<< 4. Populyacionnyi sintez TDS | Oglavlenie | 6. Drugie primery populyacionnogo >>
Razdely
- 5.1. Radiopul'sary
- 5.2. Podschety neitronnyh zvezd i odinochnye akkretory
- 5.3. Blizkie molodye neitronnye zvezdy
- 5.4. Nereshennye problemy
5. Populyacionnyi sintez odinochnyh neitronnyh zvezd
V etom razdele my obsuzhdaem PS odinochnyh neitronnyh zvezd. Chitateli mogut poluchit' mnogo dopolnitel'noi informacii iz obzora [112] (obzor dostupen v seti po adresu http://xray.sai.msu.ru/~polar/html/kniga.html). Osnovnoe vnimanie my udelim sleduyushim trem tipam issledovanii: issledovaniyam radiopul'sarov, modelirovaniyu evolyucii staryh neitronnyh zvezd i issledovaniyu blizkih k nam ostyvayushih (goryachih) neitronnyh zvezd. Dlya pervyh dvuh napravlenii issledovanii osnovnymi ingredientami yavlyayutsya nachal'nye periody, skorosti i raspredeleniya po magnitnym polyam sovmestno s evolyuciei vseh etih velichin. V dopolnenie k nim mozhet potrebovat'sya takoi parametr kak ugol mezhdu magnitnym momentom i os'yu vrasheniya. Pri PS ostyvayushih neitronnyh zvezd ispol'zuyutsya sovershenno drugie ingredienty. Period vrasheniya i magnitnoe pole slabo vliyayut na ohlazhdenie neitronnoi zvezdy, v otlichie ot ee massy.
5.1. Radiopul'sary
Radiopul'sary – luchshe vsego izuchennaya i samaya mnogochislennaya iz nablyudaemyh populyacii odinochnyh neitronnyh zvezd. Poetomu dlya chitatelya ne stanet bol'shim syurprizom tot fakt, chto imenno dlya etoi populyacii ob'ektov bylo provedeno mnogo issledovanii metodom PS. Ochen' vazhnoi osobennost'yu etih issledovanii yavlyaetsya neobhodimost' modelirovaniya detektiruemosti radiopul'sarov, t.e. neobhodimo ne prosto sintezirovat' vyborku radiopul'sarov, no i imitirovat' process provedeniya ih radioobzora s dostatochnoi realistichnost'yu, chtoby potom mozhno bylo sravnivat' model'nye parametry s nablyudeniyami.
Mozhno nazvat' tri raznye celi primeneniya PS k radiopul'saram. Vo-pervyh eto opredelenie nachal'nyh parametrov neitronnyh zvezd (periodov, skorostei, magnitnyh polei). Vo-vtoryh, ocenka nekotoryh parametrov ih evolyucii (naprimer, harakternoe vremya zatuhaniya magnitnogo polya). I, nakonec, tret'ya zadacha - predskazanie svoistv nenablyudaemyh populyacii pul'sarov (s sil'nym magnitnym polem, pul'sarov izluchayushih v gamma-diapazone i t.d.) na osnove izvestnyh nachal'nyh parametrov i zakonov evolyucii.
Odin iz klyuchevyh voprosov teorii evolyucii pul'sarov takov:
zatuhaet li magnitnoe pole u neitronnyh zvezd?
Bhattachariya, Hartman, Verbunt i Vaiers posvyatili otvetu na etot vopros
seriyu stat'ei (sm. [5] i ssylki v nei na bolee rannie publikacii). Oni ispol'zovali metod Monte-Karlo dlya modelirovaniya raspredeleniya pul'sarov na ploskosti 
. Odnovremenno rasschityvalos' raspredelenie neitronnyh zvezd po prostranstvennym skorostyam, ih prostranstvennoe raspredelenie i mera dispersii. Verbunt i dr. predpolagali, chto neitronnye zvezdy imeyut takoe zhe raspredelenie po magnitnym polyam, chto i nablyudaemye radiopul'sary: gaussovo v logarifmicheskoi shkale. Oni takzhe prinimali vo vnimanie detektiruemost' kazhdogo iz modeliruemyh istochnikov. Avtory prishli k zaklyucheniyu, chto luchshe vsego opisyvaet nablyudeniya model' s zatuhaniem magnitnogo polya v harakternoi shkale 
let, v kotoroi sushestvennaya dolya neitronnyh zvezd rozhdaetsya so skorostyami nizhe 200 km s
.
Avtory ispol'zovali neskol'ko gipotez o nachal'nyh usloviyah i zakonah evolyucii, kotorye mozhno podvergnut' kritike. Tak oba raspredeleniya neitronnyh zvezd po prostranstvennym skorostyam byli odnomodovymi. Segodnya gorazdo bolee populyarnym schitaetsya bimodal'noe raspredelenie po etomu parametru. Krome togo sovremennye nablyudeniya ukazyvayut, chto chislo vysokoskorostnyh pul'sarov gorazdo bol'she, chem sledovalo iz raspredeleniya, ispol'zovannogo Verbuntom i dr. Raspredelenie po magnitnym polyam, ispol'zovannoe v dannoi rabote, principial'no ne dopuskaet sushestvovaniya magnitarov. I, nakonec, v rabote Verbunta i dr. ne rassmatrivalas' rol' naklona magnitnogo rotatora 
(ugla mezhdu magnitnym momentom i os'yu vrasheniya) i ego evolyucii.
Bolee novaya versiya PS pul'sarov byla vypolnena v rabote [113].
Avtory vklyuchili v svoyu model' evolyuciyu naklona rotatora i obsuzhdali vozmozhnost' poyavlenie magnitarov. Sravnenie ih rezul'tatov s rabotoi Bhattachariya i dr. pokazyvaet, kak izmenenie parametrov modeli PS skazyvaetsya na ego rezul'tatah. Avtoram udalos' dobit'sya soglasiya modeli i nablyudenii bez vvedeniya zatuhaniya magnitnogo polya, no pri nalichii evolyucii (vozrastaniya) ugla so vremenem. Drugoi vazhnyi vyvod raboty [113] svyazan s magnitarami. Avtory prishli k zaklyucheniyu, chto primerno 23% neitronnyh zvezd imeyut polya 
Gs. V ih rabote ne predpolagalas' bimodal'nost' raspredeleniya po magnitnym polyam, magnitary poyavlyalis' estestvennym obrazom, kak hvost raspredeleniya obychnyh radiopul'sarov v storonu naibolee sil'nyh polei.
Drugaya chast' issledovanii radiopul'sarov svyazana s modelirovaniem ih gamma-nablyudenii. V rabote Gont'e i dr. [114] proveden PS processa detektirovaniya aktivnyh radiopul'sarov v zhestkom diapazone. Podobnoe issledovanie stalo aktual'no v preddverii zapuska takih kosmicheskih apparatov kak AGILE i GLAST. Gont'e i dr. vveli v svoyu model' ryad novyh vazhnyh parametrov dlya opisaniya geometrii potokov radio i gamma izlucheniya.
Neozhidannyi rezul'tat, poluchennyi v etoi rabote, - korotkoe vremya zatuhaniya magnitnogo polya (v shkale poryadka 2.8 milliona let). Predskazaniya dlya observatorii AGILE i GLAST ochen' optimistichny. Avtory predskazyvayut, chto GLAST smozhet zaregistrirovat' do 600 neitronnyh zvezd v gamma-luchah.
Beskin i Eliseeva [115] issledovali vozmozhnost' nablyudeniya pogasshih radiopul'sarov kak gamma-istochnikov. Dannaya rabota ne ispol'zuet metody PS, no vnosit sushestvennyi vklad v populyacionnye modeli. Avtory (analiticheskimi metodami) postroili raspredelenie "mertvyh" (neaktivnyh) pul'sarov dlya dvuh modelei evolyucii ugla mezhdu os'yu vrasheniya i magnitnoi os'yu. Naskol'ko nam izvestno, detal'nyi PS pogasshih radiopul'sarov s uchetom evolyucii eshe nikem ne provodilsya. Podobnoe modelirovanie mozhet okazat' ochen' vazhnym, t.k. ono mozhet izmenit' nashi predstavleniya o sostoyanii staryh neitronnyh zvezd, kotorye budut obsuzhdat'sya v sleduyushem razdele.
5.2. Podschety neitronnyh zvezd i odinochnye akkretory
S nachala 70-h godov raznye avtory obsuzhdali vozmozhnost' nablyudeniya odinochnyh akkreciruyushih neitronnyh zvezd. V poslednie gody ih predskazaniya izmenilis' ot ochen' optimistichnyh (pochti vse starye neitronnye zvezdy yavlyayutsya akkretorami; rentgenovskih sputnik klassa ROSAT dolzhen obnaruzhivat' tysyachi podobnyh ob'ektov) do ochen' pessimistichnyh (na stadii akkrecii nahoditsya tol'ko malaya dolya staryh odinochnyh neitronnyh zvezd; bol'shinstvo akkretorov - ochen' slabye istochniki). V 90-h godah Monte-Karlo simulyacii populyacii neitronnyh zvezd vypolnyalis' neskol'kimi gruppami. My privodim ssylki na dve naibolee pokazatel'nye, na nash vzglyad, publikacii [116] i [117].
V pervoi rabote [116] starye neitronnye zvezdy rassmatrivayutsya kak vozmozhnye istochniki gamma-vspleskov.4 Cel'yu PS v etoi rabote bylo postroenie raspredeleniya mass veshestva, nabrannyh odinochnymi neitronnymi zvezdami v rezul'tate akkrecii. Osnovnye komponenty dannoi modeli: nachal'noe prostranstvennoe raspredelenie neitronnyh zvezd, ih nachal'nye prostranstvennye skorosti, gravitacionnyi potencial Galaktiki, raspredelenie mezhzvezdnoi sredy, tip akkrecii. Blaez i Radzhagopal, kak i mnogie drugie avtory do serediny 90-h, predpolagali, chto vse neitronnye zvezdy otnositel'no bystro perehodyat na stadiyu akkrecii. Eto predpolozhenie - glavnaya oshibka modelei togo perioda, poskol'ku evolyuciya neitronnyh zvezd polnost'yu ignorirovalas'. Iz-za takogo podhoda vse issledovateli poluchali bol'shoe kolichestvo akkreciruyushih odinochnyh neitronnyh zvezd.
Zdes' my dolzhny sdelat' odno ochen' vazhnoe poyasnenie, kasayusheesya evolyucii odinochnyh neitronnyh zvezd. Do 1994 goda obsheprinyatym bylo raspredelenie prostranstvennyh skorostei neitronnyh zvezd, predskazyvavshee bol'shoe kolichestvo ob'ektov s nizkimi skorostyami. Posle poyavleniya raboty Laina i Lorimera
[118] stalo yasno, chto bol'shaya chast' neitronnyh zvezd (ili, po krainei mere, radiopul'sarov) naoborot, yavlyayutsya vysokoskorostnymi ob'ektami.
Naibolee populyarnoe segodnya raspredelenie prostranstvennyh skorostei
[119] imeet bimodal'nyi vid, bolee poloviny zvezd imeet skorost' vyshe 500-600 km s. Chasto razlichnye avtory predpolagayut, chto ochen' maloe chislo otkrytyh odinochnyh akkretorov5 mozhet byt' ob'yasneno ih nizkimi svetimostyami iz-za vysokih prostranstvennyh skorostei neitronnyh zvezd
(soglasno formule Bondi temp akkrecii na ob'ekt obratno proporcionalen kubu ego prostranstvennoi skorosti). Drugimi slovami mozhno skazat', chto na samom dele akkretorov mnogo, no ih svetimosti stol' nizki, chto s pomosh'yu sovremennyh priborov my ne mozhem ih zaregistrirovat'. Odnako eto ne tak! Neitronnye zvezdy so stol' vysokimi prostranstvennymi skorostyami nikogda ne dostigayut sostoyaniya akkrecii (oni popadayut na stadiyu georotatora, sm. nizhe). Takim obrazom, chislo odinochnyh akkretorov v osnovnom opredelyaetsya dolei medlennyh neitronnyh zvezd.
Menning i dr. [117] obsuzhdali dlitel'nost' stadii, predshestvuyushih nastupleniyu akkrecii. Podhod etoi gruppy uchenyh yavlyaetsya, v nekotorom smysle, promezhutochnym. S odnoi storony oni ne ispol'zovali novoe (soglasno Lainu i Lorimeru) raspredelenie po prostranstvennym skorostyam. Iz-za etogo zametnaya dolya neitronnyh zvezd dostigaet stadii akkrecii za vremya zhizni Galaktiki. S drugoi storony, v etoi rabote byla uchtena evolyuciya neitronnyh zvezd do nastupleniya akkrecii, chto delaet dannoe issledovanie sushestvenno bolee polnym, chem bol'shinstvo ostal'nyh modelei vplot' do konca 90-h gg..
Popytka provedeniya global'nogo PS odinochnyh neitronnyh zvezd byla predprinyata v [120].
Eta "perepis'" neitronnyh zvezd byla provedena dlya opredeleniya dolei populyacii neitronnyh zvezd, nahodyashihsya na kazhdoi iz chetyreh osnovnyh evolyucionnyh stadii:
ezhektora, propellera, akkretora i georotatora (opisanie dannyh stadii sm. v [8]). C sovremennoi tochki zreniya eto issledovanie imeet neskol'ko nedostatkov. Avtory ispol'zovali ochen' prostye raspredeleniya po nachal'nym periodam i magnitnym polyam, a takzhe odnomodovoe raspredelenie po skorostyam.
Dlya stadii propellera i georotatora ispol'zovalis' uproshennye opisaniya, a evolyuciya ugla naklona rotatora prosto ne uchityvalas'. Nesmotrya na eto, po nashemu mneniyu, osnovnye svoistva real'nogo raspredeleniya neitronnyh zvezd v nei opisany korrektno. Dlya standartnogo raspredeleniya magnitnyh polei bez zatuhaniya neitronnye zvezdy bol'shuyu chast' svoei zhizni provodyat kak ezhektory (ili kak georotatory dlya vysokih skorostei). Pri nalichii zatuhaniya polya naibolee mnogochislennymi mogut stat' neitronnye zvezdy na stadii propellera.
V rabote [120] pokazano, chto pri razumnom raspredelenii skorostei bolee 90% odinochnyh neitronnyh zvezd nikogda ne uhodyat so stadii ezhekcii, A doli propellerov i georotatorov maly. Odnako my uzhe otmechali, chto v etoi rabote stadiya georotatora byla opisana slishkom uproshennym sposobom. Pri pravil'nom opisanii bol'shaya chast' vysokoskorostnyh ezhektorov na samom dele okazalis' by georotatorami. Ne prinimalas' vo vnimanie takzhe stadiya dozvukovogo propellera (sm. [121] i ssylki tam).
Bolee detal'noe issledovanie svoistv akkreciruyushih odinochnyh neitronnyh zvezd provedeno v rabote [122]. Avtory postroili 
-
raspredelenie dlya akkretorov. V nei pokazano, chto na nizkih potokah (nizhe
-
erg s) akkretory stanovyatsya bolee mnogochislennymi, chem molodye ostyvayushie neitronnye zvezdy (etot tip istochnikov bolee podrobno opisan v sleduyushem razdele). V etoi zhe rabote byli polucheny raspredeleniya odinochnyh akkretorov po skorostyam, temperaturam i tempam akkrecii.
V zaklyuchenie my eshe raz hotim otmetit', chto PS staryh odinochnyh neitronnyh zvezd proshel dolgii put'. Mnogie elementy ih evolyucionnogo scenariya byli sushestvenno uluchsheny. I tem ne menee mnogie detali magnito-rotacionnoi evolyucii neitronnyh zvezd ostayutsya neyasnymi (evolyuciya ugla , svoistva stadii propellera, temp i effektivnost' akkrecii i t.d.). Sledovatel'no v budushem neizbezhno poyavyatsya eshe bolee podrobnye issledovaniya etih ob'ektov metodom PS.
5.3. Blizkie molodye neitronnye zvezdy
Drugoe napravlenie issledovaniya populyacii neitronnyh zvezd - izuchenie blizkih ostyvayushih molodyh neitronnyh zvezd. Segodnya, blagodarya sputniku ROSAT, my znaem bolee desyati goryachih neitronnyh zvezd razlichnoi prirody v solnechnoi okrestnosti (sm. ih spisok v [123]). Sredi nih prisutstvuyut chetyre normal'nyh radiopul'sara, Geminga i eshe odin pohozhii na nee istochnik i sem' radiotihih neitronnyh zvezd (tak nazyvaemaya "velikolepnaya semerka"). Konechno, etot spisok nepolon - v okrestnosti Solnca dolzhno byt' bol'she odinochnyh neitronnyh zvezd. Odnako v ploskosti Galaktiki otozhdestvit' podobnye istochniki ochen' tyazhelo. Dannyi spisok istochnikov mozhno schitat' odnorodnym, poskol'ku vse oni byli zaregistrirovany na odnom instrumente, i pri etom sushestvuyut ogranicheniya na maksimal'noe rasstoyanie, na kotorom mozhno uvidet' takie ob'ekty (za schet sil'nogo poglosheniya myagkogo rentgenovskogo izlucheniya mezhzvezdnoi sredoi). Eto ochen' poleznye pri provedenii PS svoistva, poskol'ku dannye istochniki budut odinakovo podverzheny effektam selekcii, svyazannym neposredstvenno s processom ih detektirovaniya.
Cel' podobnogo issledovaniya mozhet byt' dvoyakoi: ponyat' prirodu nablyudaemoi gruppy istochnikov i proverit', mozhno li ob'yasnit' ih nablyudaemye svoistva s pomosh'yu teoreticheskih krivyh ohlazhdeniya. Pervyi vopros issledovalsya v [123,124], poslednii - v [126].
Dlya PS dannoi gruppy istochnikov neobhodimo zadat' sleduyushie sootnosheniya:
- nachal'noe prostranstvennoe raspredelenie neitronnyh zvezd (ili porodivshih ih massivnyh zvezd);
- raspredelenie prostranstvennyh skorostei;
- spektr mass neitronnyh zvezd;
- krivye ohlazhdeniya;
- izluchaemye spektry neitronnyh zvezd;
- svoistva mezhzvezdnoi sredy (dlya ucheta poglosheniya).
Nekotorye iz etih sootnoshenii izvestny dostatochno horosho, poskol'ku oni issledovalis' nezavisimo v svyazi s drugimi problemami (naprimer, raspredelenie prostranstvennyh skorostei ili struktura lokal'noi mezhzvezdnoi sredy), ostal'nye - gorazdo huzhe.
V [123] bylo pokazano, chto lokal'naya populyaciya goryachih neitronnyh zvezd, ot kotoryh zafiksirovano teplovoe izluchenie, geneticheski svyazana s poyasom Gulda. Eto lokal'naya struktura, vydelyayushayasya povyshennym chislom massivnyh zvezd (i, sootvetstvenno, molodyh kompaktnyh ob'ektov) v Solnechnoi okrestnosti (sm., naprimer, [125]).
V [126] predlozheno ispol'zovat' raspredelenie - kak dopolnitel'nyi nezavisimyi test teplovoi evolyucii neitronnyh zvezd. Deistvitel'no, esli schitat', chto vse sootnosheniya ispol'zuemye pri PS, krome krivyh ohlazhdeniya, horosho izvestny, to rezul'taty PS mozhno ispol'zovat' dlya proverki ostavshegosya sootnosheniya.
Segodnya ispol'zuetsya tol'ko odin sposob sravneniya teoreticheskogo opisaniya teplovoi evolyucii neitronnyh zvezd s nablyudeniyami: tak nazyvaemaya 
-
diagramma (temperatura-vozrast). Etot, samyi estestvennyi test, imeet ryad nedostatkov:
- sushestvuyut neopredelennosti v temperaturah i vozrastah individual'nyh istochnikov, t.k. oba parametra ne nablyudayutsya neposredstvenno;
- test imeet maluyu chuvstvitel'nost' dlya ob'ektov s vozrastami vyshe sta tysyach let;
- test ispol'zuet neodnorodnyi nabor istochnikov (neitronnye zvezdy razlichnyh tipov).
Sootnoshenie - udachno dopolnyaet - test.
- Ispol'zuyutsya tol'ko neposredstvenno nablyudaemye velichiny (t.e. men'she neopredelennost' dannyh);
- Dlya dannogo testa nablyudaemyi nabor istochnikov yavlyaetsya odnorodnym (vse ob'ekty vhodyat v sinteziruemuyu populyaciyu neitronnyh zvezd);
- Test naibolee chuvstvitelen kak raz k zvezdam s vozrastami bol'shimi neskol'kih soten tysyach let .
S drugoi storony on obladaet i sobstvennymi nedostatkami (podrobnee sm. [126]).
Predvaritel'nye rezul'taty pokazyvayut, chto - horosho dopolnyaet standartnyi - test (t.e. dannye testy nado ispol'zovat' sovmestno, ispol'zovanie tol'ko - testa gorazdo menee informativno). Eto horoshii primer togo, kak astrofizicheskii PS mozhet byt' ispol'zovan dlya issledovaniya svoistv veshestva v ekstremal'nyh usloviyah.
5.4. Nereshennye problemy
K sozhaleniyu, mnogie sostavnye chasti opisannyh vyshe modelei PS izvestny ne slishkom horosho.
Po nashemu mneniyu osnovnye trudnosti PS radiopul'sarov svyazany s tem, chto my nedostatochno ponimaem mehanizmy izlucheniya energii u etih ob'ektov v raznyh diapazonah. Iz-za etogo ochen' trudno vydelit' v modelyah kriticheskie parametry i poluchit' rezul'taty, prigodnye dlya pryamogo sravneniya s nablyudeniyami. Mnogie avtory poluchali sovershenno raznye rezul'taty pri odinakovyh parametrah svoih modelei, no pri raznom opisanii mehanizmov izlucheniya. Kak pravilo, takimi parametrami byli nachal'nye periody i raspredelenie po magnitnym polyam, kotorye izvestny ne slishkom horosho. Evolyuciya (zatuhanie) magnitnyh polei i ugla mezhdu magnitnoi os'yu i os'yu vrasheniya takzhe izvestny ploho.
PS staryh neitronnyh zvezd bol'she vsego stradaet ot otsutstviya nablyudatel'nyh dannyh. Segodnya dostoverno ne izvestna ni odna staraya odinochnaya neitronnaya zvezda ne yavlyayushayasya millisekundnym radiopul'sarom. Nadezhda naiti kakoi-libo sposob obnaruzheniya odinochnyh neitronnyh zvezd na stadii propellera ili georotatora ochen' mala. K teoreticheskim neopredelennostyam, opisannym v predydushih razdelah, neobhodimo dobavit' problemy s opisaniem stadii propellera. Takzhe ploho izvestna effektivnost' akkrecii na neitronnuyu zvezdy (po sravneniyu s formuloi Bondi, kotoruyu mozhno schitat' teoreticheskim verhnim predelom, sm. [127]).
Na raschety ostyvayushih molodyh neitronnyh zvezd vliyayut neopredelennosti v spektre mass etih ob'ektov, v krivyh bleska i v ih izluchatel'nyh svoistvah (spektrah i izluchatel'noi sposobnosti poverhnosti).
<< 4. Populyacionnyi sintez TDS | Oglavlenie | 6. Drugie primery populyacionnogo >>
