О чём рассказал поляризованный свет: яркая звезда вращается на пределе возможного
Астрономы лучше всех знают, что такое "отношения на расстоянии". Зонд "Кассини", прежде чем начать свою блестящую исследовательскую эпопею, добирался до Сатурна семь лет. Аппарат "Новые горизонты" достиг Плутона за девять с половиной. Добраться даже до ближайшей к Солнцу звезды за разумный срок, видимо, всё ещё нереально, несмотря на оптимизм Стивена Хокинга. А ведь до неё всего четыре световых года. Для сравнения: квазары (которые, кстати, недавно ловили за хвосты) удалены на миллиарды световых лет.
Всё, что остаётся астрономам, – собирать излучение, которое само идёт в руки. В оптические телескопы можно разглядеть воду на землеподобных планетах (точнее, порождённое ею водородное облако). Радиоволны открывают нам неведомую реальность, в которой в земном небе сияло бы пять солнц. Всего несколько рентгеновских фотонов могут раскрыть новые тайны сверхновых звёзд. Это лишь малая часть того, что сегодня доступно астрономам.
Но и это ничтожно мало по сравнению с мечтой засунуть галактику в пробирку и хорошенько помучить её экспериментами. Поэтому специалисты изобретают всё новые способы извлекать информацию из наблюдений. Например, новые планеты открывают по возмущениям в спектре звёзд, а пульсары используют, чтобы заглянуть в непрозрачные глубины шаровых скоплений.
Ещё в 1946 году великий индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар предсказал, что свет быстро вращающихся звёзд должен быть частично поляризован. Поясним. Как известно, электромагнитная волна – кувыркающийся дуэт двух полей. Электрическое поле, меняясь со временем, порождает магнитное, а то снова создаёт электрическое, и так без конца. Направление электрического поля можно показать стрелкой, которая называется вектором напряжённости. Если перед нами волна строго определённой частоты (например, испущенная лазером), конец этой стрелки раз за разом описывает строгий красивый эллипс.
Однако обычные источники света (звезда, лампочка или раскалённая кочерга) излучают волны самых разных частот, вдобавок испущенные в разные моменты времени. Накладываясь друг на друга, они не дают никакой возможности разглядеть эти отдельные эллипсы: вектор напряжённости хаотически мечется из стороны в сторону.
При определённых условиях (например, когда свет отражается от стекла или проходит через некоторые кристаллы) движению вектора возвращается некоторая упорядоченность. Это явление называется поляризацией света. Свет может быть поляризован в большой или меньшей степени: от полной упорядоченности лазерного луча до почти полного хаоса с робкими следами порядка.
Индийский учёный рассчитал, что быстрое вращение звезды частично поляризует её свет. Измерив эту поляризацию, можно будет рассчитать скорость вращения светила.
Однако на практике измеряемая величина оказалась столь мала, что более полувека никому не удавалось уловить её. И вот 18 сентября 2017 года международная команда астрономов во главе с Даниэлем Коттоном (Daniel Cotton) из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее опубликовала в журнале Nature Astronomy статью с результатами своего исследования.
Учёным удалось измерить поляризацию света звезды Регул А. Яркая красивая звезда, альфа Льва, которой арабы дали имя Регул, под объективом телескопа распадается на систему нескольких отдельных светил. Регул А и есть самое яркое из них, дающее основную долю света. Это молодая звезда, ей десятки миллионов лет (Солнцу более четырех миллиардов). Она в три раза больше Солнца, вдвое горячее его и почти в триста раз превосходит его по светимости. Этот факт плюс умеренное расстояние до Земли (79 световых лет) делает Регул А звездой первой величины и объектом пристального внимания астрономов.
Исследователи использовали чувствительный прибор, подключённый к англо-австралийскому телескопу в обсерватории Сайдинг-Спринг (SSO) в Австралии. Измерив поляризацию, они применили компьютерные модели и рассчитали скорость вращения звезды. Она оказалась гигантской: 320 километров в секунду. Это 96,5% от теоретически возможного предела. Вращаясь ещё быстрее, звезда просто развалилась бы на куски.
Как отмечает доктор Коттон, добыть информацию о скорости вращения звёзд другим способом чрезвычайно трудно. А между тем она важна для понимания их жизненного цикла, который, в конечном счёте, когда-то привёл к появлению нас самих: ведь все химические элементы, кроме водорода и гелия, образовались благодаря звёздам.
Заметим, что Регул – отнюдь не самый быстрый волчок во Вселенной. Его параметры вызвали бы усмешку у пульсаров, делающих один оборот за несколько миллисекунд. Однако на то они и нейтронные звёзды, плотные настолько, что спичечный коробок такого вещества весил бы сотни миллионов тонн. А ещё мы недавно писали о звёздах, которые, хоть и не крутятся так резво, зато очень быстро летят через Галактику и когда-нибудь вылетят из неё совсем. Да и родное Солнце в своём пути вокруг галактического центра несётся со скоростью 400 километров в секунду, и это лишь часть его сложных пируэтов. Движение – это больше, чем жизнь. Движение – это Вселенная.