Крохотные быстро вращающиеся звезды, пульсары, составляют головную боль астрономов с момента их открытия в 1967 году. Во многом это обусловлено тем, что пульсары на первый взгляд очень просты для изучения. Их скорость вращения зависит от свойств умершей звезды и обстоятельств ее смерти, и остается постоянной в течение очень большого времени. Но из этого правило есть слишком много исключений, которые зачастую ставят в тупик специалистов по пульсарам. А некоторые из них заставляют пересматривать даже основные сведения и теории, касающиеся параметров пульсаров. К таким благодатным для изучения звездам относится пульсар PSR B0943+10. Он может очень быстро кардинально менять свое излучение – всего за несколько секунд переходить от мощного излучения в радиодиапазоне до полного радиомолчания с мощным рентгеновским излучением, чего от него никто не ожидает.

Как самые яркие маяки Вселенной, пульсары выбрасывают в окружающее пространство лучи радио- и другого излучения, которые хорошо видны на расстояниях в миллиарды километров. При быстром вращении пульсара из него вырываются два потока фотонов, направленных по оси вращения. Пульсар PSR B0943+10 выделяется среди собратьев тем, что в его радиоизлучении были найдены провалы и пики интенсивности. С периодом в несколько часов он изменяет яркость свечения. Наблюдение же источника с помощью орбитального рентгеновского телескопа (аппарат XMM-Newton) параллельно с двумя радиотелескопами на Земле (Giant Meter Wave Telescope (GMRT) и интерферометр LOFAR) позволило установить вторую закономерность излучения пульсара, но уже в неожиданном диапазоне. Рентгеновское излучение PSR B0943+10 изменяется точно так же, как радио, но со сдвинутой фазой – когда радиоизлучение максимально, рентгеновское излучение слабее. Такое поведение пульсара в рентгеновском диапазоне обнаружено впервые.

Дополнительные сложности в объяснении процесса доставило более продолжительное наблюдение пульсара. Оказалось, что во время пиков радиоизлучения иногда нет провала в рентгеновском диапазоне. И если объяснение двух синхронных циклов яркости представляло большие трудности из-за неожиданности и неспособности ни одной теории объяснить их, то когда обнаружилось, что эти циклы еще и не регулярны, исследователи просто зашли в тупик. Все основные модели поведения пульсаров предполагают, что рентгеновское излучение следует за испускание в радиодиапазоне. Обратная зависимость, да еще и с нарушениями – серьезный удар по современному пониманию физики этих крохотных мертвых звезд, вращающихся с бешеной скоростью.

Относительно радиоизлучения пульсаров существует общее понимание его причины. Имеющие очень высокую энергию, а значит скорость, электроны, позитроны и более тяжелые ионы движутся по линиям напряженности магнитного поля звезды, испуская фотоны радиоизлучения. А вот каким образом эти заряженные частицы отрываются от поверхности нейтронной звезды – неизвестно. Поэтому начальной целью исследования было изучение физических процессов, протекающих вблизи магнитных полюсов этих мертвых звезд, что должно было сузить круг теорий, объясняющих поведение пульсаров. Но вместо того, чтобы уточнить некоторые существующие теории и отбросить совсем неправильные, полученный результат встал в противоречие со всеми сразу. Правда, такой результат не приведет к перевороту в понимании физики пульсаров, и дело тут не в том, что результаты по звезде PSR B0943+10 недостаточно убедительные или надежные. Просто это лишь очередной пульсар, поведение которого разительно отличается от подавляющего их большинства (всего открыто более 2000 пульсаров). Переключение режимов излучения пульсарами, причем противоречащим современным теориям образом, уже никого не удивляет. Однако постепенно набирается массив данных, который сможет сдвинуть инертность мышления специалистов. Зачастую пульсары с колеблющимся излучением имеют повторяющиеся схемы изменения, возвращаясь к циклу колебаний. Это значит, что такой цикл имеет некоторую фундаментальную основу.

Первое, с чем логично связать колебания яркости пульсара – это его динамика. Ведь быстрое вращение такой нейтронной звезды одновременно является ее главной особенностью и периодическим процессом. В целом вращение пульсара очень устойчиво и очень медленно падает с течением времени. В этом падении, однако, случаются замедления и ускорения или даже возвращение к уже прошедшей скорости. Такие колебания могут быть очень слабыми на общем фоне скорости вращения, но иметь серьезные последствия по той же причине. Другая возможная причина колебаний – магнитосфера звезды, простирающаяся на десятки тысяч километров. Недавние наблюдения уже показали, что при колебаниях на полюсах около поверхности звезды проявляется усиление магнитного поля. Теперь к ним добавились свидетельства изменений всей магнитосферы, а это означает сильную связь огромной структуры с маленькой звездой, за счет которой могут происходить очень быстрые изменения.

Чтобы разобраться в моделях, использующих тот или иной источник и механизм колебаний, было решено изучить магнитные полюса пульсара PSR B0943+10. Именно здесь ионы должны отрываться от поверхности звезды и либо устремляться в космос, набирая скорость и испуская рентгеновское излучение, либо падая обратно на поверхность и вызывая появление радиоволн. Правда, такой традиционный подход подразумевает синхронность колебаний в обоих диапазонах – на полюсе скапливаются заряженные частицы и приводят к усилению излучения в обоих диапазонах. Сдвиг фазы пульсара PSR B0943+10 и колебания в рентгеновском диапазоне только при усилении этого излучения поэтому противоречат описанному процессу. Ни одна теория поведения пульсаров неспособна описать происходящее с PSR B0943+10.