Hace exactamente medio siglo, los astrónomos captaron una señal extraña, que inicialmente se confundió con mensajes de extraterrestres. Cómo los púlsares asustaron a los científicos y en qué se convirtieron para los astrónomos 50 años después, dijo el investigador principal de la Universidad Estatal de Moscú, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, el astrofísico Sergei Popov.
- Sergey, hace exactamente 50 años, los radioastrónomos de Cambridge descubrieron un púlsar de radio por primera vez. ¿Cómo pasó esto?- Era 1967, todo el Reino Unido se estaba preparando para el 50 aniversario del Gran Octubre, Pink Floyd lanzó su primer álbum, The Beatles grabaron Sgt. Pepper's Lonely Hearts Club Band, si no me equivoco. Jocelyn Bell, como estudiante de posgrado, recibió 30 metros de papel todos los días, donde los datos de las señales de radio se escribían con la mano retorcida de una grabadora. Y ella trabajó con ellos. Lentamente, comenzó a notar una extraña señal que viene repetidamente desde la misma zona del cielo. Vio que la señal llega cada 23 horas 56 minutos, es decir, durante el período de la revolución de la Tierra en relación con las estrellas. La primera señal de este tipo en las grabaciones de la grabadora, notada por ella, se refiere al 6 de agosto. Pero identificaron todo esto más tarde. Luego ella le informó esto al líder, Anthony Hewish, y ellos tenían muchas dudas sobre cuán real era esta señal. Se decidió probar esta señal, y el 28 de noviembre su verificación se coronó con éxito. Además, en ese momento se dieron cuenta de que esta señal llega con un periodo de 1,33 segundos. Luego fue necesario descartar un montón de todo tipo de opciones, incluidos los extraterrestres. Nunca sabremos qué tan en serio cuál de ellos se tomó esta versión; el tiempo era así, la conciencia de todos se expandió. Poco antes de Navidad, mientras se iba de vacaciones, Jocelyn descubrió una segunda fuente. Jocelyn descubrió una segunda fuente. Jocelyn descubrió una segunda fuente.
¿Y no tenían prisa por informar al mundo sobre el descubrimiento?
- Existía una posibilidad muy seria de que esta señal fuera artificial y, por lo tanto, Hewish descubrió que si la señal proviene de un planeta determinado y el planeta gira alrededor de su estrella, entonces se notará un cambio Doppler bastante fuerte de la señal. Investigaron a propósito esta opción y la rechazaron, es decir, se dieron cuenta de que la fuente no está en un objeto que se mueve periódicamente alrededor de la estrella. Pues luego publicaron un artículo en Nature, donde, de acuerdo con las tradiciones y órdenes de esa época, Huish fue el primer autor y Bell el segundo.
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Luego hubo una gran discusión sobre la naturaleza del objeto, y menos de siete años después, con bastante rapidez, se otorgó el Premio Nobel por esto.
Y no estuvo exento de escándalo - Bell se quedó sin premio
- Sí, Frel Hoyle escribió una carta al periódico y habló de que lo que hizo no fue en absoluto accidental, y fue ella quien notó que la señal viene de una parte del cielo con diferencia de días sidéreos. Hubo alguna discusión sobre esto, y la propia Jocelyn escribió más tarde que no se ofendió y que no tenía quejas. Al menos, podemos decir que nadie empujó o empujó a nadie allí a propósito.
El extraño objeto resultó ser una estrella de neutrones, pero ¿este era el caso cuando se predijo su existencia antes?
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- Sí, las estrellas de neutrones han estado prediciendo desde la década de 1930. Al principio, incluso antes del descubrimiento de los neutrones, Landau hizo una predicción teórica abstracta de que podría haber estrellas superdensas con una densidad similar a la de un núcleo atómico. Luego, en 1934, cuando se descubrió el neutrón, apareció un artículo de Baade y Zwicky, donde se predijo correctamente que las estrellas de neutrones pueden estar formadas principalmente por neutrones y que nacen en explosiones de supernovas. Indicaron parámetros clave importantes. Luego, de una forma u otra, la existencia de estrellas de neutrones surgió entre los teóricos, en algún lugar a mediados de los años 60 comenzaron a modelar en detalle el enfriamiento de estas fuentes. Y en términos generales, en el año 67, Franco Pacini escribió un artículo donde casi se predijo la radiación de púlsar.
Entonces, con el descubrimiento de 1967, la ciencia conoció toda una clase de nuevos objetos de masas estelares del tamaño de una gran ciudad. ¿Cuáles son sus tipos?
- De hecho, hay muchas estrellas de neutrones diferentes. Pero este es principalmente el logro de los últimos años. Al principio se creía que todas las estrellas de neutrones jóvenes eran similares al púlsar de la Nebulosa del Cangrejo. Y podemos ver viejas estrellas de neutrones en sistemas binarios si la materia fluye sobre ellas desde una estrella compañera. Y luego resultó que las estrellas de neutrones jóvenes pueden manifestarse de una manera muy diversa. El tipo de fuentes más famoso son probablemente los magnetares.
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Los magnetares pueden considerarse uno de los descubrimientos más brillantes de la astronomía ruso-soviética: objetos parpadeantes que alcanzan un máximo de una potencia de radiación absolutamente fantástica, más de 10 mil millones de luminosidad solar.
Por otro lado, todavía hay estrellas de neutrones jóvenes. Pero son completamente diferentes de los púlsares, es decir, no se manifiestan como púlsares. Se trata, por ejemplo, de estrellas de neutrones que se enfrían en la vecindad solar, las llamadas. Los siete magníficos. Hay fuentes en remanentes de supernovas. Es muy hermoso cuando justo en el centro del remanente vemos una pequeña fuente puntual de rayos X que no muestra ninguna actividad. Es una estrella de neutrones joven y vemos radiación de su superficie caliente. También hay varias variantes interesantes de púlsares, por ejemplo, como los transitorios de radio giratorios, objetos que dan un impulso no cada revolución.
¿Qué papel empezaron a jugar los púlsares en la astronomía y en los problemas aplicados?
- En general, todos los científicos se sorprendieron por la estabilidad de la rotación de los púlsares, por lo que el púlsar funciona como un reloj muy preciso.
Y esto brinda una excelente oportunidad para probar la relatividad general. El segundo premio Nobel de estrellas de neutrones se otorgó, de hecho, por comprobar la relatividad general de estos objetos (en particular, se confirmó indirectamente la existencia de ondas gravitacionales).
La sustancia en las profundidades de las estrellas de neutrones se encuentra en un estado superdenso, en tal estado que no podemos recibir en los laboratorios de la Tierra. Y esto es interesante para los físicos. Hay un campo magnético muy fuerte en su superficie, que también es imposible de obtener en un laboratorio. Los púlsares a veces muestran fallas de período que cambian abruptamente. Y la primera idea fue que esto se debe a una rotura en la corteza. Pero, de hecho, parece que todavía no se trata de fallas corticales, pero hay un efecto aún más interesante asociado con el hecho de que hay vórtices de neutrones superfluidos en la corteza. Y cuando se reconstruye el sistema de estos vórtices, se produce una falla de período: la estrella acelera bruscamente su rotación.
Y, como dicen, los púlsares son de importancia económica nacional.
Durante mucho tiempo se creyó que lo más importante era su estabilidad de rotación. Por lo tanto, se desarrollaron muy seriamente estándares de tiempo precisos basados en púlsares de radio.
Y el hecho de que no se hayan implementado hoy se debe solo al hecho de que también hay un progreso muy serio en el campo de la creación de relojes atómicos. Entonces, las estrellas de neutrones no fueron útiles aquí, pero fueron necesarias para resolver otro problema.
En la investigación espacial existe un problema de navegación autónoma de satélites. Si tenemos una nave espacial volando en algún lugar entre Júpiter y Saturno, entonces, idealmente, debe decidir por sí misma dónde y cuándo encender el motor para corregir la órbita. Para hacer esto, necesita conocer su velocidad y ubicación. Ahora bien, esto se está resolviendo mediante el contacto constante con la Tierra. Pero esto es malo. En primer lugar, porque la señal puede ir y venir durante varias horas, y en segundo lugar, necesita alimentar un potente transmisor de radio a bordo. Sería genial si el satélite pudiera decidir esto por sí mismo. Y los púlsares son la solución perfecta. Porque dan impulsos estables.
El satélite se mueve en relación con el centro de masa del sistema solar. Respectivamente, Si calculamos los tiempos de llegada de los pulsos para el baricentro, a partir del retraso en el tiempo de llegada medido podemos determinar las coordenadas del satélite en el Sistema Solar.
Si el satélite se está moviendo, entonces ocurre el efecto Doppler. Si se mueve hacia el púlsar, aumenta la frecuencia de llegada de los pulsos. Si es en la dirección opuesta, entonces disminuye. Si se observan varios de estos púlsares, entonces la posición tridimensional y la velocidad del aparato pueden determinarse con precisión. Hoy en día, los avances tecnológicos han hecho que los detectores de rayos X sean bastante baratos, livianos y energéticamente eficientes. Y el primer satélite chino con un prototipo de un sistema de navegación de este tipo ya está volando. Y el segundo prototipo se está probando ahora en la Estación Espacial Internacional. Existe un dispositivo americano NICER, como parte de su uso, se está realizando el experimento SEXTANT, en el que se está probando el sistema de navegación por rayos X. Lo más probable es que las estaciones interplanetarias de próxima generación ya estén guiadas por púlsares.
Pavel Kotlyar
