Pred natanko pol stoletja so astronomi ujeli nenavaden signal, ki so ga sprva zmotili sporočila tujcev. Kako so pulsarji prestrašili znanstvenike in kaj so postali astronomi 50 let pozneje, je povedal vodilni raziskovalec Moskovske državne univerze, doktor fizikalnih in matematičnih znanosti, astrofizik Sergej Popov.
- Sergej, pred natanko 50 leti so radio astronomi v Cambridgeu prvič odkrili radijski pulsar. Kako se je to zgodilo?- Bilo je 1967, celotna Velika Britanija se je pripravljala na 50. obletnico velikega oktobra, Pink Floyd je izdal svoj prvi album, The Beatles je posnel Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band, če se ne motim. Jocelyn Bell je kot diplomantka vsak dan dobivala 30 metrov papirja, kjer so bili podatki o radijskih signalih zapisani v trmasto roko snemalnika. In delala je z njimi. Počasi je začela opažati nenavaden signal, ki večkrat prihaja z istega območja neba. Videla je, da signal pride vsakih 23 ur 56 minut, torej za obdobje revolucije Zemlje glede na zvezde. Prvi tak signal na posnetkih snemalnika, ki so ga zapisali, se nanaša na 6. avgust. Vendar so vse to ugotovili pozneje. Nato je to prijavila voditelju, Anthonyju Hewishu, in imeli so veliko dvomov, kako resničen je ta signal. Odločeno je bilo, da se ta signal preizkusi in 28. novembra je bilo njihovo preverjanje okronano z uspehom. Še več, v tistem trenutku so spoznali, da ta signal prihaja z obdobjem 1,33 sekunde. Potem je bilo treba zavreči kup najrazličnejših možnosti, tudi tujcev. Nikoli ne bomo vedeli, kako resno je kdo od njih jemal to različico - čas je bil tak, razširila se je zavest vseh. Jocelyn je tik pred božičem med odhodom na počitnice odkrila drugi vir. Jocelyn je odkrila drugi vir. Jocelyn je odkrila drugi vir.
In se jim ni mudilo obvestiti svet o odkritju?
- Obstajala je zelo resna možnost, da je ta signal umeten, zato je Hewish prišel na idejo, da če signal pride z določenega planeta in se planet vrti okoli svoje zvezde, potem bo opazen precej močan Dopplerjev premik signala. Namenoma so raziskali to možnost in jo zavrnili, torej spoznali, da izvor ni na predmetu, ki se občasno giblje okoli zvezde. No, potem pa so objavili članek v Natureu, kjer je bil Huish prvi avtor, v skladu s takratnimi tradicijami in naročili, drugi pa Bell.
Potem je bila velika razprava o naravi predmeta in manj kot sedem let pozneje je dokaj hitro za to prejela Nobelovo nagrado.
In ni šlo brez škandala - Bell je ostal brez nagrade
- Ja, Frel Hoyle je napisala pismo časopisu in spregovorila o tem, da to, kar je storila, sploh ni naključno in da je opazila, da signal prihaja z enega dela neba z razliko v stranskih dneh. O tem je bilo nekaj razprav in Jocelyn sama je pozneje zapisala, da ni bila užaljena in da nima pritožb. Vsaj lahko rečemo, da nikogar ni namerno potisnil ali potisnil nihče.
Nenavaden predmet se je izkazal za nevtronsko zvezdo, a je bilo to takrat, ko je bil njihov obstoj napovedan že prej?
Promocijski video:
- Da, nevtronske zvezde napovedujejo že od tridesetih let prejšnjega stoletja. Na začetku, še pred odkritjem nevtronov, je Landau abstraktno teoretično napovedoval, da bodo morda obstajale superzrnate zvezde z gostoto, kot je atomsko jedro. Nato se je leta 1934, ko so odkrili nevtrone, pojavil članek Baade in Zwicky, kjer je bilo pravilno napovedano, da lahko nevtronske zvezde sestavljajo predvsem nevtroni in da se rodijo v eksplozijah supernove. Navedli so pomembne ključne parametre. Potem so se med teoretiki tako ali drugače pojavili obstoji nevtronskih zvezd, nekje sredi 60. let so začeli podrobno modelirati hlajenje teh virov. In na splošno gledano je v 67. letu napisal članek Franca Pacinija, kjer je bilo skoraj napovedano pulsar sevanje.
Znanost je z odkritjem leta 1967 znanosti zvedela celo vrsto novih predmetov zvezdne mase velikosti velikega mesta. Kakšne so njihove vrste?
- Dejansko je veliko različnih nevtronskih zvezd. A to je predvsem dosežek zadnjih let. Sprva je veljalo, da so vse mlade nevtronske zvezde podobne pulsarju v rakovi meglici. In v nevtralnih binarnih sistemih lahko vidimo stare nevtronske zvezde, če na njih teče s spremljevalne zvezde. In potem se je izkazalo, da se lahko mlade nevtronske zvezde manifestirajo na zelo raznolik način. Verjetno je najbolj znana vrsta virov verjetno magnetarji.
Magnetarji lahko veljajo za eno najsvetlejših odkritij rusko-sovjetske astronomije - utripajoči predmeti, ki dosežejo največjo fantastično sevalno moč, več kot 10 milijard sončne svetilnosti.
Po drugi strani pa še vedno obstajajo mlade nevtronske zvezde. So pa popolnoma drugačni od pulsarjev, tj. se ne manifestirajo kot pulsari. To so na primer hladilne nevtronske zvezde v sončnem okolju, ti. Veličastna sedmerica. V ostankih supernove obstajajo viri. Zelo lepo je, ko prav v središču ostanka vidimo majhen točkovni rentgenski vir, ki ne kaže nobene aktivnosti. To je mlada nevtronska zvezda in vidimo sevanje z njene vroče površine. Obstajajo tudi različne zanimive različice pulsarjev, na primer vrtljivi radijski prehodi - predmeti, ki dajejo impulz ne vsaki revoluciji.
Kakšno vlogo so pulsarji začeli igrati v astronomiji in pri uporabnih težavah?
- Na splošno so bili vsi znanstveniki omamljeni nad stabilnostjo vrtenja pulsarjev, zato pulsar deluje kot zelo natančna ura.
In to je odlična priložnost za preizkus splošne relativnosti. Druga Nobelova nagrada za nevtronske zvezde je bila v resnici za preverjanje splošne relativnosti za te predmete (zlasti je bil posredno potrjen obstoj gravitacijskih valov).
Snov v globinah nevtronskih zvezd je v pretesnem stanju - v stanju, ki ga ne moremo sprejeti v laboratorijih na Zemlji. In to je zanimivo za fizike. Na njihovi površini je zelo močno magnetno polje, ki ga tudi v laboratoriju ni mogoče dobiti. Pulsarji včasih pokažejo napake v obdobju, ki se naglo spremenijo. In prva ideja je bila, da je to posledica zloma skorje. A v resnici se zdi, da to še vedno niso prelomne krivde, vendar je še bolj zanimiv učinek, povezan s tem, da so v skorji vrtinci odvečnih tekočih nevtronov. In ko je sistem teh vrtincev obnovljen, potem nastopi obdobje okvare - zvezda močno pospeši vrtenje.
In kot pravijo, so pulsarji državnega gospodarskega pomena.
Dolgo je veljalo, da je najpomembnejša njihova rotacijska stabilnost. Zato so bili natančni časovni standardi, ki temeljijo na radijskih pulsarjih, razviti zelo resno.
In dejstvo, da jih danes niso izvajali, je posledica le dejstva, da je tudi na področju ustvarjanja atomske ure zelo resen napredek. Torej nevtronske zvezde tukaj niso bile uporabne, vendar so bile potrebne za rešitev druge težave.
V vesoljskih raziskavah obstaja težava avtonomne plovbe po satelitih. Če imamo vesoljsko plovilo, ki leti nekje med Jupiterji in Saturnom, potem bi bilo v idealnem primeru, da se sam odloči, kje in kdaj vklopiti motor, da popravi orbito. Za to mora vedeti njegovo hitrost in lokacijo. Zdaj se to rešuje s stalnim stikom z Zemljo. Ampak to je slabo. Prvič, ker lahko signal za nekaj ur gre nazaj in nazaj, in drugič, na krovu morate napajati močan radijski oddajnik. Super bi bilo, če bi satelit o tem sam odločal. In pulsarji so popolna rešitev. Ker dajejo stabilne impulze.
Satelit se premika glede na sredino mase sončnega sistema. Ustrezno
Če izračunamo čase prihoda impulzov za baricenter, potem lahko iz zamude izmerjenega časa prihoda določimo koordinate satelita v Osončju.
Če se satelit premika, potem nastopi Dopplerjev učinek. Če se premakne proti pulsarju, se poveča frekvenca prihoda impulzov. Če v nasprotni smeri, potem se zmanjša. Če opazimo več takih pulsarjev, potem lahko tridimenzionalni položaj in hitrost aparata natančno določimo. Danes so s tehnološkim napredkom rentgenski detektorji precej poceni, lahki in energijsko učinkoviti. In prvi kitajski satelit s prototipom takega navigacijskega sistema že leti. Drugi prototip pa zdaj preizkušajo na Mednarodni vesoljski postaji. Obstaja ameriška naprava NICER, v okviru njene uporabe pa se izvaja poskus SEXTANT, v katerem se testira rentgenski navigacijski sistem. Najverjetneje bodo medplanetarne postaje nove generacije že usmerjale pulsarje.
Pavel Kotlyar