51 Пегаса b часто называют первой экзопланетой, открытой астрономами. В действительности этот горячий юпитер был первой планетой, найденной в системе с солнцеподобной звездой. Статус самой первой экзопланеты, обнаруженной людьми, делят два мира, обращающиеся вокруг миллисекундного пульсара PSR B1257+12.

История открытия PSR B1257+12 необычна тем, что началась она не с ввода в строй новейшего телескопа, а с поломки старого. В 1990 г. возникла необходимость провести ремонтные работы на радиотелескопе «Аресибо» — том самом, с помощью которого был найден первый миллисекундный пульсар. Незадолго до того в его конструкции были обнаружены трещины. Брать на себя риск эксплуатации неисправного телескопа никто не собирался, особенно после одного инцидента: за несколько лет до того из-за повреждения элементов конструкции произошло обрушение 90-метрового радиотелескопа в американском городке Грин-Бэнк. «Аресибо» мог продолжать работу и во время ремонта. Единственное ограничение было связано с тем, что он должен был оставаться в одном положении, то есть он не мог поворачиваться вслед за объектом, отслеживаемым в ночном небе. В результате перечень проектов, в которых он мог использоваться, существенно сузился, и спрос на услуги телескопа сильно упал. Но нашелся человек, который понял, как извлечь максимальную пользу из этого вынужденного простоя. Им стал работавший на «Аресибо» польский астроном Александр Вольщан. Он планировал провести обзорную съемку неба с целью обнаружения миллисекундных пульсаров. Для реализации этого плана потребовалось бы в течение месяца использовать почти треть мощности самого большого на тот момент телескопа в мире. В обычных обстоятельствах его заявку просто бы отклонили. Однако, учитывая падение спроса на телескоп и то, что Вольщан уже работал с ним, ему выделили время.

Так Вольщан обнаружил два новых пульсара. Первый был частью двойной системы с еще одной нейтронной звездой. Поначалу именно он показался исследователю более интересным, но затем Вольщан обратил внимание на аномальный период вращения второго пульсара.

Обнаруженный Вольщаном пульсар PSR B1257+12 стал пятым известным нам миллисекундным пульсаром. Его период вращения составлял 6,2 миллисекунды, что соответствовало 161 оборотам в секунду. Но когда Вольщан пытался спрогнозировать частоту, с которой этот источник радиоизлучения должен быть виден на Земле, у него ничего не получалось. Это было особенно странно, учитывая, что он имел дело с миллисекундным пульсаром. Раскручиваясь при взаимодействии со своим компаньоном, такие старые нейтронные звезды подвержены внешним воздействиям в меньшей степени, чем их более молодые или медленные собратья. Возможно, эта аномалия объяснялась орбитой пульсара. При вращении двух звезд в одной системе расстояние до Земли будет слегка колебаться, а вместе с ним — и частота регистрируемых импульсов. Однако наблюдение показывало, что никакого компаньона рядом с пульсаром не было (что само по себе было странно для раскрученного пульсара), а колебания частоты сигнала от него казались слишком незначительными, чтобы их причиной могло быть взаимодействие с соседом размером со звезду. Гипотеза о наличии менее крупного компаньона также не имела никакого смысла, так как в фазе красного гиганта в эволюции пульсара такой объект просто бы испарился или был бы выброшен из области действия гравитации пульсара вследствие уменьшения массы при взрыве сверхновой.

Вольщан предположил, что проблема заключалась в неточном определении местоположения пульсара. Если эти данные были неверны, то и результаты расчетов расстояния до Земли также должны были быть неправильными. Наличие такой ошибки привело бы к изменению ожидаемого времени поступления радиоимпульсов и тем самым свело на нет все расчеты Вольщана. Чтобы получить более точные данные, Вольщан обратился за помощью к Дейлу Фрейлу из Национальной радиоастрономической обсерватории США, работавшему на телескопе с изобретательным названием «Сверхбольшая антенная система» (Very Large Array, сокращенно — VLA). Телескоп VLA находится в штате Нью-Мексико и состоит из 27 отдельных параболических антенн, образующих в плане гигантскую букву Y. Благодаря обобщению данных с разных антенн обеспечивается исключительно высокая точность измерений.

Пока Фрейл занимался уточнением местоположения пульсара, мировые СМИ взорвала сенсационная новость об обнаружении планеты рядом с еще одним пульсаром. 26 июля 1991 г. вышел очередной выпуск журнала Nature, на обложке которого красовалось сообщение об открытии «первой планеты за пределами нашей Солнечной системы».

Открыли новую планету британские астрономы Эндрю Лин и Мэттью Бейлс, которым помогал аспирант Сетнем Шемар. Их находка располагалась рядом с пульсаром PSR B1829–10, относившимся к классу обычных пульсаров, на расстоянии 30 000 световых лет в созвездии Щит. Судя по колебаниям излучаемого пульсаром сигнала, планета-компаньон имела массу, равную 10 массам Земли, и период обращения около 6 месяцев.

Вольщан воспринял эту новость со смешанными чувствами. Теперь, когда возможность существования планет вокруг пульсаров была практически доказана другими, у него возникло ощущение, что он только что упустил свой шанс войти в историю. Не были ли планеты также и причиной странного движения PSR B1257+12? Он считал это объяснение одним из возможных, но к тому моменту не располагал достаточными данными, чтобы заявить об этом.

Новость об открытии экзопланеты дошла и до Фрейла. Он отправил Вольщану по факсу новые уточненные данные о координатах их миллесекундного пульсара, полученные при наблюдении с помощью VLA, сопроводив их шутливым напутствием: «Только не вздумай найти там какие-нибудь планеты!» Скорректировав исходную модель с учетом новых данных, Вольщан все-таки был вынужден сообщить коллеге в ответном письме о том, что они только что нашли две. Масса каждой из планет составляет приблизительно 4 массы Земли. Они обращаются вокруг пульсара чуть ближе и чуть дальше, чем Меркурий вокруг Солнца, по слегка вытянутым эллиптическим орбитам с периодами 67 и 98 суток. Учтя воздействие этих планет, Вольщан получил полноценную модель, в которую идеально укладывалась частота излучения пульсара.

Известие о двойной находке просочилась в газеты еще до публикации Вольщаном и Фрейлом официального сообщения об открытии. 29 октября 1991 г. в британской газете The Independent появилась заметка, намекавшая на обнаружение двух новых миров вокруг пульсара. В качестве источника информации назывался Лин. Автор статьи был осторожен в выводах относительно открытия и писал: «Профессор Вольщан не был готов рассказать о своем исследовании из опасения, что это может поставить под вопрос возможность публикации результатов в научном журнале. Кроме того, он подчеркнул, что другие астрономы пока не имели возможности изучить его расчеты». За статьей в The Independent последовала еще одна, опубликованная в журнале New Scientist за 14 декабря 1991 года. Несмотря на более уверенный тон в оценке открытия, в этой короткой заметке было представлено удивительно сдержанное описание первых планет, обнаруженных человеком за пределами Солнечной системы. Нарочитая скромность в оценках, возможно, объяснялась скептическим отношением к самой возможности существования столь странных объектов или нежеланием делать громкие заявления до появления статьи в научном рецензируемом издании. Несмотря на опасения Вольщана, их совместная с Фрейлом публикация появилась в номере Nature за 9 января 1992 года. Таким образом, они официально объявили об обнаружении двух планет рядом с PSR B1257+12.

Статья увидела свет накануне зимней сессии Американского астрономического общества — одного из главных событий в календаре астрономического сообщества. В тот год сессия должна была пройти в Атланте в США. В программу были включены доклады обеих групп исследователей, открывших планеты у пульсаров. Выступать они должны были друг за другом. Планировалось, что сначала Лин расскажет об открытии первой экзопланеты, затем Вольщан выступит с отчетом о своей паре планет. Но рассказ Лина оказался совсем не таким, как ожидалось. Стоя перед профессиональной аудиторией, исследователь был вынужден признаться, что он и его коллеги допустили ошибку в расчетах: никакой планеты у PSR B1829–10 не было. Первым сигналом о том, что такой исход возможен, был заявленный шестимесячный период обращения планеты. Столь точное совпадение с частью цикла вращения Земли вокруг Солнца уже указывало на возможную неточность в определении координат пульсара, а значит, на изменение положения наблюдаемого пульсара из-за собственного движения Земли. Несмотря на все усилия исследователей, эта ошибка ускользнула от их внимания. После ее исправления оказалось, что периодические «вспышки» пульсара следовали точно по графику, что исключало какое-либо воздействие со стороны невидимого компаньона. «Нашему смущению нет границ, — заключил Лин. — Нам действительно очень жаль».

Лин обнаружил ошибку за несколько дней до начала сессии, но все же решил выступить и сообщить о промахе. Его признание шокировало участников сессии, но вскоре недоумение сменилось уважением к честности и смелости Лина, нашедшего в себе силы публично признать ошибку. Зал приветствовал его бурными аплодисментами. Это была демонстрация того, что такое настоящая наука: нащупывание идей, их уточнение и непрерывная корректировка в соответствии с новыми данными.

Выступать после Лина Вольщану было вдвойне труднее. Сама по себе мысль о том, что вокруг возродившейся звезды вроде пульсара могут обращаться планеты, уже казалась малоправдоподобной. А тут еще и выясняется, что первый случай обнаружения такой системы, оказался ошибкой. Однако благодаря точным измерениям местоположения миллисекундного пульсара, проведенным Фрейлом с помощью VLA, двое исследователей находились в более безопасном положении. Планеты рядом с миллисекундным пульсаром PSR B1257+12 действительно существовали.

Открытие выдержало проверку временем. Через полгода независимой группе исследователей удалось наблюдать PSR B1257+12 с помощью 43-метрового радиотелескопа в Грин-Бэнк. В частности, был подтвержден осциллирующий характер излучаемого миллисекундным пульсаром сигнала. Появилось еще одно свидетельство того, что вывод о существовании пары планет не был следствием ошибки наблюдения.

В течение следующих двух лет Вольщан продолжал наблюдать за планетами в поисках каких-либо новых подробностей, на которые могло указывать время прихода сигналов пульсара. В 1994 г. он наконец обнаружил то, что искал. Оказалось, что рядом с пульсаром находился еще один объект — меньшего размера и ближе, чем ранее обнаруженные планеты. Излучаемый им слабый отрывистый сигнал был трудноразличим, а потому все это время оставался незамеченным.

Новость была встречена с изрядной долей скептицизма. Как в истории с первой экзопланетой, обнаруженной рядом с пульсаром, орбитальный период третьей экзопланеты совпадал с периодом одного из объектов Солнечной системы, а именно с периодом вращения Солнца. Находящийся на самом краю Солнечной системы американский зонд «Пионер-10» зафиксировал изменение скорости солнечного ветра — потока заряженных частиц, испускаемых внешними слоями Солнца. Эти колебания совпадали с вращением Солнца и орбитой предполагаемой третьей внесолнечной планеты. Проблема заключалась в том, что солнечный ветер рассеивал сигнал пульсара на пути к Земле таким образом, что величина его затухания менялась, тем самым вызывая колебания, которые выглядели так, как будто они были обусловлены воздействием экзопланеты.

Способность солнечного ветра рассеивать сигнал пульсара определяется частотой испускаемых радиоволн. Понимая это, Вольщан провел измерение испускаемого пульсаром излучения на разных радиочастотах, чтобы выяснить, меняется ли сила сигнала. Исходящий от третьей планеты слабый шум никуда не пропал: она действительно была там.

Новая экзопланета была всего лишь в два раза больше Луны, а период ее обращения составлял 25,4 суток. Сам факт того, что такая маленькая планета могла быть обнаружена на расстоянии более 2000 световых лет от Земли, свидетельствовал о невероятной точности интервалов между сигналами миллисекундного пульсара, позволяющей выявлять даже самые незначительные отклонения. В целом уровень чувствительности этого метода настолько высок, что позволяет обнаруживать планеты с массой крупного астероида. Со времени сделанных Вольщаном открытий прошло 20 лет, но этот мир размером с две Луны остается самой маленькой планетой за всю историю наблюдений.

Итак, факт существования планет вокруг пульсара подтвердился, что само по себе было прекрасно. Но был один важный вопрос, ответ на который так никто и не дал: откуда у звезды, которая давно мертва, планетная система?