Они там. Миллионы их. Рассеянные по Млечному Пути, словно космические осколки, безмолвные и тёмные. Мы знаем, что нейтронные звёзды должны быть повсюду. Они остаются после того, как массивные звёды разлетаются на куски в результате взрывов сверхновых. Они — призраки нашей галактики.
И всё же большинство из них остаются невидимыми.
Новое исследование, опубликованное в журнале Astronomy and Astrophysics, утверждает, что космический телескоп NASA Nancy Grace Roman наконец-то сможет заполнить эту слепую зону. План заключается не в том, чтобы увидеть их блеск, а в том, чтобы наблюдать за тем, что происходит со светом позади них.
«Большинство нейтронных звёзд относительно тусклые и одиночные» — Зофия Качмарек, Гейдельбергский университет.
Их невероятно трудно найти. Они одиноки во тьме. Качмарек, возглавившая исследование, знает, насколько они коварны. Они не «воют», как пульсары, и не пылают, как активные звёзды. Они просто ждут.
Как гравитация действует как лупа
Соберите массу, превышающую массу нашего Солнца, в шар размером с ваш город. Вот такая нейтронная звезда. Физики обожают их, поскольку они представляют абсолютное极限 того, насколько сильно вещество можно сжать, прежде чем оно превратится в чёрную дыру.
Обычно они излучают недостаточно видимого света, чтобы мы могли их увидеть. Если только они не вращаются и не направляют радиоволны, словно маяк. Или если они не поглощают близлежащий газ и не светятся в рентгеновском диапазоне. Но большинство из них слишком «вежливы». Слишком тихие.
Roman видит иначе.
Когда один из этих плотных призраков проходит перед фоновой звездой, его гравитация искривляет пространство. Немного, но достаточно. Это смещает положение звезды на небе и на мгновение делает её ярче. Это явление называется гравитационным микролинзированием.
Многие телескопы фиксируют увеличение яркости. Roman увидит смещение.
Всё дело в точности. Нейтронные звёзды тяжёлые. Тяжелее, чем коричневые карлики. Тяжелее, чем блуждающие планеты. Тяжёлый объект сильнее искривляет пространство-время. Это создаёт более сильный астрометрический сигнал — измеримое колебание положения.
«Фотометрия говорит нам, что что-то пролетело, но именно величина смещения положения звезды позволяет нам определить массу объекта» — Питер Макгилл, Национальная лаборатория Лоуренса в Ливерморе.
Макгилл объясняет это просто: можно напрямую взвесить невидимое. Измерив это крошечное отклонение на небе. Вам не нужен свет от самого объекта. Достаточно той тени, которую он отбрасывает на пространство-время.
Охота за «отдачами»
Зачем это нужно? Потому что мы всё ещё не до конца понимаем смерть звёзд. Или их рождение. В частности, границу, где заканчивается нейтронная звезда и начинается чёрная дыра.
Учёные ищут этот разрыв. Или его отсутствие.
Кроме того, нейтронные звёзды движутся очень быстро. Когда их родительские звёзды взрываются, физика взрыва может сообщить новорождённой звезде мощный «толчок». Сотни миль в секунду через галактику. Roman наконец-то сможет отслеживать этих беглецов.
Метод называется «Исследование временных изменений в галактическом балдже» (Galactic Bulge Time Domain Survey). Он предполагает многократную фотосъёмку плотных звёздных полей. Миллионов звёзд. Снова и снова. В поисках изменений.
«Мы приступим к работе по мере поступления данных», — говорит Питер Макгилл.
Они ожидают найти кандидатов в первые месяцы.
Сломанная выборка
Вот в чём проблема. Мы знаем лишь о нескольких тысячах нейтронных звёзд. Почти все из них — пульсары. Или двойные звёзды, танцующие с партнёром.
Это плохая выборка. Крошечный фрагмент.
Если судить о мире, опираясь только на громкие вещи, вы упускаете тихое большинство. По оценкам, население Млечного Пути составляет от десятков до сотен миллионов нейтронных звёзд. Большинство из них — одиночки. Холодные. Тёмные.
Качмарек откровенно говорит о текущих данных: «Мы видим небольшую нерепрезентативную выборку».
Одно измерение массы одинокой нейтронной звезды помогло бы. Одно такое измерение стало бы революционным. Потому что сейчас мы вынуждены полагаться на сложные модели взрывов звёзд. Roman позволяет нам проверить эти модели на практике.
Это также неожиданно полезно. Миссия была задумана для охоты на экзопланеты с использованием изменений яркости света. Она не предназначалась для поиска нейтронных звёзд с помощью смещений положения. Но её «глаза» оказались достаточно точными для этой дополнительной задачи.
«Это не было частью первоначального плана», — отметил Макгилл. Но это работает. Так что это остаётся.
Roman может дать нам первый большой список изолированных нейтронных звёзд, найденных исключительно благодаря гравитации. Без света. Только чистый Эйнштейн.
Мы также можем обнаружить блуждающие планеты и чёрные дыры. Объекты, которые отказываются orbitировать что-либо. Просто парящие во внезвёздной темноте.
Телескопом управляет Goddard при поддержке JPL и Caltech. Части его построили BAE Systems и L3Harris. Но наука? Это то, за чем нам предстоит наблюдать.
Звёзды ждут.
