Нейтронные звезды и пульсары.

( Астрономия@Science_Newworld).

Кроме малых размеров и колоссальных плотностей вещества, нейтронные звезды имеют еще две важные особенности: быстрое вращение и сильное магнитное поле.

Нейтронные звезды вращаются быстро именно потому, что имеют малые размеры. Любой вращающийся объект, относительно свободный от внешних воздействий, сжимаясь, вращается все быстрее.

Это свойство, которое ученые называют сохранением момента количества движения, помогает при исполнении акробатических прыжков с вышки в воду. Когда спортсмен складывается, его тело вращается быстрее, чем когда он вытягивается во весь рост, чтобы войти в воду без вращения. Закон сохранения момента количества движения требует, чтобы скорость вращения (число оборотов в секунду) была обратно пропорциональна квадрату размера объекта.

Таким образом, объект, размер которого уменьшился в два раза, начнет вращаться в четыре раза быстрее, чем прежде. В случае нейтронной звезды коллапсирующее ядро может сжаться в 20 раз - от радиуса 120 км до радиуса 6 км.

В случае если ядро вращалось, то сжатие увеличит скорость его вращения в 20 ООО 2, или в 400 млн. Раз! Таким образом, нейтронная звезда будет вращаться в 400 млн. Раз быстрее, чем ядро звезды до коллапса. Внимание! Только в том случае, если это ядро делало один оборот за сто суток, то сколлапсировавшая нейтронная звезда будет делать 46 оборотов в секунду!

Быстрое вращение нейтронных звезд имеет важное следствие, потому что вместе со звездами вращается их магнитное поле. Большинство звезд имеют некоторое начальное магнитное поле; наше солнце тоже обладает магнитным полем, только относительно слабым. У солнца есть два магнитных полюса северный и южный, как у обычного стержневого магнита.

Но даже слабое магнитное поле солнца влияет на движение заряженных частиц вблизи солнечной поверхности, потому что на частицы, движущиеся в магнитном поле, действуют электромагнитные силы.

Чем выше напряженность магнитного поля, тем сильнее его влияние на движение заряженных частиц. В коллапсирующей звезде напряженность магнитного поля на поверхности возрастает обратно пропорционально квадрату ее радиуса.

Таким образом, если радиус звезды уменьшится в 20 раз, то напряженность магнитного поля на поверхности возрастет в 400 млн. Раз и нейтронная звезда в целом станет сверхплотным вращающимся магнитом, который вместе со своим полем делает 46 оборотов в секунду. Любые заряженные частицы, которые остаются вблизи поверхности звезды, будут ускорены вращающимся магнитным полем и будут двигаться по винтовым траекториям вокруг силовых линий.

Некоторые из них в конце концов ускользнут в космическое пространство с весьма внушительными энергиями и вольются в поток космических лучей от первоначального взрыва сверхновой. Более важно то, что заряженные частицы, ускоренные вращающимся магнитным полем, испускают излучение, генерируемое синхротронным процессом. Это излучение, зарегистрированное в видимой области и радиодиапазоне, сигнализирует о существовании пульсара.

Вблизи поверхностей нейтронных звезд постоянно появляются заряженные частицы в результате распада нейтронов на протоны, электроны и антинейтрино. (В недрах звезды такие распады сразу же компенсируются образованием нейтронов и нейтрино из протонов и электронов. ) Заряженные частицы быстро ускоряются вращающимся магнитным полем почти до скорости света.

Такие частицы синхротронное излучение в ближайших окрестностях нейтронной звезды испускают. Процесс излучения уменьшает кинетическую энергию вращения звезды, так как эта энергия передается сначала заряженным частицам, а затем синхротронному излучению.

В результате кинетическая энергия нейтронной звезды должна уменьшаться, поэтому скорость ее вращения постепенно снизится, скажем до десяти оборотов в секунду, затем до четырех, двух и т. д. однако замедление вращения происходит очень медленно, возможно на одну тысячную оборота в год.

Астрономы вполне уверены, что пульсары - это нейтронные звезды. Каждый пульсар, а их уже обнаружено несколько сотен, излучает в виде импульсов, которые повторяются с замечательной периодичностью - от одного импульса в четыре секунды (минимальная наблюдаемая частота следования импульсов) до 33 импульсов в секунду (максимальная частота.

Эти импульсы обычно принимаются на радиочастотах, но два лучше всего изученных пульсара испускают также гамма -, рентгеновское и видимое излучение синхронно с радиоимпульсами. В соответствии с наиболее детально разработанными теориями пульсар излучает не непрерывно, а импульсами, потому что магнитная ось не совпадает с осью вращения.

Синхротронное излучение испускается преимущественно перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, поэтому вследствие вращения нейтронной звезды мы принимаем то мощный, то слабый поток, причем этот процесс повторяется снова и снова.

Излучение от пульсара происходит с высокой, но не идеальной периодичностью, потому что вращение нейтронной звезды постепенно замедляется. Например, в центре крабовидной туманности, остатка вспышки сверхновой 1054 г., обнаружен пульсар, который вспыхивает и гаснет 33 раза в секунду - самый короткопериодический из всех известных пульсаров.

По высокой скорости его вращения можно заключить, что он очень молод. Этот вывод подтверждается тем, что, как мы знаем, он возник лишь 900 лет назад. Точные измерения времени показывают, что период между импульсами пульсара возрастает на одну стотысячную долю секунды в год.

В 1967 г., когда астрономы открыли первый пульсар, они на какое-то время выдвинули рабочую гипотезу, не является ли он искусственным межзвездным маяком, построенным другой цивилизацией. Каждый морской маяк имеет точно установленную частоту, так что моряки могут сразу определить, какой маяк они видят, просто по интервалам между вспышками.

Пульсары могли бы служить тем же целям, что и демонстрируют пластинки на борту космических аппаратов "пионер - 10 и 11", однако они, очевидно, являются космическими хронометрами, хотя и поражающими воображение своей невероятной точностью, но совершенно естественного происхождения.

Поскольку вращение пульсаров постепенно замедляется, интервал между импульсами с каждым годом несколько увеличивается, хотя для существенного его изменения требуются тысячелетия. Звездоподобный источник света, названный 88 433, имеет необычный спектр, с эффектом доплера такой величины, которая никогда ранее не наблюдалась в нашей галактике.

Измерения эффекта доплера в спектре 58 433 показывают, что объект, по-видимому, выбрасывает две струи вещества в противоположных направлениях со скоростью 40 км/с. т. е. более 10% скорости света! Хотя известно много объектов, испускающих относительно слабые потоки частиц почти со скоростью света, это первый обнаруженный объект в галактике, который разгоняет целые потоки вещества до скоростей, составляющих заметную долю скорости света.

Наиболее вероятно, что 58433-это нейтронная звезда на расстоянии 10 световых лет от нас, обращающаяся вокруг другого объекта, сила гравитации которого заставляет ось вращения нейтронной звезды совершать круговое движение в пространстве (прецессировать) с периодом 164 дня.

Интересно отметить, что технологически развитая цивилизация, расположенная вблизи нейтронной звезды, могла бы использовать эти выбросы для ускорения искусственных объектов до 40 км/с! Но пока мы не имеем от источника 88 433 ни "Пользы", ни надежного объяснения того, почему он выбрасывает струи вещества в противоположных направлениях.