Vosstavshie iz Ada
20.10.2000 17:49 | S. B. Popov/GAISh, Moskva
Massivnye zvezdy zakanchivayut svoyu zhizn' kolossal'nym vzryvom, posle kotorogo ot giganta, vo mnogo raz prevyshavshego razmery nashego Solnca, ostaetsya lish' medlenno ostyvayushii "trup" -- malen'kii, chrezvychaino plotnyi bystrovrashayushiisya ob'ekt. Astronomy nazyvayut ih neitronnymi zvezdami.
Segodnya my znaem, chto neitronnye zvezdy -- eto chrezvychaino kompaktnye (s radiusom poryadka 10 km) zvezdy, chasto obladayushie moshnym magnitnym polem. Za schet togo, chto oni sostoyat pochti celikom iz neitronnogo veshestva, udaetsya "upakovat'" massu poryadka massy Solnca v stol' malen'kii, po astronomicheskim merkam, sharik.
Ih sushestvovanie bylo predskazano eshe v 30-e gody nashego veka L.Landau. Otkrytye v 60-e gody radiopul'sary dovol'no bystro byli otozhdestvleny s etimi ob'ektami. Chut' pozzhe analogichnaya situaciya proizoshla i s nekotorymi iz otkrytyh v 60-e -- 70-e gody galakticheskih istochnikov rentgenovskogo izlucheniya. Vsego na segodnyashnii den' astronomy obnaruzhili okolo 1200 neitronnyh zvezd. Iz nih bolee 1000 yavlyayutsya radiopul'sarami (kstati, oni yavlyayutsya chempionami sredi astronomicheskih ob'ektov po chislu poluchennyh za ih issledovanie Nobelevskih premii), a ostal'nye - rentgenovskimi istochnikami. Sootvetstvuyut li eti cifry deistvitel'nomu kolichestvu neitronnyh zvezd, nahodyashihsya Galaktike? Astronomy schitayut, chto na samom dele nash "zvezdnyi gorod" naselyaet ne menee 100 mln. takih ob'ektov, ved' za milliardy let evolyucii Galaktiki svoi zhiznennyi put' uspelo zavershit' ogromnoe kollichestvo massivnyh zvezd. Pochemu zhe neitronnyh zvezd naideno tak malo?
Prichina etogo kroetsya v trudnostyah ih obnaruzheniya. Dovol'no prosto zafiksirovat' podobnyi ob'ekt, esli on yavlyaetsya odnim iz koponentov tesnoi dvoinoi sistemy (sm. Zvezdochet, 1995 g., N12, str. 12). Kak izvestno, v takih sistemah proishodit padenie ili, govorya po-nauchnomu, akkreciya na poverhnost' neitronnoi zvezdy veshestva vtorogo komponenta. V rezul'tate etogo voznikaet moshnoe rentgenovskoe izluchenie, kotoroe my mozhem zafiksirovat' s pomosh'yu kosmicheskih apparatov, poskol'ku zemnaya atmosfera v etom diapazone neprozrachna. Zdes' neobhodimo podcherknut', chto pervonachal'no vse neitronnye zvezdy, otkrytye po rentgenovskim nablyudeniyam, vhodili v sostav tesnyh dvoinyh sistem. Ostal'nye neitronnye zvezdy rentgenovskogo neba pervonachal'no obnaruzhivalis' po nablyudeniyam v drugih diapazonah (udalos' zafiksirovat' rentgenovskoe izluchenie ot neskol'kih radiopul'sarov, a takzhe ot ob'ekta Geminga, otkrytogo po gamma-nablyudeniyam).
Odnako neitronnye zvezdy mogut sushestvovat' ne tol'ko v dvoinyh sistemah. Vo-pervyh, oni mogut obrazovyvat'sya v rezul'tate raspada dvoinoi sistemy. Tak, esli v processe vspyshki sverhnovoi vzryvaetsya bolee massivnaya zvezda, i v moment vzryva ona teryaet bolee poloviny summarnoi massy vsei sistemy (pri krugovoi orbite), to takaya sistema raspadaetsya, i poluchaetsya dve odinochnyh zvezdy, odna iz kotoryh, to chto ostalos' posle vspyshki sverhnovoi, - neitronnaya. Vo-vtoryh, izolirovannaya neitronnaya zvezda mozhet obrazovat'sya i v rezul'tate "estestvennoi smerti" - vzryva iznachal'no odinochnoi massivnoi zvezdy.
Obnaruzhit' izolirovannuyu neitronnuyu zvezdu zadacha dovol'no slozhnaya. Ved' pri diametre vsego v 20 km, zametit' teplovoe izluchenie takogo ob'ekta, dazhe esli on imeet bol'shuyu temperaturu, s rasstoyaniya bolee odnogo kiloparseka prakticheski nevozmozhno, po kraine mere segodnya. Odnako ne stoit dumat', chto eti ekzoticheskie ob'ekty navsegda skrylis' ot nashego vzora v glubinah Galaktiki. V poslednee vremya astronomy, kazhetsya, nashli sposob ih obnaruzheniya.
Uvidet' odinochnuyu neitronnuyu zvezdu na bol'shom rasstoyanii mozhno tol'ko na dvuh stadiyah ee evolyucii. Naibolee izvestna tak nazyvaemaya stadiya ezhekcii, kogda, govorya uproshenno, izluchenie neitronnoi zvezdy ne pozvolyaet veshestvu padat' na ee poverhnost', i kogda my nablyudaem ee v vide radiopul'sara. No, uvy, eta stadiya otnositel'no neprodolzhitel'naya. Da eshe ne pri vsyakom raspolozhenii pul'sara otnositel'no Zemli my smozhem zafiksirovat' ego radioizluchenie. Gorazdo zamanchivee uvidet' neitronnuyu zvezdu na stadii akkrecii, kotoraya zanimaet znachitel'nuyu chast' ee evolyucii. Na etoi stadii veshestvu prakticheski nichto ne meshaet padat' na ee poverhnost'. Razlichnye processy, soprovozhdayushie eto padenie, i "vydayut" neitronnuyu zvezdu. No otkuda vzyat'sya veshestvu, ved' zvezda odinochnaya, a ne dvoinaya? Otvet na etot vopros ne tak uzh i slozhen. Ibo ne stoit zabyvat', chto kosmos -- eto ne pustota. Vse prostranstvo mezhdu zvezdami zapolneno gazom i pyl'yu. Takim obrazom, mezhzvezdnaya sreda vpolne mozhet stat' istochnikom veshestva neobhodimo dlya akkrecii veshestva na neitronnuyu zvezdu.
Ideya ob akkrecii veshestva mezhzvezdnoi sredy na neitronnye zvezdy, kak, vprochem, i na chernye dyry, obsuzhdaetsya uchenymi uzhe dostatochno davno. No tol'ko v 90-e gody, v osobennosti blagodarya rabotam ital'yanskih issledovatelei A.Trevsa i M.Kolpi, i v svyazi s tem, chto sovremennye rentgenovskie sputniki tipa ROSAT vpolne smogli by obnaruzhit' takie ob'ekty, etot mehanizm energovydeleniya stal privlekat' bol'shee vnimanie astrofizikov.
Kak pokazyvayut raschety, osobenno yarkie istochniki podobnogo tipa dolzhny nablyudat'sya pri prolete neitronnyh zvezd skvoz' molekulyarnye oblaka, tak kak imenno v nih plotnost' mezhzvezdnogo veshestva naibol'shaya. Cvoeobraznyi sluchai akkrecii na neitronnuyu zvezdu pri ee popadanii v molekulyarnoe oblako svyazan s tem, chto magnitnoe pole (pri bystrom vrashenii) mozhet v techenii nekotorogo vremeni uderzhivat' veshestvo ot padeniya. V takih usloviyah vokrug neitronnoi zvezdy mozhet obrazovat'sya obolochka. Kogda massa obolochki stanet slishkom bol'shoi, magnitnoe pole i vrashenie ne smogut bol'she uderzhivat' plazmu, i ona upadet na poverhnost' neitronnoi zvezdy. Zatem process povtoryaetsya. Pri etom ona stanovitsya periodicheskim istochnikom rentgenovskogo izlucheniya. U astronomov v etom sluchae nadezhdy uvidet' takoi ob'ekt gorazdo bol'she, tak kak v nem energiya vydelyaetsya v otnositel'no moshnom impul'se, kotoryi legche zaregistrirovat', hotya sami takie ob'ekty dolzhny vstrechat'sya gorazdo rezhe.
Skol'ko zhe vsego takih ob'ektov raspolozheno v okrestnostyah nashego Solnca? Po razlichnym ocenkam ih chislo sostavlyaet neskol'ko tysyach. No pochemu my ih ne vidim? Eto svyazano s tem, chto svetimost' takih rentgenovskih istochnikov nevelika, i sostavlyaet vsego 1031 erg/sek, esli akkreciya proishodit iz mezhoblachnoi sredy. V plotnom zhe molekulyarnom oblake svetimost' izolirovannoi zvezdy mozhet dostich' 1036 erg/sek. V etom sluchae neobhodimo uchest', chto ona budet zaviset' ne tol'ko ot vnutrennih parametrov mezhzvezdnoi sredy i neitronnoi zvezdy, no ot ih otnositel'noi skorosti, tak kak svetimost' budet obratno proporcional'na ee kubu (chem men'she skorost', tem vyshe svetimost'). Odnako, veroyatnost' nebol'shih skorostei, poryadka 20-40 km/sek i men'she, ochen' mala, poetomu osnovnaya massa izolirovannyh neitronnyh zvezd budet nablyudat'sya kak ochen' slabye ob'ekty. Kstati, pri vhozhdenii neitronnoi zvezdy v plotnoe molekulyarnoe oblako mozhet proizoiti odin interesnyi effekt, vpervye otmechennyi eshe v 70-e gody rossiiskim astronomom V.Shvarcmanom. Esli neitronnaya zvezda na stadii pul'sara (ezhekcii) vletaet v molekulyarnoe oblako, to eta stadiya smenyaetsya stadiei akkrecii, tak kak padayushee na poverhnost' zvezdy veshestvo prosto "zadavit" pul'sar. A posle vyleta neitronnoi zvezdy iz oblaka pul'sar mozhet uzhe ne poyavit'sya vnov', tak kak teper' veshestvo podobralos' nastol'ko blizko k ego poverhnosti, chto "raskidat'" ego zvezde budet ne tak-to prosto.
Esli by my mogli s vami vzglyanut' na nashu Galaktiku so storony, da tak, chtoby nam byli vidny tol'ko neitronnye zvezdy, to te iz nih, chto akkreciruyut veshestvo molekulyarnyh oblakov, budut v osnovnom raspredeleny v kol'ce na rasstoyanii poryadka 5-7 kpk ot ee centra. Eto svyazano s tem, chto zdes' plotnost' mezhzvezdnoi sredy imeet maksimum, takzhe kak i raspredelenie neitronnyh zvezd, kotoroe po raschetam sotrudnikov GAISh K.A.Postnova i M.E.Prohorova, imeet toroobraznuyu formu s maksimumom primerno v toi zhe oblasti Galaktiki.
18 yanvarya 1996 goda v zhurnale Nature byla opublikovana sensacionnaya stat'ya nemeckih i amerikanskih astrofizikov pod rukovodstvom F.Voltera, posvyashennaya obsuzhdaemomu nami voprosu. V nei avtory soobshili ob otkrytii imi pervoi izolirovannoi neitronnoi zvezdy po ee rentgenovskomu izlucheniyu, zafiksirovannomu sputnikom ROSAT (sm. Zvezdochet, 1996 g., N4, str. 6). Napomnim, chto etot sputnik rabotaet v "myagkom rentgene" i uzhe v techenie neskol'kih let postavlyaet astronomam pervoklassnye rezul'taty.
Konechno, avtory sdelali svoe otkrytie ne sluchaino, a v rezul'tate kropotlivoi raboty. Ved' eto ves'ma neprostaya zadacha-iz mnogih tysyach slabyh rentgenovskih istochnikov vydelit' akkreciruyushuyu odinochnuyu neitronnuyu zvezdu. Vpolne vozmozhno, chto mnogie nablyudaemye nami istochniki rentgenovskogo izlucheniya takzhe yavlyayutsya podobnymi ob'ektami, odnako eto utverzhdenie eshe trebuet dokazatel'stv. Otkrytaya odinochnaya neitronnaya zvezda raspolozhena ot nas na rasstoyanii ne bolee 120 pk. Podobnuyu ocenku pozvolyaet nam sdelat', raspolozhennoe za nei molekulyarnoe oblako, rasstoyanie do kotorogo bylo izvestno. Sushestvovanie etogo oblaka takzhe polnost'yu isklyuchaet vnegalakticheskuyu prirodu dannogo istochnika, tak kak esli by on raspolagalsya za oblakom, to eto obyazatel'no otrazilos' by na ego spektre.
Avtory takzhe proveli opticheskie nablyudeniya dannoi oblasti neba, raspolozhennoi v sozvezdii Yuzhnoi Korony, gde byl zaregistrirovan rentgenovskii istochnik. Odnako nikakogo opticheskogo ob'ekta na ego meste obnaruzhit' ne udalos'. Ishodya iz etogo mozhno nalozhit' nekotoroe ogranichenie na otnoshenie opticheskoi svetimosti dannogo istochnika k rentgenovskoi: svetimost' v rentgenovskom diapazone dolzhna byt' primerno v 400 000 raz bol'she, chem v opticheskoi. Eta ocenka nahoditsya v polnom soglasii s sushestvuyushimi gipotezami. Rassmotrenie razlichnyh al'ternativnyh modelei, s pomosh'yu kotoryh mozhno bylo by tak zhe popytat'sya opisat' dannyi istochnik, ne dalo stol' yasnoi kartiny, udovletvoryayushei vsem nablyudatel'nym dannym.
Esli ishodit' iz togo, chto rasstoyanie do otkrytogo istochnika sostavlyaet 120 pk, to ego svetimost', pri temperature poryadka 500 000 - 600 000 gradusov, ravna 5.1031 erg/sek. Po etim dannym mozhno opredelit' ploshad', s kotoroi ishodit izluchenie. Ona okazyvaetsya ravnoi primerno 480 km2, chto zamechatel'no sovpadaet s ozhidaemoi ploshad'yu poverhnosti neitronnoi zvezdy, esli ee radius poryadka 10 km. Nikakoi peremennosti v dostatochno shirokom intervale vremen u dannogo rentgenovskogo istochnika avtory ne obnaruzhili, chto opyat' zhe horosho soglasuetsya s tem, chto akkreciya idet na vsyu poverhnost' zvezdy. Otsyuda, kstati, mozhno sdelat' vazhnye ocenki perioda obrasheniya neitronnoi zvezdy vokrug svoei osi i moshnosti ee magnitnogo polya.
V zaklyuchenie, mozhno skazat', chto blagodarya issledovaniyu takih istochnikov my mozhem uznat' koe-chto novoe ne tol'ko o neitronnyh zvezdah i ih evolyucii, no i o mezhzvezdnoi srede, kotoraya i pozvolyaet nam uvidet' eti ob'ekty.
S.B.Popov
(Pererabotannaya versiya stat'i opublikovannoi v
zhurnale "Zvezdochet")
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
chernye dyry - Sverhnovye - rentgenovskie istochniki - akkreciya - neitronnye zvezdy - kollaps - yadernaya evolyuciya - massivnye zvezdy
Publikacii so slovami: chernye dyry - Sverhnovye - rentgenovskie istochniki - akkreciya - neitronnye zvezdy - kollaps - yadernaya evolyuciya - massivnye zvezdy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
