Нещодавно одна міжнародна команда астрономів відкрила, а друга досліджувала нейтронну зірку (пульсар), розташовану майже в самому центрі нашої Галактики. Від центральної надмасивної чорної діри (ЧД) її відділяють лише кілька світлових років.
Це перша (і довгоочікувана !) відома нам нейтронна зірка в безпосередньому оточенні центру нашої зоряної системи. Цілком імовірно, що вона гравітаційно пов’язана з розташованою там надмасивною ЧД і рухається навколо останньої по замкнутій орбіті. Відкриття такого об’єкта відкриває великі можливості у вивченні полів і речовини поряд з ЧД. Чим, власне, поспішила скористатися ще одна група астрономів, виміряли за допомогою нововідкритої зірки величину галактичного магнітного поля в її околиці.
Пульсар – це нейтронна зірка, дуже маленька (всього в два десятки кілометрів), але дуже щільна (оскільки важить в півтора рази більше Сонця), а головне, це куля, яка дуже швидко обертається. Один оборот навколо своєї осі така зірка здатна робити всього за кілька мілісекунд. При обертанні зірка випромінює не рівномірно, а двома вузькими пучками, утвореними її найсильнішим магнітним полем.
Якщо такий пучок потрапляє в поле зору спостерігача на Землі, то нейтронна зірка представляється у вигляді пульсуючого об’єкта. Видимий період спалахів випромінювання при цьому збігається з періодом обертання, причому, що дуже важливо, з хорошою точністю. При цьому період обертання пульсарів дуже і дуже стабільний. Строго кажучи, він, звичайно, змінюється з часом, але темпу ходи таких “годин” (тобто стабільності) позаздрять багато виробників атомних стандартів часу на Землі.
Імпульси, які приходять від пульсара, несуть велику кількість інформації про його оточення – нейтронна зірка виступає нерукотворним зондом просто відмінної якості. Наприклад, при відомому русі такого “зонда” можна напряму вивчити структуру гравітаційного і магнітного полів в околиці зірки, властивості речовини, через яку довелося пройти сигналу по шляху до нас. Саме тому, астрофізики вже дуже давно хотіли знайти такий пульсар в околиці Стрільця А * – надмасивної чорної діри, розташованої в центрі нашої Галактики.
У квітня 2013 року мрії астрофізиків збулися – їм вдалося виявити пульсар SGR J1745 – 2900. По частині обігу навколо своєї осі цей пульсар вважається повільним – він робить один оборот за 3,76 секунди. При цьому період вдалося виміряти дуже точно вже його першовідкривачам – похибка склала всього 200 наносекунд.
Виявили пульсар в якомусь сенсі випадково. Спочатку космічна обсерваторія “Чандра” зафіксувала 29 квітня 2013 потужний спалах рентгенівського випромінювання в напрямку,що майже збігається з центром нашої Галактики. Далі обсерваторія і супутник “Свіфт” продовжили спостерігати за цією областю і незабаром переконалися, що там присутнє точкове джерело періодичного випромінювання з періодом близько чотирьох секунд.
Період і спектр його випромінювання, темп зміни періоду (який теж був виміряний і склав 200 мікросекунд на рік), випадки яскравих рентгенівських спалахів не полишали іншої можливості, крім як стверджувати, що ми бачимо молоду нейтронну зірку з особливо сильним магнітним полем.
Трохи пізніше в наступних потім спостереженнях на декількох великих радіотелескопах той же об’єкт був знайдений і в радіодіапазоні. Це дозволило оцінити відстань до нього, і отримана оцінка цілком відповідала його розташуванню в центрі Галактики.
SGR J1745 – 2900 знаходиться на відстані не більше п’яти світлових років (а швидше за все, навіть меншому) від центральної чорної діри. Причому з великою ймовірністю пульсар гравітаційно пов’язаний з чорною дірою і обертається навколо нього по замкнутій орбіті. Це, в принципі, робить можливими в майбутньому спостереження затемнень пульсара чорною дірою, що було б ще більш довгоочікуваним результатом. Але для цього має дуже пощастити.
Вже зараз можна використовувати виявлений об’єкт для вивчення того, що відбувається поряд з нашою чорною дірою, що важить, до слова, в чотири мільйони разів більше, ніж Сонце. Перші важливі результати були опубліковані трохи менше ніж через місяць після появи статті про відкриття пульсара. Їх суть в наступному: європейським і американським астрономам, працюючим на декількох радіотелескопах, вдалося виміряти галактичне магнітне поле поряд з цим Пульсаром. І тим самим експериментально підтвердити існуючі теорії, що описують падіння гарячого міжзоряного газу на чорну діру.
Це виявилося можливим завдяки одному з властивостей пульсарів: електромагнітні хвилі, які вони випромінюють, виявляються сильно поляризованими. Тобто вектор електричного поля в них коливається переважно в якійсь одній площині. Але орієнтація цієї площини (кут її повороту навколо променя зору) залежить від того, на якій довжині хвилі спостерігається пульсар, якщо при цьому його оточує навіть невелике магнітне поле. (Тут, звичайно, мається на увазі міжзоряне магнітне поле, а не поле самої нейтронної зірки, яке на порядки більше.)Цей ефект носить назву ефекту Фарадея і дозволяє, в принципі, вимірювати магнітні поля поруч з джерелами поляризованого випромінювання.
Так, спостерігаючи пульсар в трьох частотних діапазонах, автори другої роботи оцінили магнітне поле поруч з J1745 – 2900 на рівні в кілька міллігаусс. Для порівняння, типове міжзоряне магнітне поле (далеко від центру Галактики) приблизно в тисячу разів менше. Що випливає з отриманого результату? Один вельми важливий висновок.
Виміряне поле – це поле, супутнє тому гарячому газу, який постійно падає (притягається) на нашу центральну чорну діру і який забезпечує частину її активності. Наприклад, особливості (вид спектру) випромінювання, що приходить з цієї області, частина якого має синхротронну природу. Саме випромінювання спостерігається досить давно, але теорія,яка його пояснює, вимагає наявності істотних магнітних полів у близькому оточенні чорної діри, оскільки саме магнітне поле впливає на структуру потоку гарячого газу і, в результаті, на темп його випадання на ЧД. Це складний фізичний процес, описати який в деталях в рамках даного тексту можливості немає. Але головне, що ця теорія вимагала експериментальної перевірки, яка неможлива без прямого вимірювання величини поля на відстані в 1-2 світлових років від чорної діри – якраз там, де знаходиться відкритий пульсар. Що, власне, і було зроблено.
Таким чином, в кінцевому підсумку було дано експериментальне підтвердження (одне з багатьох необхідних) нашої теорії, що описує процес випадіння міжзоряного газу на центральну чорну діру. Подібні процеси так чи інакше працюють поблизу всіх чорних дір, в тому числі тих, що знаходяться в інших Галактиках. Але перевірити безпосередньо деякі положення теорії ми можемо, тільки досліджуючи найближчий до нас подібний об’єкт.
Вивчення знову відкритого пульсара ще не закінчене. Він рухається в просторі з досить великою швидкістю, що, як сподіваються автори останньої роботи, дозволить як мінімум зробити подібні виміри магнітних полів і в інших точках тієї ж околиці чорної діри. Ну і крім того, за існуючими оцінками, таких нейтронних зірок поблизу центру Галактики повинно бути не так вже й мало. Їх видима відсутність чимало турбувала астрономів, але тепер, після відкриття першої з них, є підстави сподіватися, що будуть виявлені й інші.
