| << Specificheskie tipy zvezd | | Oglavlenie | | Chernye dyry >> |
NE'TRONNYE ZVEZDY
ISTORIYa otkrytiya i izucheniya neitronnyh zvezd ves'ma primechatel'na. Eti ob'ekty byli predskazany L.D.Landau i R.Oppengeimerom eshe v 1930-e gg., vskore posle otkrytiya neitrona [Hoking, 2000]. V.Baade i F.Cviki v 1934 g. predpolozhili, chto oni mogut obrazovyvat'sya pri vzryvah sverhnovyh. Odnako, skorogo otkrytiya neitronnyh zvezd nikto ne ozhidal iz-za ih malogo razmera i nizkoi svetimosti. Tem ne menee, uzhe cherez tri desyatiletiya oni byli naideny, prichem sluchaino. V 1967 g. kembridzhskaya aspirantka Dzhoslin Bell nashla ob'ekty, izluchayushie regulyarnye impul'sy radiovoln. Snachala Bell i ego rukovoditel' Entoni H'yuish reshili, chto ulovili signaly vnezemnoi civilizacii, i ob'ekty byli nazvany LGM 1-4, gde LGM - "Little Green Men", t.e. "zelenye chelovechki". Vskore, odnako, stalo yasno, chto eto vrashayushiesya neitronnye zvezdy, kotorye izluchayut impul'sy radiovoln iz-za slozhnogo haraktera vzaimodeistviya ih magnitnogo polya s okruzhayushim veshestvom [Hoking, 2000]. Primerno v eto zhe vremya neitronnye zvezdy byli otkryty v drugoi svoei ipostasi - kak istochniki pul'siruyushego rentgenovskogo izlucheniya [Prohorov, Popov, 2003]. Eti ob'ekty stali nazyvat'sya pul'sarami. Cherez 15 let ih bylo izvestno 330 [Gonsales, 1986]. K nachalu 21 v. chislo otkrytyh radiopul'sarov prevysilo poltory tysyachi [Prohorov, Popov, 2003]. Eto naibolee izuchennaya kategoriya neitronnyh zvezd. So vremenem stali izvestny i drugie kategorii, a takzhe mnogie interesnye ih svoistva.
NE'TRONNYE ZVEZDY nahodyatsya v ravnovesii za schet ravenstva sil mezhdu gravitaciei (faktor szhatiya) i davleniem vyrozhdennogo gaza v nedrah (faktor rasshireniya). Ravnovesie ne mozhet byt' utracheno vsledstvie deistviya izvestnyh prichin. Poetomu vremya zhizni neitronnyh zvezd v nastoyashee vremya schitaetsya beskonechno bol'shim, hotya, konechno, ih mogut unichtozhit' kakie-nibud' vneshnie prichiny (naprimer, dobavlenie veshestva do kriticheskoi massy i prevrashenie v chernuyu dyru).
Ustoichivaya neitronnaya zvezda imeet massu 1-3 solnechnyh, radius okolo 10 km i plotnost' 100 000 000 g/kub.sm [Gonsales, 1986]. Ona sostoit iz neskol'kih sloev: 1) atmosfera iz elektronov (neskol'ko santimetrov); 2) kristallicheskaya kora iz atomov zheleza (neskol'ko kilometrov); 3) promezhutochnaya oblast' iz neitronov; 4) central'noe yadro iz tyazhelyh elementarnyh chastic. Est' takzhe magnitosfera, sposobnaya uskoryat' chasticy,
Po razmeram neitronnye zvezdy dolzhny byt' v sotni raz men'she, chem belye karliki. Temperatura poverhnosti neitronnoi zvezdy mozhet dostigat' neskol'kih millionov gradusov, no iz-za maloi ploshadi izluchayushei poverhnosti v vidimom svete neitronnye zvezdy izluchayut ochen' slabo [Prohorov, Popov, 2003].
KLASSIFIKACIYa NE'TRONNYH ZVEZD uchityvaet takie parametry kak:
1) nalichie ili otsutstvie u neitronnoi zvezdy blizkogo sputnika v vide normal'noi malomassivnoi zvezdy, s kotoroi na neitronnuyu zvezdu mozhet peretekat' veshestvo (odinochnye neitronnye zvezdy i vhodyashie v sostav tesnoi dvoinoi sistemy);
2) nalichie ili otsutstvie moshnogo radioizlucheniya (radiopul'sary i radiotihie neitronnye zvezdy);
3) skorost' vrasheniya radiopul'sara (obyknovennye radiopul'sary i millisekundnye radiopul'sary);
4) prichina otsutstviya moshnogo radioizlucheniya, esli ono otsutstvuet (iznachal'no medlenno vrashayushiesya neitronnye zvezdy i potuhshie radiopul'sary);
5) vozrast radiopul'sara: molodye i starye radiopul'sary (starye pul'sary, v otlichie ot molodyh, mogut ochen' bystro vrashat'sya, no mogut i zamedlit'sya);
6) vozmozhnost' ili nevozmozhnost' registracii moshnogo radioizlucheniya radiopul'sara iz toi tochki Vselennoi, v kotoroi nahodimsya my (nablyudaemye i nenablyudaemye radiopul'sary; eti kategorii harakterizuyut ne svoistva neitronnoi zvezdy, a tol'ko nashe polozhenie otnositel'no osi vrasheniya dannoi zvezdy);
7) nalichie ili otsutstvie moshnogo i postoyanno pul'siruyushego rentgenovskogo izlucheniya (rentgenovskie pul'sary i prochie neitronnye zvezdy; etot parametr svyazan s pervym);
8) nalichie ili otsutstvie redkih, no neobychaino moshnyh rentgenovskih vspyshek (anomal'nye rentgenovskie pul'sary, ili magnitary, kotorye protivopostavlyayutsya obychnym rentgenovskim pul'saram i prochim neitronnym zvezdam);
S uchetom etih parametrov mozhno bylo by postroit' slozhnuyu sistemu klassifikacionnyh sopodchinenii, no, navernoe, proshe rassmotret' osnovnye gruppy neitronnyh zvezd, delaya upor na fizicheskii smysl razlichii mezhdu nimi. Chto zhe kasaetsya vseh vozmozhnyh sochetanii parametrov, to nositeli ne vseh takih sochetanii nablyudalis' k nastoyashemu vremeni, i chitatel' sam smozhet domyslit', kakimi svoistvami oni, navernoe, obladayut.
RADIOPUL'SARY - eto neitronnye zvezdy, s pochti ideal'noi periodichnost'yu ispuskayushie impul'sy v radiodiapazone. Izluchenie osushestvlyaetsya v vide dvuh sravnitel'no uzkih luchei so storony magnitnyh polyusov, i my mozhem zafiksirovat' eto izluchenie tol'ko v tom sluchae, esli nahodimsya na puti odnogo iz etih luchei. Pul'saciya izlucheniya proishodit iz-za chastichnogo nesovpadeniya magnitnogo i vrashatel'nogo polyusov. Chtoby izluchat', zvezda dolzhna imet' moshnoe magnitnoe pole i bystro vrashat'sya. Sredi radiopul'sarov razlichayutsya obychnye i millisekundnye radiopul'sary.
OBYChNYE RADIOPUL'SARY harakterizuyutsya otnositel'no bol'shim periodom vrasheniya, i naibolee izvestnym iz takih ob'ektov yavlyaetsya pul'sar Krabovidnoi tumannosti. Eto edinstvennyi izvestnyi v Nashei Galaktike pul'sar, svyazannyi s tumannost'yu. On voznik pri vzryve sverhnovoi v 1054 g. i v nastoyashee vremya imeet period vrasheniya v 33 millisekundy, t.e. ego chastota sostavlyaet 30 oborotov v sekundu, chto ochen' tipichno [Gonsales, 1986]. Sootvetstvuyushaya sverhnovaya zvezda byla opisana kitaicami. Upominaetsya ona takzhe v yaponskih i evropeiskih hronikah [Kulikovskii, 2002]. Pri ee vzryve voznikla voloknistaya tumannost', skorost' rasshireniya kotoroi horosho soglasuetsya s vremenem vzryva sverhnovoi.
Pul'saciya harakterizuetsya bol'shim postoyanstvom, hotya iz-za traty energii na izluchenie vrashenie pul'sara ravnomerno zamedlyaetsya [Chasy-pul'sar, 1985; Gonsales, 1986]. Tak, naprimer, pul'sar Krabovidnoi tumannosti ezhegodno uvelichivaet period pul'sacii na 13,5 mikrosekundy [Gonsales, 1986]. Za kazhdye 100 let period obrasheniya uvelichivaetsya na 1,3 ms i iznachal'no sostavlyal 20 ms [Kuveliotu i dr., 2003]. No inogda vrashenie pul'sarov rezko uskoryaetsya: iz-za postepennogo zamedleniya umen'shaetsya splyusnutost', a eto privodit k zvezdotryaseniyu, i togda zvezda chut'-chut' szhimaetsya i nachinaet vrashat'sya bystree [Gonsales, 1986].
Pri izuchenii pul'sarov (i radiopul'sarov, i rentgenovskih pul'sarov) registriruetsya takzhe kazhushayasya neravnomernost', obuslovlennaya temi ili inymi processami v mezhzvezdnoi i mezhplanetnoi srede, a takzhe neravnomernost'yu dvizheniya Zemli po orbite, t.e. po pul'saru mozhno proveryat' zemnye chasy, krome atomnyh - eshe bolee tochnyh [Chasy-pul'sar, 1985].
Pul'sary obychno okruzheny tumannostyami vrode Krabovidnoi, no mogut byt' i ne vidny vnutri takih tumannostei: ne davat' izlucheniya v nashem napravlenii, uiti pri vzryve iz tumannosti, slishkom bystro vrashat'sya.
V bol'shinstve svoem radiopul'sarami yavlyayutsya odinochnye neitronnye zvezdy, hotya primerno 1% ih mozhet vhodit' v sostav dvoinyh sistem. Krome togo, otdel'nye pul'sary mogut obladat' sputnikami inogo roda. V 1991 g. u odnogo iz pul'sarov (PSR B1257+12 - sm. nizhe) byla otkryta sistema iz dvuh-treh ekzoplanet, prichem rech' idet o planetah men'she Yupitera! Periody ih obrasheniya - 67 sutok, 98 sutok i 1 god (esli tret'ya planeta deistvitel'no est'). Pervye dve planety po udalennosti ot zvezdy chut' pohozhi na Merkurii, tret'ya - na Zemlyu. 67/98=2/3, t.e. pervye dve planety nahodyatsya v rezonanse, kak Neptun i Pluton. Massa pervoi planety - 3,4 zemnoi, vtoroi - 2,8 zemnoi. Orbity pochti krugovye. Rezonans dolzhen privesti k izmeneniyu ekscentrisiteta v blizhaishem budushem, chto mozhno budet nablyudat' [Planetnaya sistema pul'sara, 1992; Surdin, 1999a]. Etot primer pokazyvaet, kak legko izuchayutsya pul'sary iz-za togo, chto periodicheski posylayut k Zemle radiovolny. Vprochem v svoei zametke 2004 g. V.G.Surdin privodit neskol'ko inye dannye o toi zhe planetnoi sisteme: periody - 25, 67 i 98 sutok, massy - 0,2, 4,3 i 3,6 zemnyh. Govoritsya, chto bylo soobshenie o chetvertoi planete s massoi Saturna i periodom okolo 170 let. Znachit, soobshenie ob odnoi iz planet (spornoi) ne podtverdilos', zato byli otkryty eshe 1-2 planety i utochneny dannye o masse pervyh dvuh planet. Pul'sar dolzhen byl poteryat' planety pri vzryve sverhnovoi. Znachit, planety voznikli posle vzryva. Predpolagaetsya uchastie v etom processe drugoi zvezdy. U ogromnogo mnozhestva drugih pul'sarov nichego podobnogo naiti ne udalos', t.e. eto netipichnyi sluchai. Pravda, u PSR 1620-26 naidena planeta-gigant massivnee Yupitera.
DVO'NYE RADIOPUL'SARY - eto takie zhe radiopul'sary, no vhodyashie v sostav dvoinoi sistemy. K nachalu 21 v. byli izvestny tol'ko dva takih ob'ekta. Oni interesny tem, chto dayut vozmozhnost' podrobno ih izuchat': izmeryat' massu neitronnyh zvezd, nablyudat' ih precessiyu, proveryat' tonkie effekty, predskazannye obshei teoriei otnositel'nosti (naprimer, izluchenie gravitacionnyh voln). Nablyudeniya za pervoi dvoinoi sistemoi pul'sarov (PSR B1913+16) provedeny v 1974 g. Togda bylo otkryto sokrashenie orbity etoi pary, svyazannoe s izlucheniem gravitacionnyh voln, chto podtverdilo teoriyu otnositel'nosti Einshteina. Avtory etoi raboty, R.A.Hals i Dzh.H.Teilor, byli v 1993 g. udostoeny nobelevskoi premii po fizike. Vtoraya takaya para - PSR J0737-3039A. Chleny ee ezhesutochno sblizhayutsya na 7 mm i cherez 85 millionov let dolzhny stolknut'sya [Dvoinoi radiopul'sar, 2005].
Skorost' vrasheniya pul'sarov svyazana s ih vozrastom, chto pozvolyaet govorit' o molodyh i staryh pul'sarah.
MOLODYE PUL'SARY, kak schitaetsya, ne mogut vrashat'sya svyshe 60 oborotov v sekundu, hotya naiden ob'ekt s 62 oborotami, prichem ochen' molodoi (4000 let) i k tomu zhe iznachal'no delavshii 150 oborotov [Rekordnoe vrashenie pul'sara, 1998]. I vse-taki rekordsmenami v etom otnoshenii yavlyayutsya predstaviteli drugoi kategorii neitronnyh zvezd.
MILLISEKUNDNYE PUL'SARY - eto, kak sleduet iz nazvaniya, ob'ekty s osobenno bol'shoi skorost'yu vrasheniya. Ih protivopostavlyayut obychnym pul'saram. Oni vsegda yavlyayutsya chlenami tesnyh dvoinyh sistem, i uspeli raskrutit'sya do bol'shih skorostei za schet gaza, utekayushego so sputnika i padayushego po spirali [Rekordnoe vrashenie pul'sara, 1998]. Tak, naprimer, izvesten pul'sar so skorost'yu vrasheniya 667 oborotov v sekundu [Gonsales, 1986]. V literature upominaetsya takzhe otkrytyi v 1982 g. pul'sar PSR 1937+21 s chastotoi 642 oborota v sekundu [Chasy-pul'sar, 1985]. Drugie millisekundnye pul'sary (a vsego ih k nachalu 21 v. bylo izvestno poryadka 50) harakterizuyutsya chut' men'shei skorost'yu vrasheniya [Prohorov, Popov, 2003]. Magnitnoe pole millisekundnyh pul'sarov znachitel'no slabee, chem u drugih pul'sarov, poetomu energiyu vrasheniya oni teryayut medlenno, i vremya ih vozmozhnoi zhizni sopostavimo s vozrastom Nablyudaemoi Vselennoi. Eto v svoyu ochered' oznachaet, chto millisekundnye pul'sary voznikayut ochen' redko. Oni harakternei dlya sharovyh skoplenii, gde obychnaya neitronnaya zvezda mozhet zahvatit' "sosedku" [Prohorov, Popov, 2003].
Millisekundnye pul'sary yavlyayutsya STARYMI PUL'SARAMI, hotya ne vse starye pul'sary vrashayutsya bystro. Odinochnye starye pul'sary, dvoinye pul'sary, a takzhe chleny lyubyh shirokih dvoinyh sistem ne mogut raskruchivat'sya, i vrashenie ih so vremenem tol'ko zamedlyaetsya. Chto zhe kasaetsya chlenov tesnyh dvoinyh sistem, to oni obladayut mnogimi interesnymi osobennostyami i v tom chisle chasto yavlyayutsya rentgenovskimi pul'sarami.
RENTGENOVSKIE PUL'SARY - eto chleny tesnyh dvoinyh sistem, v kotoryh vtoroi kompan'on yavlyaetsya normal'noi zvezdoi. S etoi normal'noi zvezdy na neitronnuyu zvezdu postoyanno peretekaet veshestvo, kotoroe razgonyaetsya v moshnom gravitacionnom pole i posle udara o poverhnost' neitronnoi zvezdy svetitsya v rentgenovskom diapazone. Veshestvo padaet po spirali i, krome togo, iz-za moshnogo magnitnogo polya neitronnoi zvezdy vypadaet na poverhnost' tol'ko vblizi magnitnyh polyusov [Prohorov, Popov, 2003]. t.k. takoe vypadenie vryad li yavlyaetsya ravnomernym i, krome togo, mozhet proishodit' ne tochno u polyusa vrasheniya (naprimer, pri ego nesovpadenii s magnitnym polyusom) [Yu.N.], to vrashenie zvezdy privodit k nablyudaemym pul'saciyam rentgenovskogo izlucheniya [Prohorov, Popov, 2003].
RADIOTIHIE NE'TRONNYE ZVEZDY - eto protivopolozhnost' radiopul'saram. Pul'siruyushego izlucheniya mozhet ne byt' iz-za iznachal'no medlennogo vrasheniya zvezdy (odinochnoi ili v shirokoi sisteme), tak kak v etom sluchae ne vozniknet moshnogo magnitnogo polya. Po toi zhe prichine pul'sacii mozhet ne byt' u STAROGO PUL'SARA, uspevshego v znachitel'noi stepeni "zatormozit'". Takie byvshie pul'sary nazyvayutsya POTUHShIMI, i ih dolzhno byt' primerno v tysyachu raz bol'she, chem "rabotayushih" [Prohorov, Popov, 2003].
Odinochnye neitronnye zvezdy, esli oni ne otnosyatsya k kategorii pul'sarov (sm. nizhe), zametit' dovol'no trudno. No na rubezhe tysyacheletii odnu takuyu zvezdu udalos' nablyudat'. Ona bystro dvigalas', pogloshaya po puti mezhzvezdnyi gaz, v rezul'tate chego chut'-chut' svetilas' v rentgenovskom diapazone [Odinochnaya neitronnaya zvezda..., 2001]. Krome togo, v nekotoryh ostatkah sverhnovyh rentgenovskaya apparatura vidit tochechnye istochniki izlucheniya. Veroyatno, eto molodye i goryachie neitronnye zvezdy, ne stavshie radiopul'sarami [Prohorov, Popov, 2003].
My ne nablyudaem pul'saciyu v radiodiapazone i v tom sluchae, kogda ne popadaem v luch pul'sara. Radiopul'sarov, izluchayushih "mimo nas", dolzhno byt' v 2-3 raza bol'she, chem "popadayushih", no k nachalu 21 v. ih bylo izvestno tol'ko dva. Pervyi iz nih - Geminga - neobychnyi gamma-istochnik v sozvezdii Lebedya. Vtoroi ob'ekt ochen' pohozh na pervyi, no otkryt pozdnee. Oba ob'ekta obladayut slabym pul'siruyushim izlucheniem v rentgenovskom i gamma-diapazonah, chto, navernoe, svyazano s tem, chto v etih diapazonah luch pul'sara shire, chem v radiodiapazone.
My ne do konca ponimaem processy, proishodyashie v neitronnyh zvezdah. Tak, naprimer, odna iz takih zvezd (X-1 v Skorpione) v iyune 1999 g. ispustila moshnye strui raskalennyh gazov, prichem strui ne byli odnorodnymi, a sostoyali iz sgustkov, razletavshihsya so skorost'yu okolo 95% ot skorosti sveta. Vybrosu predshestvoval vsplesk rentgenovskogo izlucheniya. Cherez neskol'ko chasov sgustki popali v skopleniya uzhe ostyvshego veshestva, vybroshennogo predydushimi vzryvami ["Fontaniruet" neitronnaya zvezda, 2002]. Osobaya i ne do konca izuchennaya kategoriya neitronnyh zvezd - eto magnitary (inogda eto slovo pishut cherez "e" - magnetary). Sm. nizhe takzhe opisanie mikrokvazarov.
MAGNITARY - eto neitronnye zvezdy s magnitnym polem bolee moshnym, chem lyuboi izvestnyi nauke ob'ekt vo Vselennoi. Ih magnitnoe pole mozhet byt' v 1.000.000.000.000.000 raz moshnee zemnogo [Magnetar vzorvalsya, 1999]. Magnitary otlichayutsya ot obychnyh pul'sarov bolee dlinnym periodom vrasheniya (naprimer, 8 s), ispuskaniem bolee moshnogo rentgenovskogo izlucheniya, otsutstviem radioizlucheniya (hotya po teorii dolzhny izluchat'!), smeshennost'yu ot centra roditel'skoi sverhnovoi zvezdy (inogda) i, konechno, redkimi, no ochen' moshnymi vspyshkami gamma-izlucheniya. Veroyatno, v moment obrazovaniya magnitary ochen' bystro vrashalis' vokrug osi, v rezul'tate chego vozniklo moshnoe samousilivayusheesya magnitnoe pole, kotoroe k nastoyashemu vremeni pritormozilo neitronnuyu zvezdu [Kuveliotu i dr., 2003]. Vremenami magnitnoe pole proryvaet tonkuyu tverduyu zheleznuyu koru zvezdy, i togda vo vremya zvezdotryaseniya vydelyaetsya mnogo energii. My mozhem zaregistrirovat' etot moment, dazhe esli ne znaem dannuyu zvezdu kak pul'sar (esli ne popadaem v ego luch). Zadnim chislom vyyasnilos', chto pervyi zafiksirovannyi vsplesk gamma-izlucheniya, kotoryi obuslovlen aktivnost'yu magnitara, proizoshel 5 marta 1979 g. On byl zaregistrirovan mnogimi zemnymi i kosmicheskimi apparatami, okazalsya v 100 raz moshnee vseh izvestnyh ranee vspleskov, dlilsya 0,2 s, posle chego posledoval potok myagkogo rentgenovskogo i gamma-izlucheniya, pul'sirovavshego s periodom 8 s i zatuhshego cherez 3 minuty. Tryaslas' zvezda v Bol'shom Magellanovom oblake [Kuveliotu i dr., 2003]. Sushestvovanie magnitarov bylo predskazano v 1992 g., a v 1998 g. pervyi ob'ekt podobnogo roda byl otkryt [Magnetar vzorvalsya, 1999], po drugim dannym, eto 4-i otkrytyi magnitar [Kuveliotu i dr., 2003]. 27 avgusta 1998 g. proizoshel vsplesk gamma- i rentgenovskogo izlucheniya, kotoryi "zashkalil" pribory neskol'kih iskusstvennyh sputnikov Zemli. Vsplesk byl zaregistrirovan takzhe stanciei "Near", nahodivsheisya vblizi orbity Marsa, i stanciei "Ulysses", sblizhavsheisya togda s orbitoi Yupitera. Eto, kak polagayut nekotorye avtory, tryaslas' neitronnaya zvezda SGR 1900+14 v sozvezdii Orla v 20 tysyachah svetovyh let ot nas [Magnetar vzorvalsya, 1999]. Za 5 minut zvezda izluchila stol'ko energii, skol'ko Solnce izluchaet za 300 let [Zvezdotryasenie magnetara, 1998]. I vse-taki prihoditsya napomnit', chto prichina ne vseh gamma-vspleskov vyyasnena. V poslednee vremya ih vrode by ob'yasnyayut vzaimodeistviem udarnoi volny sverhnovoi s veshestvom rasshiryayusheisya zvezdnoi obolochki (sm. razdely o gamma-vspleskah i kollapse s obrazovaniem chernoi dyry).
| << Specificheskie tipy zvezd | | Oglavlenie | | Chernye dyry >> |
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdy - zvezdoobrazovanie
Publikacii so slovami: zvezdy - zvezdoobrazovanie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
