Коротко — по фактам и выводам.
1) Открытие и первые гипотезы
- В 1967 г. Джоселин Белл и Энтони Хьюиш обнаружили регулярные радиоимпульсы от источника PSR B1919+21 (период порядка $\sim 1.3$ с).
- Первые гипотезы: помехи/артефакт прибора, земные/искусственные сигналы, природные радиопеременные (включая шутливую гипотезу «маленьких зелёных человечков» — LGM) и астрофизический объект — быстро вращающийся компактный объект.
2) Как гипотезы проверяли и какие данные их отвергли
- Частота импульсов следовала звёздному (сидерическому) времени, а не солнечному — исключало земные источники.
- Дисперсия импульсов по частоте (задержка $\Delta t\propto \mathrm{DM}{\nu }^{-2}$) указывала на прохождение через межзвёздную плазму и большую астрономическую дистанцию, где $\mathrm{DM}$ — интеграл плотности электронов по пути.
- Появление множества похожих объектов с разными периодами и распределением по небу исключило уникальность LGM.
- Наблюдения импульсов в разных диапазонах, ассоциации некоторых пульсаров с остатковыми туманностями сверхновых (напр., Пульсар Краб) и измерения замедления вращения убедили в естественной астрофизической природе.
3) Теоретная интерпретация и подтверждение: вращающийся нейтрон звезда
- Уже вскоре предложена модель вращающейся нейтронной звезды с наклонённым магнитным диполем (Gold, 1968). Потеря вращательной энергии за счёт магнитного дипольного излучения даёт замедление периода. Основные рабочие соотношения:
- цикл угловой частоты $\Omega =2\pi /P$, спин‑спад энергетический поток $\dot{E}=-I\Omega \dot{\Omega }$ (где $I$ — момент инерции).
- Характерный возраст: $\tau \simeq \frac{P}{2\dot{P}}$.
- Оценка поверхности магнитного поля: $B\approx 3.2\times 10^{19}\sqrt{P\dot{P}}\text{(Гаусс)}$.
- Для типичных пульсаров получаются $B\sim 10^8-10^{13}$ Г, плотности порядка ядерных ($\rho \sim 10^{14}{\text{г/см}}^3$), радиусы $\sim 10\text{км}$ и массы $\sim 1.4M_{\odot }$.
4) Как подтверждение природы пульсаров изменило представления о сверхплотных объектах
- Подтверждение пульсарной природы дало первое прямое астрономическое свидетельство существования нейтронных звёзд — компактных объектов с ядерными плотностями.
- Поставило жёсткие ограничения на уравнения состояния сверхплотной материи (сравнение массы/радиуса, строгие пределы на сжатость материи).
- Ввело в физику звёзд такие явления, как сверхпроводящие/сверхтекучие ядро и кристаллическая кора (ядерная «паста»), сильные магнитные поля и магнитарную активность.
- Открыло новые методы: точное измерение масс в рентген/радиобинарных системах, тесты общей теории относительности (пульсар Гильса–Тейлора), высокоточную пульсарную навигацию и поиск гравитационных волн через timing arrays.
Краткий итог: PSR B1919+21 сначала вызывал сомнения (включая LGM), но частота, дисперсия и появление множества подобных объектов подтвердили модель вращающейся нейтронной звезды; это решение подтвердило реальность сверхплотных нейтронных звёзд и открыло новую эру изучения свойств материи при ядерных плотностях.