Нейтронные звезды — маяки вселенной
Нейтронные звезды считаются конечной стадией эволюции звезд. И до тех пор пока одни именуют их «мертвыми», другие говорят, что это самые загадочные и увлекательные жители космоса. Что неспециализированного у нейтронных звезд и GoogleMaps?
В то время, когда нейтронная звезда преобразовывается в черную дыру, и какие конкретно загадки ставят перед космологами эти маленькие «тяжеловесы»? На эти вопросы отвечает заведующий сектором эволюции звезд Основной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН, доктор наук СПбГУ Назар Ихсанов.
Нейтронная звезда в представлении живописца
©NASA/ Dana Berry
— Какими бывают нейтронные звезды?
— Нейтронные звезды по радиусу и массе не так резко отличаются друг от друга, как простые звезды. Основное их отличие пребывает в величине скорости вращения и магнитного поля.
Так, в «нейтронном семействе» различают эжекторы – весьма скоро вращающиеся радиопульсары, выбрасывающие потоки ускоренных частиц, аккреторы – вращающиеся значительно медленнее и захватывающие окружающий газ, что как по рельсам мчится в их магнитном поле и, в завершение собственного пути, ударяется о поверхность звезды, и пропеллеры – промежуточное состояние, в то время, когда звезда, скоро вращаясь, перемешивает окружающий газ своим магнитным полем, не разрешая ему ни упасть на собственную поверхность, ни улететь в космические просторы.
Не весьма различаются нейтронные звезды и по собственному составу. Не смотря на то, что это, само собой разумеется, вопрос масштаба.
Мои коллеги в физтехе, каковые изучают любой квант энергии в недрах этих звезд, сообщат, само собой разумеется, что отличия между ними глобальные.
Самые изученные нейтронные звезды входят, в большинстве случаев, в состав двойной совокупности. Причем, вторая звезда в этом случае возможно в принципе любой.
Известно много совокупностей, в которых компаньоном нейтронной звезды есть броская массивная звезда либо звезда умеренной массы – типа Солнца. Реже видятся нейтронные звезды в паре с белым карликом либо совокупности из двух нейтронных звезд.
Довольно часто такие совокупности имеют романтические заглавия, к примеру, «Тёмная вдова». Нейтронные звезды в этих совокупностях замечательным ветром релятивистских частиц испаряют белые карлики, находящиеся с ними в паре.
Существуют кроме того совокупности из двух радиопульсаров. Но это весьма редкое явление. на данный момент известна лишь одна такая совокупность.
Заведующий сектором эволюции звезд Основной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН, доктор наук СПбГУ Назар Робертович Ихсанов
©Ольга Фадеева
Normal 0 false false false RU X-NONE X-NONE — Как образуются такие двойные пульсары?
— Сперва существует громадное протооблако, которое начинает сжиматься и раскручиваться, и получается так, что энергетически выгодно образовать две звезды рядом, чем одну, скоро вращающуюся. Кстати, большая часть массивных звезд – двойные.
По окончании того, как в центре одной из звезд целый запас водорода перерабатывается в гелий, она, как мы знаем, начинает расширяться, и теряет массу. Остающееся тяжелое ядро схлопывается, рождая нейтронную звезду.
Это весьма энергичное событие, сопровождаемое вспышкой сверхновой, исходя из этого сохраниться двойной совокупности в таковой ситуации непросто. Но время от времени удается.
Действительно, и у второй звезды также непременно заканчивается «горючее», она также «пухнет» и, в итоге, взрывается – снова сверхновая. И опять всей совокупности необходимо как-то сохраниться.
Такое везение – большая редкость, исходя из этого ученым известно только пара совокупностей с двумя нейтронными звездами.
А по большому счету, нейтронных звезд в отечественной галактике довольно много – миллиард. Эта цифра известна ученым по частоте вспышек сверхновых и составу отечественной Галактики. Но конкретно открыто всего больше двух тысяч.
Дело в том, что нейтронные звезды, подобно летучим голландцам, странствуют по галактике. И их не видно. Лет 15-20 назад были запущены весьма зоркие рентгеновские телескопы, благодаря которым планировалось найти от 20 до 40 тыс. странствующих нейтронных звезд. Не нашли ни одной.
Предполагалось, что в то время, когда такая нейтронная звезда летит через межзвездную среду, то благодаря очень сильному гравитационному полю ухитряется захватить большое количество вещества кроме того из весьма разряженной среды (в межзвездной среде для того чтобы вещества не больше одного атома в куб. см). Наряду с этим она обязана будет ярко светиться в рентгене.
Но звезды не светились. На мой взор, именно благодаря тем же самым магнитным полям, каковые так сильны, что не разрешают веществу упасть на поверхность звезды и накрывают ее как шапки-невидимки.
— Что неспециализированного у чёрной дыры и нейтронной звезды?
— При вспышке сверхновой у нейтронных звезд имеется верхний предел массы – где-то в среднем от трех до пяти весов Солнца. Нейтронных звезд, с массой больше пяти весов Солнца, не бывает.
Когда масса звезды превосходит данный предел, то звезда схлопывается в черную дыру. Но это может произойти уже и при трех весах Солнца. В том месте все определяется особенностями вещества нейтронной звезды.
И в случае если масса делается больше определенного предела, то она уходит под так называемый гравитационный радиус, улететь из которого запрещено кроме того двигаясь со скоростью света, и это уже черная дыра. Исходя из этого черная дыра – это что-то более массивное и таинственное.
— Какие конкретно загадки имеется у нейтронных звезд?
— Тайных у нейтронных звезд довольно много. В научных докладах их именуют суперзвездами, потому, что они, хоть и весьма мелкие – всего 10 км в радиусе – весят массу Солнца. Говорят – нейтронная звезда, и все считаюм, что состоит она из одних нейтронов.
В действительности это весьма сложная структура. У нейтронной звезды имеется кора – внешняя и внутренняя, и ядра – также внешнее и внутреннее.
Все около нас – и Почва, и Солнце, и люди – продукты вспышки сверхновой. Гемоглобин в отечественной крови – это железо, которое много вырабатывается лишь при вспышке сверхновой.
Все элементы, каковые тяжелее железа также, возможно, созданы сверхновой.
Нейтронная звезда, отысканная в Кассиопея A
©NASA
Normal 0 false false false RU X-NONE X-NONE — Что нам дает знание о нейтронных звездах в плане использования на практике?
— Практических применений также довольно много. Первое — навигация.
Любой пульсар в собственном роде неповторим. Его ни с чем не спутаешь.
Это весьма эргономичные объекты для построения галактической сети координат.
В три раза использование — правильные часы. Нейтронная звезда весьма маленькая, но весьма массивная, и вращается скоро и весьма стабильно.
Исходя из этого они смогут являться совершенными часами — необычными маяками Вселенной. Пульсары, так, — это одна из вероятных координатно-временных совокупностей.
Заберём, к примеру, ракету, вылетевшую на большом растоянии в космос. Как ей выяснить собственный расположение? По простым звездам — не всегда легко.
Они похожи и без правильных устройств и требующих времени наблюдений их легко спутать. Помимо этого, звезд очень много (в отечественной галактике около 200 млрд).
А пульсар – звезду, вращающуюся и потому пульсирующую с четким периодом, что не изменится за время запуска – не спутать ни с чем. Для стремительного определения совокупности координат возможно применять пульсары, для долгой – подходят квазары (квази-звездные объекты – ядра самых далеких и броских галактик).
Третье использование – действенные способы передачи информации. Так как, что такое нейтронные звезды – это скоро вращающиеся объекты с сильным магнитным полем.
За счет этого они излучают пучки света. Как эти пучки коллимируются, другими словами становятся узконаправленными, мы до конца пока не знаем, не смотря на то, что мысли, само собой разумеется, имеется. Но что нам даст это знание?
По сути это предоставит шанс передачи информации на огромные расстояния.
Имеется и просто фантастические идеи применения. Дело в том, что нейтронные звезды имеют поразительно сильное магнитное поле. В физике существует пара градаций силы поля.
Поле до 2 млрд Гаусс считается не весьма сильным, его авторитет на атомы возможно заметным, но не критическим. С более сильными полями все сложнее.
Они начинают как бы «плющить» молекулы и атомы, вытягивая их в цепочки. По этому поводу было большое количество различных занимательных теорий.
Одна из них утверждала, что поверхность нейтронной звезды возможно покрыта молекулярными цепочками, каковые стабилизирует ее магнитное поле. Нейтронные звезды в этом случае могут быть некими «солярисами», в которых присутствует некоторый разум…
— Смогут ли нейтронные звезды воображать опасность для землян, к примеру, из-за выбросов радиации?
— Это быть может, но маловероятно. До тех пор пока нейтронная звезда спокойна она не воображает для нас опасности. Но у некоторых звезд, само собой разумеется, случаются гамма-всплески.
Была кроме того такая обстановка, в то время, когда в созвездии Орла, которое находится от нас в шести килопарсеках (расстояние, которое равняется приблизительно половине до центра отечественной галактики) вспыхнула вот такая нейтронная звезда. Так вот сейчас вся ионосфера Почвы пульсировала с периодом ее вращения – 5 секунд.
Нашли это, например, армейские, каковые пользуются особенностями ионосферы для связи с подводными лодками. Днем, в то время, когда светит Солнце, ионосфера опускается приблизительно до 60 км. А ночью, в то время, когда этого излучения нет – ионосфера снова поднимается.
Морская гладь не прозрачна для долгих, средних, маленьких и ультракоротких волн. А вот сверхдлинные волны, отражаясь от ионосферы, легко распространяются за горизонтом на тысячи километров и могут попадать в самые удаленные уголки океанов.
Ночью 27 августа 1998 года армейские постарались связаться с лодками, находящимися в дальнем плаванье, но связи не выяснилось. Стали выяснять, и поняли, что ионосфера находится на дневном расстоянии.
Позже стало известно, что ионосфера еще и пульсирует. Обстоятельством был гамма-всплеск, случившийся на расстоянии 20 тыс. световых лет от нас.
До этого подобный всплеск замечали еще дальше – в соседней галактике – Громадном Магеллановом облаке. Это известнейшее событие случилось 5 марта 1979 года.
Но, не считая неудобств, вызванных утратой связи с подводными лодками – никакого вреда такие явления нам пока не принесли. Но в случае если гамма-всплеск произойдёт где-то неподалеку от Почвы – ожидай беды.
Но перед этим все равно обязана взорваться сверхновая, так что у нас имеется шанс готовиться. Да и явление это достаточно редкое.
— Поведайте об изучениях нейтронных звезд конкретно в вашей, Пулковской обсерватории.
— Мой сектор занимается рентгеновскими пульсарами. Но начну мало издали. Нейтронные звезды стали особенно популярны среди астрофизиков по окончании открытия радиопульсаров во второй половине 60-ых годов XX века.
Теория происхождения этого явления в те времена развивалась бурно. Особенное внимание завлекала модель падения вещества на нейтронную звезду.
Идей о том, как падает это вещество и как излучает, выдвигалось очень много. Двигаясь от несложного к сложному, задачу старались максимально упростить и, первым делом, временно исключили из рассмотрения магнитное поле.
Самой привлекательной в этом смысле была задача о падении вещества на черную дыру (у которой нет собственного магнитного поля). Но в этот самый момент появились разногласия в том, нужно ли учитывать магнитное поле самого газа, что падает на черную дыру, либо же им также возможно пренебречь.
Большая часть исследователей сочли, что магнитное поле падающего вещества возможно не учитывать. С ними, но, не дал согласие коммунистический астрофизик Викторий Фавлович Шварцман.
Его расчеты показывали, что магнитное поле в газе, вольно падающем на звезду, скоро увеличивается и как бы «замораживает» поток, останавливая его падение. Двое его сотрудников, Геннадий Семенович Бисноватый-Александр и Коган Андреевич Рузмайкин, подтвердили выводы Шварцмана и обратили внимание на то, что поток, замороженный магнитным полем, скоро преобразовывается в плотный медлительно поворачивающийся диск.
Проверить выстроенную ими модель в те времена выяснилось очень сложно, и практически на 40 лет данный вопрос оставался открытым.
Несколько лет назад у меня появилась мысль попытаться применить эту модель в ситуации, в то время, когда газ с магнитным полем падает на нейтронные звезды, каковые в отличие от черной дыры имеют жёсткую поверхность и, основное, вращаются с известным прекрасно замечаемым периодом. В то время, когда вещество падает на такую звезду, то оно или тормозит, или активизирует ее вращение.
Данный дополнительный свободный фактор разрешает осознать, как как раз происходит процесс падения. С моими сотрудниками мы выстроили несложную модель и были весьма поражены, в то время, когда сорокалетняя неприятность трансформации периодов рентгеновских пульсаров внезапно решились сама собой.
Это стало веским доводом в пользу того, что Шварцман все-таки был прав – магнитное поле в падающем веществе имеется и его нужно учитывать. Мы назвали это явление магнитно-левитационной аккрецией.
Левитация – это, само собой разумеется, образное понятие. Не забывайте поезд на магнитной подушке, что все желали создать в СССР и, в итоге выстроили в Китае?
Так вот, оказывается, отечественная цивилизация уже давно открыла разработке, каковые применяет природа, создавая рентгеновские пульсары. Они так устроены, что падающее вещество сперва тормозится своим собственным магнитным полем, а позже потихонечку сползает на нейтронную звезду.
Самое парадоксальное, что такая сложная структура оказывается страно устойчивой. Об этом нам говорят наблюдения. Как природе удается стабилизировать плазму с магнитным полем – нам еще предстоит определить.
Быть может, это окажет помощь продвинуться в ответе задачи управляемого термоядерного синтеза, к реализации которой человечество настойчиво пытается в течении последних 20 лет. Мы сделали до тех пор пока первые шаги.
Они продемонстрировали перспективность выбранного нами направления изучений. Получение новых результатов – всего лишь вопрос времени.
Не смотря на то, что для более продуктивного изучения этих вопросов стоит поразмыслить над запуском и изготовлением новых космических рентгеновских и гамма-телескопов. Изучить рентгеновские пульсары с Почвы, к сожалению, нереально – мешает воздух.
Источник: О. Фадеева naked-science.ru
Пульсар. Межзвездный маяк
