Astrofizika odinochnyh neitronnyh zvezd: radiotihie neitronnye zvezdy i magnitary

---

<< 2. Aktual'nye problemy astrofiziki | Oglavlenie | 2.2. Fizika NZ >>

Razdely

• 2.1.1. Nablyudeniya v rentgenovskom i gamma diapazonah
• 2.1.2. Nablyudeniya v radio diapazone
• 2.1.3. Nablyudeniya v IK diapazone
• 2.1.4. Nablyudeniya v opticheskom diapazone

---

2.1. Nablyudeniya NZ

Tablica 1. Slabye rentgenovskie istochniki v diske Galaktiki (iz raboty Treves i dr. 2000 s dopolneniyami) Nazvanie istochnika Potok (Pul'sacii) [otsch./s](%) Eff. temp. [eV] [1020 sm-2] log Period [s] RX J185635-3754 3.64(4.5%) 57 2 4.9 - RX J0720.4-3125 1.69(9%) 79 1.3 5.3 8.37 RBS1223 (1RXS J130848.6+212708) 0.29() 118 5.15 RBS1556 (RX J1605.3+3249) 0.88 100 - RX J0806.4-4123 0.38(6.2%) 78 2.5 11.37 RX J0420.0-5022 0.11() 57 1.7 22.7 RBS1774 (1RXS J214303.7+065419) 0.18 90 4.6 -

a) Otschety dlya sputnika ROSAT. Dolya pul'siruyushego izlucheniya vzyata iz raboty (Haberl, Zavlin 2002). b) fX i fV - potoki v rentgenovskom (ROSAT) i opticheskom diapazonah, sootvetstvenno.

Naibolee obshirnye i dlitel'nye nablyudeniya NZ - nablyudeniya radiopul'sarov v radiodiapazone - ne vhodyat v dannyi obzor. Iz prochih dannyh samymi podrobnymi yavlyayutsya rentgenovskie i gamma nablyudeniya. V radio-, IK- i opticheskom diapazonah o NZ polucheno zametno men'she svedenii.

2.1.1. Nablyudeniya v rentgenovskom i gamma diapazonah

Dlya odinochnyh radiotihih NZ naibolee vazhnym okazalsya rentgenovskii diapazon. V etom punkte my rassmotrim blizkie radiotihie NZ, slabye rentgenovskie istochniki v sharovyh skopleniyah, istochniki v ostatkah sverhnovyh, anomal'nye rentgenovskie pul'sary i istochniki myagkih povtoryayushihsya gamma-vspleskov.

Sputnikom ROSAT otkryto uzhe sem' radiotihih neitronnyh zvezd. Eshe odin kandidat (MS 0317) byl otkryt ranee na observatorii "Einshtein", odnako v poslednee vremya stalo ochevidnym, chto on yavlyaetsya vnegalakticheskim ob'ektom (my blagodarim G.G. Pavlova za sootvetstvuyushee zamechanie). Eto otnositel'no yarkie ob'ekty ( otscheta v sekundu). Dva istochnika zaregistrirovany v opticheskom diapazone (RX J1856 i RX J0720). Dlya ostal'nyh sushestvuyut tol'ko verhnie predely (sm. tablicu 1). Po otnosheniyu rentgenovskogo i opticheskogo potokov mozhno schitat' dokazannym, chto eti istochniki yavlyayutsya odinochnymi neitronnymi zvezdami.

V nachale 90-h godov ozhidalos', chto sputnik ROSAT uvidit bol'shoe kolichestvo odinochnyh staryh akkreciruyushih NZ (Treves i Kolpi 1991, Blaez i Radzhagopal 1991, Blaez i Madau 1993, Kolpi i dr. 1993). Posleduyushie nablyudeniya na etom sputnike pokazali nalichie lish' nebol'shoi populyacii slabyh rentgenovskih istochnikov v diske Galaktiki, kotorye po-vidimomu yavlyayutsya odinochnymi NZ (ohlazhdayushimisya ili akkreciruyushimi) (sm. Haberl i dr. 1998, Treves i dr. 2000, Noihoizer, Tryumper 1999; poslednii kandidat opisan v rabote Zamp'eri i dr. 2001). Osnovnym argumentom v pol'zu takoi interpretacii yavlyaetsya anomal'no vysokoe otnoshenie rentgenovskoi svetimosti k opticheskoi (log ). Otsutstvie radioizlucheniya, a takzhe teplovoi spektr svidetel'stvuyut o tom, chto ob'ekty ne yavlyayutsya klassicheskimi radiopul'sarami.

U chetyreh ob'ektov "velikolepnoi semerki" nablyudayutsya pul'sacii rentgenovskogo potoka s periodami 5-20 sekund. Dlitel'nye (450 000 sek) nablyudeniya naibolee izuchennogo istochnika RX J185635-3754 (Rensom i dr. 2001) pokazali otsutstvie pul'sacii vplot' do neskol'kih procentov.

Dlya dvuh istochnikov izmereny proizvodnye perioda. V rabote Dzane i dr. (2002) polucheno znachenie dlya istochnika RX J0720.4-3125. Hambaryan i dr. (2001) privodyat znachenie dlya istochnika RBS1223.

Pfal i Rappoport (2001) predpolozhili, chto nekotorye iz slabyh istochnikov v sharovyh skopleniyah mogut byt' starymi akkreciruyushimi odinochnymi NZ. V nastoyashee vremya sputnikom Chandra otkryto mnozhestvo podobnyh istochnikov i ih kolichestvo stremitel'no prodolzhaet rasti (sm. takzhe Verbunt 2001). Dlya nih harakterny svetimosti poryadka erg/s. Eti ob'ekty koncentriruyutsya k centram skoplenii. Istochniki harakterizuyutsya otnositel'no myagkimi spektrami - keV.

Populyacionnyi sintez (sm. nizhe) pokazal, chto gipoteza Pfala i Rappaporta ne protivorechit standartnoi kartine evolyucii NZ. Takim obrazom neobhodimy dal'neishie nablyudeniya (v pervuyu ochered' issledovaniya peremennosti na raznyh masshtabah) dlya opredeleniya prirody etih ob'ektov.

Dlya ponimaniya klyuchevogo voprosa o nachal'nyh parametrah NZ kraine vazhnym klassom ob'ektov yavlyayutsya istochniki v ostatkah sverhnovyh (obzor po mehanizmam vspyshek sm. v Yanka i dr. 2001). V poslednee vremya otkryto neskol'ko kompaktnyh istochnikov v ostatkah sverhnovyh (sm. Pavlov i dr. 2001a). Po vsei vidimosti eto molodye NZ, mnogie iz kotoryh ne yavlyayutsya radiopul'sarami (sm. tablicu 2). Kolichestvo radiotihih NZ v ostatkah sverhnovyh uzhe sravnimo s kolichestvom radiopul'sarov v ostatkah. Po etoi teme sushestvuet obshirnaya bibliografiya (sm. tablicu 2).

Mozhno vydelit' tri osnovnye gipotezy, ob'yasnyayushie poyavlenie kompaktnyh rentgenovskih istochnikov v ostatkah sverhnovyh: teplovoe izluchenie poverhnosti molodoi goryachei NZ, neteplovoe izluchenie molodogo pul'sara (v etom sluchae sleduet ozhidat' esli ne registracii samogo pul'sara, to hotya by vozniknoveniya pleriona), vozvratnaya akkreciya na moloduyu NZ (ili chernuyu dyru) veshestva ostatka sverhnovoi (fall-back).

Vazhnymi nablyudatel'nymi faktami dlya interpretacii prirody istochnikov yavlyayutsya nalichie periodov i peremennost' rentgenovskogo potoka. Periody ARP i MPG lezhat v diapazone 5-12 sekund. Drugie istochniki obladayut korotkimi periodami (naprimer p=0.325 s i proizvodnaya perioda u istochnika v Kes 75 (Meregetti i dr. 2002a), p=0.424 s u istochnika v G296.5+10, dlya etogo ob'ekta takzhe izmerena proizvodnaya perioda (Pavlov i dr. 2002)). Istochniki v RCW 103 i G29.6+0.1 pokazyvayut sushestvennuyu peremennost' rentgenovskogo izlucheniya na bol'shih vremenah, potok pri etom mozhet izmenyat'sya na poryadok.

Rassmotrim trudnosti v interpretacii radiotihih istochnikov na konkretnom primere Cas A.

Ostatok sverhnovoi Cas A yavlyaetsya horosho izvestnym ob'ektom, no priroda kompaktnogo ob'ekta v nastoyashee vremya neyasna.

Rasstoyanie do ostatka poryadka 3.4 kpk. Ego radius okolo 2 pk. Vozrast ostatka ocenivaetsya primerno v trista let (est' ukazaniya, chto vspyshka sverhnovoi nablyudalas' Flemstedom v 1680 g.). Eto samyi molodoi iz izvestnyh ostatkov sverhnovyh v nashei Galaktike.

Nablyudeniya na sputnike Chandra dali mnogo novyh dannyh. Sobstvenno kompaktnyi istochnik byl otkryt vo vremya pervyh nablyudenii na etom sputnike v avguste 1999 g. (zdes' my sleduem rabotam Pavlova i dr. 2000, Chakrabarti i dr. 2001).

Kompaktnyi istochnik raspolozhen prakticheski v centre ostatka. Opticheskie i IK nablyudeniya dayut tol'ko verhnie predely na izluchenie kompaktnogo ob'ekta.

Slozhnosti nachinayutsya uzhe pri opredelenii svetimosti kompaktnogo istochnika. V zavisimosti ot modeli spektra (chernotel'nyi ili stepennoi) svetimost' ocenivaetsya ot erg s do erg s. Vazhnoi osobennost'yu yavlyaetsya malen'kaya ploshad' ( km) izluchayushei poverhnosti vo vseh variantah interpretacii spektra. Eti harakteristiki ne dayut vozmozhnosti odnoznachno opredelit' prirodu kompaktnogo istochnika i mehanizm izlucheniya.

Radiopul'sary v ostatkah sverhnovyh yavlyayutsya podklassom naibolee molodyh pul'sarov, i potomu chrezvychaino vazhny dlya opredeleniya nachal'nyh parametrov NZ. Odnako, do sih por ne yasno, kakaya dolya sverhnovyh porozhdaet radiopul'sary. Voprosy associacii radiopul'sarov s ostatkami sverhnovyh s nablyudatel'noi tochki zreniya detal'no rassmatrivalis' v obzorah Kaspi (1996), Lorimera i dr. (1998), Gotthelfa i Vasishta (2000) i stat'yah Brauna i dr (1989), Kamilo i dr. (2001), Narayana i Shaudta (1988). Teoreticheskie raschety chisla takih associacii mozhno naiti v rabotah Genslera i Dzhonstona (1995a,b,v). Trudnosti, svyazannye s opredeleniem vozrastov pul'sarov, nedavno obsuzhdalis' na primere B1757-24 (Gensler, Freil 2000). ARP i MPG v ostatkah sverhnovyh izuchalis' Marsdenom s soavtorami (1999). Rannii obzor po kompaktnym rentgenovskim istochnikam v ostatkah sverhnovyh mozhno naiti v rabote Brazier i Dzhonstona (1999). Po vsem etim voprosam bylo provedeno neskol'ko krupnyh mezhdunarodnyh konferencii (sm., naprimer, "The relationship between neutron stars and supernova remnants"). Na russkom yazyke detal'nyi obzor ostatkov sverhnovyh priveden v knige Lozinskoi (1986), a takzhe v obzore Blinnikov i dr. (1987).

Pozhalui samymi "modnymi" ob'ektami iz vseh, rassmatrivayushihsya v nashem obzore yavlyayutsya ARP (Meregetti, Stella 1995, van Paradaiz i dr. 1995) i MPG (Mazec i dr. 1979, sm. takzhe obzor rannih nablyudenii v Mazec, Goleneckii 1987).

MPG predstavlyayut soboi ob'ekty, demonstriruyushie sluchainye (nepredskazuemye) periody vspyshechnoi aktivnosti v myagkom ( keV) gamma-diapazone (sm. katalog MPG v stat'e Aptekar' i dr. 2001). Periody aktivnosti dlyatsya ot dnei do mesyacev. Vspyshki sootvetstvuyut svetimosti vyshe eddingtonovskoi dlya ob'ekta solnechnoi massy. Inogda proishodyat gigantskie vspyshki, kotorye harakterizuyutsya bolee zhestkim spektrom i energiei v tysyachi raz bol'she, chem vydelyaetsya v obychnoi vspyshke.

V spokoinom sostoyanii MPG nablyudayutsya kak otnositel'no myagkie rentgenovskie istochniki. Vsego na dannyi moment izvestno 4 takih istochnika: SGR 1900+14 (p=5.16 s), SGR 1806-20 (p=7.47 s), SGR 1627-41 (p=6.4 s), SGR 0525-66 (p=8 s). (sm. obzory v Izrael i dr. 2001, Meregetti 1999, Harlei 1999, Tompson 2000). Nekotorye iz nih nahodyatsya v ostatkah sverhnovyh, odnako stepen' dostovernosti geneticheskoi svyazi mezhdu MPG i ostatkami ostaetsya pod voprosom (sm. tablicu 2). Istochnik SGR 1806-20 nahoditsya v skoplenii massivnyh zvezd (Eikenberri 2002).

ARP byli vydeleny v otdel'nyi klass v 1995 godu. Oni harakterizuyutsya blizkimi periodami poryadka 6-12 sekund (1E 1048.1-5937 - 6.44 s; 4U 0142+61 - 8.69 s; 1E 1841-045 - 11.77 s; 1E 2259+586 - 6.98 s; 1RXS J170849.0-400910 - 10.99 s; AX J1845-0258 - 6.97 s), nizkimi svetimostyami ( erg s) i bolee myagkim spektrom, chem u obychnyh rentgenovskih pul'sarov v tesnyh dvoinyh sistemah, stabil'noi svetimost'yu na bol'shih masshtabah vremeni (obychno dlya rentgenovskih pul'sarov v tesnyh dvoinyh sistemah harakterna zametnaya peremennost'), postoyannym zamedleniem (t.e. otsutstviem epizodov umen'sheniya perioda vrasheniya) i otsutstviem dannyh o nalichii vtorogo komponenta sistemy (sm. obzory Meregetti 1999, Tompsona 2000 i Meregetti i dr. 2002b).

Seichas uzhe ne vyzyvaet bol'shih somnenii to, chto ARP yavlyayutsya odinochnymi NZ (ne isklyucheny tol'ko ochen' malomassivnye kompan'ony). Odnako, priroda svetimosti (akkreciya ili teplovoe izluchenie goryachei zvezdy) ostaetsya neizvestnoi. Veroyatno naibolee vazhnuyu informaciyu mozhno poluchat' iz detal'nyh dannyh ob izmenenii periodov etih ob'ektov (Gavriil, Kaspi 2002, Pol i dr. 2000), a takzhe iz spektral'nyh harakteristik (osobenno vo vremya vspyshek sm. Marsden i Vait 2001, Perna i dr. 2001). Dlya polucheniya etoi informacii neobhodim monitoring (sm. Gotthelf i dr. 2001, Gavriil i dr. 2001).

V poslednee vremya poyavilis' rezul'taty po rentgenovskoi spektroskopii ARP i MPG. Sputnik Chandra nablyudal ARP 4U 0142+61 (Dzhyuet i dr. 2002). Ne bylo naideno nikakih ukazanii na prisutstvie v spektre emissionnyh ili absorbcionnyh linii. Esli istochnik yavlyaetsya magnitarom, to eti dannye nakladyvayut sushestvennye ogranicheniya na model' atmosfery.

Osoboe mesto sredi odinochnyh radiotihih NZ zanimaet Geminga (odnako, na ochen' nizkih chastotah udalos' zaregistrirovat' i radioizluchenie ot etogo ob'ekta, sm. Kuz'min i Losovskii 1997, Malofeev i Malov 1997, Shitov i Pugachev 1998). Ob'ekt Geminga (sm. Karaveo 2000, Bin'yami, Karaveo 1996) byl otkryt v gamma diapazone v 1973 g. na sputnike SAS-2. V 1992 g. Hal'pern i Holt ob'yavili ob otkrytii perioda 237 ms. Istochniki dannogo tipa ochen' trudno obnaruzhit', poetomu dolya podobnyh NZ neizvestna dazhe primerno. Veroyatno, chto Geminga eto radiopul'sar, chei osnovnoi puchok izlucheniya ne popadaet na Zemlyu, poetomu udaetsya nablyudat' lish' nizkochastotnoe radioizluchenie. Ozhidaetsya, chto budushie sputniki (GLAST i dr.) smogut uvidet' v zhestkom diapazone sotni NZ takogo tipa v Galaktike. Segodnya izvesten obdin ob'ekt ochen' pohozhii po vsoim svoistvam ne gemingu - 3EG J1835+5918 (Mirabal, Gal'pern 2001)

2.1.2. Nablyudeniya v radio diapazone

V nastoyashee vremya osnovnaya massa neitronnyh zvezd nablyudayutsya kak radiopul'sary. Seichas chislo izvestnyh istochnikov etogo tipa perevalilo za tysyachu, a v budushem s sozdaniem kilometrovoi antennoi reshetki stanet vozmozhnym nablyudenie prakticheski vseh radiopul'sarov v Galaktike, chei puchok napravlen na nas (Braun 1996). V svyazi s etim okazyvaetsya ochen' vazhnym pytat'sya pronablyudat' vse NZ v etom diapazone.

V bol'shinstve modelei radioizlucheniya NZ konus izlucheniya shire v nizkochastotnoi oblasti, poetomu aktivnye poiski radio signalov ot "nestandartnyh" NZ vedutsya v PRAO AKC FI RAN na nizkih chastotah (poryadka 110 Mgc). Uzhe zaregistrirovano radioizluchenie Gemingi (Kuz'min i Losovskii 1997, Malofeev i Malov 1997, Shitov i Pugachev 1998), odnogo istochnika povtoryayushihsya gamma-vspleskov (Shitov i dr. 2000) i odnogo anomal'nogo rentgenovskogo pul'sara (Malofeev, Malov, sm. astro-ph/0106435 str.31). V svyazi s unikal'nost'yu radioteleskopa PRAO eti rezul'taty poka ne imeyut nadezhnogo nezavisimogo podtverzhdeniya, krome registracii Gemingi (sm. Vats i dr. 1997). Otsutstvie izlucheniya na bolee vysokochastotnoi chasti radio diapazona mozhet svidetel'stvovat' o krutom spektre.

2.1.3. Nablyudeniya v IK diapazone

Nablyudeniya v IK diapazone otnosyatsya v osnovnom k anomal'nym rentgenovskim pul'saram. Dlya ob'yasneniya etih istochnikov predlozheno sushestvovanie ostatochnyh akkrecionnyh diskov (sm. nizhe razdel, posvyashennyi akkrecii). Dlya vybora mezhdu sushestvuyushimi modelyami i neobhodimy IK nablyudeniya.

Dlya istochnika AXP 1E2259+58.6 polucheny dannye, ukazyvayushie na nalichie IK ob'ekta (Halleman i dr. 2001). Kloze i dr. (2002) soobshayut ob otricatel'nyh rezul'tatah IK nablyudenii istochnika SGR 1900+14.

Poka poluchennye rezul'taty svidetel'stvuyut ob otsutstvii akkrecionnyh diskov ili malomassivnyh komponentov u ARP i MPG. Odnako, neobhodimy dal'neishie issledovaniya.

2.1.4. Nablyudeniya v opticheskom diapazone

Nablyudeniya odinochnyh NZ vseh tipov v opticheskom diapazone predstavlyayut bol'shoi interes (sm. Karaveo 2000).

Nachnem s semi odinochnyh radiotihih NZ, otkrytyh sputnikom ROSAT. Eti ob'ekty byli vydeleny kak vozmozhnye NZ imenno po bol'shomu otnosheniyu rentgenovskoi svetimosti k opticheskoi (sm. tablicu 1). Lish' dva istochnika dostoverno zaregistrirovany v optike. Dlya ostal'nyh izvestny tol'ko verhnie predely.

Vozmozhnoi interpretaciei rentgenovskogo potoka ot ob'ektov "velikolepnoi semerki" yavlyaetsya teplovoe izluchenie poverhnosti molodoi NZ. V svyazi s etim vazhno zaregistrirovat' teplovoe izluchenie v drugih spektral'nyh diapazonah.

Nablyudeniya NZ aktivno vedutsya na Kosmicheskom teleskope. Tak po nablyudeniyam SGR 0526-66 (Kaplan 2001a) polucheny vazhnye ogranicheniya na obe modeli (akkrecionnuyu i magnitarnuyu).

Mnogo nablyudatel'nyh dannyh polucheno po istochnikam RX J1856 i RXJ0720. V chastnosti, dlya RX J1856 udalos' opredelit' parallaks (pervym, no s sushestvennoi oshibkoi, parallaks poluchil Volter (2001), utochnennenie etogo znacheniya bylo sdelano v (Kaplan i dr. 2001b), a zatem v (Volter, Lattimer 2002)). Rasstoyanie do ob'ekta ravno  pk.

Predlozheno opticheskoe otozhdestvlenie dlya anomal'nogo pul'sara 4U 0142+614 (Halleman i dr. 2000). Dlya neskol'kih istochnikov polucheny vazhnye verhnie predely (Izrael i dr. 2001).

Osoboe mesto zanimayut opticheskie nablyudeniya Gemingi (sm. Bin'yami i Karaveo 1996).

Krome nablyudeniya opticheskogo izlucheniya ot samoi NZ vazhnym yavlyaetsya nablyudenie ee samyh blizkih okrestnostei. Tak nablyudenie tumannostei vokrug radiopul'sarov pozvolilo sdelat' zaklyuchenie o skorosti ih dvizheniya i o tom, chto na izmerennom rasstoyanii ot nih istekayut potoki chastic, a ne elektromagnitnogo izlucheniya. Van Kerkviik i Kulkarni (2001) obnaruzhili v kometoobraznuyu tumannost' vokrug istochnika RX J1856. Eto otkrytie yavlyaetsya sushestvennym argumentom protiv akkrecionnoi interpretacii izlucheniya dannogo ob'ekta.

V nashei strane opticheskimi nablyudeniyami NZ aktivno zanimayutsya dve gruppy na 6-metrovom teleskope v SAO RAN (Kurt i dr. 1997, Kopcevich i dr. 2001, Golden i dr. 2000 i Beskin, Neustroev 2001). Poka polozhitel'nyi rezul'tat poluchen tol'ko dlya radiopul'sarov i Gemingi, no nablyudeniya prodolzhayutsya. Original'nymi rezul'tatami poslednei gruppy bylo obnaruzhenie otsutstviya mikrostruktury opticheskogo impul'sa i nalichie opticheskogo izlucheniya (dlya pul'sara v Krabe) v mezhimpul'snom promezhutke.

---

<< 2. Aktual'nye problemy astrofiziki | Oglavlenie | 2.2. Fizika NZ >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: neitronnye zvezdy - rentgenovskie istochniki - anomal'nye rentgenovskie pul'sary - akkreciya - Mezhzvezdnaya sreda - Magnitary Publikacii so slovami: neitronnye zvezdy - rentgenovskie istochniki - anomal'nye rentgenovskie pul'sary - akkreciya - Mezhzvezdnaya sreda - Magnitary

Sm. takzhe: Kratkaya istoriya bystryh radiovspleskov GW200115: modelirovanie sliyaniya chernoi dyry i neitronnoi zvezdy Karta goryachih pyaten na poverhnosti neitronnoi zvezdy J0030 Neobychnyi signal mozhet svidetel'stvovat' o razrushenii neitronnoi zvezdy chernoi dyroi Odinochnaya neitronnaya zvezda v ostatke sverhnovoi E0102-72.3 NGC 4993: galakticheskii dom istoricheskogo vzryva GW170817: registraciya izlucheniya raznyh vidov ot yavleniya sliyaniya Vse publikacii na tu zhe temu >>