вспышек сверхновых» оказалась далекой от реальности.

Никто, впрочем, еще не пробовал объединить все теории, в том числе и те, о которых мы не рассказывали. Ведь в звезде одновременно начинаются и ядерные реакции с выделением нейтрино, и магнитная намотка… Возможно, объединив все теории, мы и получим тот эффект, который никакая теория в отдельности дать не может?

Но этого еще не сделано, и наше расследование причин взрывов сверхновых так и не доведено до конца. Мы довольно четко представляем, как звезда рождается, как она живет. Довольно четко представляем, какие ядерные реакции идут в ее недрах, как и почему звезда «на старости лет» становится красным гигантом. «Загробную» жизнь звезды в стадии пульсара мы представляем уже значительно хуже. Почему все-таки ускоряются в недрах нейтронной звезды частицы, как они излучают — это еще неясно. И еще менее ясно, как протекает агония звезды, как наступает ее клиническая смерть. Это напоминает наши представления об эволюции человека. Археология дает нам все фазы эволюции самого человека и все фазы его жизни в образе обезьяны. Но вот переходное существо — уже не обезьяна, но еще не человек — где оно?

Возможно, что в ближайшие годы правильная теория взрывов сверхновых будет создана. Ну а если поиск ведется в неправильном направлении? Ведь методики выбора идей из морфологического ящика пока не существует. Исследователи по-прежнему полагаются на метод проб и ошибок. А проблема взрыва сверхновой очень сложна. Возможно, нужны тысячи проб, из которых пока сделаны лишь сотни?

Отсутствие эвристора открытий и научных изобретений сильно осложняет жизнь. Теория решения изобретательских задач была создана в первом приближении за десять лет, но продолжает развиваться и сейчас. Сколько времени нужно ждать, пока появится эвристор открытий? Сейчас делаются лишь первые шаги. Что мы умеем? Умеем пользоваться некоторыми правилами ТРИЗ — если научная задача сводится к изобретению, а не к открытию. Можем предсказать и открытие, если удачно воспользуемся фантограммой. Знаем методы развития творческого воображения, а это уже большое достижение.

Вы помните кинофильм «Девять дней одного года»? Там был такой эпизод: физики весело смеются над плакатом «Откроем новую элементарную частицу в текущем квартале». Их веселье понятно — ведь до сих пор работа мысли исследователя окутана таким густым туманом, что упоминание возможности планирования открытий вызывает смех. Но всегда ли так будет?

Надеемся, что нет.

Конец расследования. Заключение

Расследование гибели звезды в 1054 году подошло к концу. Мы внимательно изучили все обстоятельства, аргументы, доказательства и прочие материалы по делу. И можем теперь вынести такое официальное заключение:

1. Янг Вэй-Тэ в 1054 году, Тихо Браге в 1572 году, Иоганн Кеплер в 1604 году и Джон Флэмстид в 1680 году наблюдали на небе звезды, неожиданно вспыхивавшие и исчезавшие несколько месяцев спустя. Эти вспышки (за исключением вспышки 1680 года) были значительно ярче вспышек так называемых новых звезд. Звезда-гостья 1054 года была видна даже днем! Эти необычные вспышки выделены в особую группу и названы сверхновыми.

2. В связи с исключительностью явления была выдвинута гипотеза о том, что вспышка сверхновой свидетельствует о гибели звезды. Научное расследование поставило перед собой цель провести оперативный розыск тела погибшей звезды.