Нейтронні зірки, які часто називають "мертвими", є найдивовижнішими об'єктами. Їх вивчення в останні десятиліття перетворилося на одну з найцікавіших і найбагатших відкриттями областей астрофізики. Інтерес до нейтронних зірок обумовлений не тільки загадковістю їхньої будови, а й колосальною щільністю, і найсильнішими магнітними та гравітаційними полями. Матерія там знаходиться в особливому стані, що нагадує величезне атомне ядро, і ці умови неможливо відтворити у земних лабораторіях.
Народження на кінчику пера
Відкриття в 1932 році нової елементарної частинки нейтрону змусило астрофізиків задуматися над тим, яку роль він може грати в еволюції зірок. Через два роки було висловлено припущення про те, що вибухи наднових зірок пов'язані з перетворенням звичайних зірок на нейтронні. Потім були виконані розрахунки структури та параметрів останніх, і стало ясно, що якщо невеликі зірки (типу нашого Сонця) наприкінці своєї еволюції перетворюються на білих карликів, то важчі стають нейтронними. У серпні 1967 року радіоастрономи при вивченні мерехтінь космічних радіоджерел виявили дивні сигнали - фіксувалися дуже короткі, тривалістю близько 50 мілісекунд, імпульси радіовипромінювання, що повторювалися через певний інтервал часу (порядку однієї секунди). Це було зовсім не схоже на звичайну хаотичну картину випадкових нерегулярних коливань радіовипромінювання. Після ретельної перевірки всієї апаратури прийшла впевненість, що імпульси мають позаземне походження. Астрономів важко здивувати об'єктами, що випромінюють із змінною інтенсивністю, але в даному випадкуперіод був настільки малий, а сигнали настільки регулярні, що вчені всерйоз припустили, що вони можуть бути вісточками від позаземних цивілізацій.
А тому перший пульсар отримав назву LGM-1 (від англійської Little Green Men «Маленькі Зелені Людини»), хоча спроби знайти якийсь сенс у імпульсах закінчилися безрезультатно. Незабаром були виявлені ще 3 пульсуючі радіоджерела. Їхній період знову виявився набагато меншим за характерні часи коливання та обертання всіх відомих астрономічних об'єктів. Через імпульсний характер випромінювання нові об'єкти стали називати пульсарами. Це відкриття буквально сколихнуло астрономію, і з багатьох радіообсерваторій почали надходити повідомлення про виявлення пульсарів. Після відкриття пульсара в Крабовидної Туманності, що виникла через вибух наднової в 1054 році (ця зірка була видна вдень, про що згадують у своїх літописах китайці, араби і північноамериканці), стало ясно, що пульсари якимось чином пов'язані зі спалахами наднових зірок .
Швидше за все, сигнали йшли від об'єкта, що залишився після вибуху. Минуло чимало часу, перш ніж астрофізики зрозуміли, що пульсари це і є швидко обертаються нейтронні зірки, які вони так довго шукали.
Крабоподібна туманність
Спалах цієї наднової зірки (фото вгорі), що сяяла на земному небосхилі яскравіше Венериі видимою навіть вдень, сталася в 1054 по земному годиннику. Майже 1 000 років - це дуже маленький термін за космічними мірками, і тим не менш за цей час із залишків зірки, що вибухнула, встигла утворитися найкрасивіша Крабовидна туманність. Дане зображенняє композицією двох картинок: одна з них отримана космічним оптичним телескопом "Хаббл" (відтінки червоного), інша - рентгенівським телескопом "Чандра" (блакитний). Добре видно, що високоенергійні електрони, що випромінюють у рентгенівському діапазоні, дуже швидко втрачають свою енергію, тому блакитні кольори переважають лише в центральній частині туманності.
Поєднання двох зображень допомагає більш точно зрозуміти механізм роботи цього дивовижного космічного генератора, що випромінює електромагнітні коливаннянайширшого частотного діапазону від гамма-квантів до радіохвиль. Хоча більшість нейтронних зірок було виявлено по радіовипромінюванню, все ж таки основну кількість енергії вони випускають у гамма-і рентгенівському діапазонах. Нейтронні зірки народжуються дуже гарячими, але досить швидко охолоджуються, і вже у тисячолітньому віці мають температуру поверхні близько 1 000 000 К. Тому лише молоді нейтронні зірки сяють у рентгенівському діапазоні за рахунок суто теплового випромінювання.
Фізика пульсара
Пульсар - це величезний намагнічений дзига, що крутиться навколо осі, що не збігається з віссю магніту. Якби на нього нічого не падало і він нічого не випускав, його радіовипромінювання мало б частоту обертання і ми ніколи б його не почули на Землі. Але справа в тому, що цей дзига має колосальну масу і високу температуруповерхні, та й магнітне поле, що обертається, створює величезне за напруженістю електричне поле, здатне розганяти протони і електрони майже до світлових швидкостей. Причому всі ці заряджені частинки, що носяться навколо пульсара, затиснуті у пастці з його колосального магнітного поля. І лише в межах невеликого тілесного кута біля магнітної осі вони можуть вирватися на волю (нейтронні зірки мають найсильніші магнітні поля у Всесвіті, що досягають 10 10 10 14 гаусс, для порівняння: земне поле становить 1 гаус, сонячне 0 0 . Саме ці потоки заряджених частинок і є джерелом того радіовипромінювання, яким і були відкриті пульсари, що опинилися надалі нейтронними зірками. Оскільки магнітна вісь нейтронної зірки необов'язково збігається з віссю її обертання, то при обертанні зірки потік радіохвиль поширюється в космосі подібно до променя проблискового маяка лише на мить прорізаючи навколишню імлу.
Рентгенівські зображення пульсара Крабовидної туманності в активному (ліворуч) та звичайному (праворуч) станах
Найближчий сусід
Даний пульсар знаходиться на відстані всього 450 світлових років від Землі і є подвійною системою з нейтронної зірки. білого карликаіз періодом звернення 5,5 дня. М'яке рентгенівське випромінювання, яке приймає супутник ROSAT, випускають розжарені до двох мільйонів градусів полярні шапки PSR J0437-4715. У процесі свого швидкого обертання (період цього пульсара дорівнює 5,75 мілісекунд) він повертається до Землі то одним, то іншим магнітним полюсом, в результаті інтенсивність потоку гамма-квантів змінюється на 33%. Яскравий об'єкт поруч із маленьким пульсаром - це далека галактика, яка з якихось причин активно світиться в рентгенівській ділянці спектра.
Всесильна гравітація
Згідно сучасної теоріїеволюції масивні зірки закінчують своє життя колосальним вибухом, що перетворює більшу їх частину на газову туманність, що розширюється. У результаті від гіганта, що у багато разів перевищував розміри і масу наше Сонце, залишається щільний гарячий об'єкт розміром близько 20 км, з тонкою атмосферою (з водню і важчих іонів) і гравітаційним полем, що у 100 млрд. разів перевищує земне. Його і назвали нейтронною зіркою, вважаючи, що він складається головним чином із нейтронів. Речовина нейтронної зірки - найщільніша форма матерії (чайна ложка такого суперядра важить близько мільярда тонн). Дуже короткий період випромінюваних пульсарами сигналів був першим і найголовнішим аргументом на користь того, що це і є нейтронні зірки, що мають величезне магнітне поле і обертаються з шаленою швидкістю. Тільки щільні та компактні об'єкти (розміром всього кілька десятків кілометрів) з потужним гравітаційним полем можуть витримувати таку швидкість обертання, не розлітаючись на шматки через відцентрові сили інерції.
Нейтронна зірка складається з нейтронної рідини з домішкою протонів та електронів. «Ядерна рідина», що дуже нагадує речовину з атомних ядер, у 1014 разів щільніша за звичайну воду. Ця величезна відмінність цілком зрозуміла - адже атоми складаються в основному з порожнього простору, в якому навколо крихітного важкого ядра пурхають легкі електрони. Ядро містить майже всю масу, тому що протони і нейтрони в 2 000 разів важчі за електрони. Екстремальні сили, що виникають при формуванні нейтронної зірки, так стискають атоми, що електрони, вдавлені в ядра, поєднуються з протонами, утворюючи нейтрони. Таким чином народжується зірка, що майже повністю складається з нейтронів. Надщільна ядерна рідина, якщо її принести на Землю, вибухнула б, подібно ядерної бомбиАле в нейтронній зірці вона стійка завдяки величезному гравітаційному тиску. Однак у зовнішніх шарах нейтронної зірки (як, втім, і всіх зірок) тиск і температура падають, утворюючи тверду кірку завтовшки близько кілометра. Як вважають, складається вона переважно з ядер заліза.
Спалах
Колосальний рентгенівський спалах 5 березня 1979 року, виявляється, стався далеко за межами нашої Галактики, у Великій Магеллановій Хмарі - супутнику нашого Чумацького Шляху, що знаходиться на відстані 180 тис. світлових років від Землі. Спільна обробка гаммавсплеску 5 березня, зафіксованого сімома космічними кораблями, дозволила досить точно визначити положення даного об'єкта, і те, що він знаходиться саме в Магеллановому Хмарі, сьогодні практично не викликає сумнівів.
Подія, що трапилося на даній далекій зірці 180 тис. років тому, важко уявити, але спалахнула вона тоді, як цілих 10 наднових зірок, більш ніж 10 разів перевищивши світність всіх зірок нашої Галактики. Яскрава точкау верхній частині малюнка - це давно і добре відомий SGR-пульсар, а неправильний контур - найбільш ймовірне положення об'єкта, що спалахнув 5 березня 1979 року.
Походження нейтронної зірки
Спалах наднової зірки - це просто перехід частини гравітаційної енергії в теплову. Коли в старій зірці закінчується паливо і термоядерна реакція вже не може розігріти її надра до потрібної температури, відбувається ніби обвалення колапс газової хмари на його центр тяжіння. Енергія, що вивільняється при цьому, розкидає зовнішні шари зірки на всі боки, утворюючи туманність, що розширюється. Якщо зірка маленька, типу нашого Сонця, відбувається спалах і утворюється білий карлик. Якщо маса світила більш ніж у 10 разів перевищує Сонячну, то таке обвалення призводить до спалаху наднової зірки та утворюється звичайна нейтронна зірка. Якщо ж наднова спалахує на місці зовсім великої зірки, з масою 20?40 Сонячних, і утворюється нейтронна зірка з масою більшою за три Сонці, то процес гравітаційного стискунабуває незворотного характеру і утворюється чорна діра.
Внутрішня структура
Тверда кірка зовнішніх шарів нейтронної зірки складається з важких атомних ядер, упорядкованих у кубічні грати, з електронами, що вільно літають між ними, чим нагадує земні метали, але набагато щільніші.
Відкрите питання
Хоча нейтронні зірки інтенсивно вивчаються вже близько трьох десятиліть, їх внутрішня структурадостеменно невідома. Більше того, немає твердої впевненості й у тому, що вони справді складаються здебільшого з нейтронів. З просуванням углиб зірки тиск і щільність збільшуються і матерія може бути настільки стиснута, що вона розпадеться на кварки будівельні блокипротонів та нейтронів. Відповідно до сучасної квантової хромодинаміки кварки не можуть існувати у вільному стані, а поєднуються в нерозлучні «трійки» та «двійки». Але, можливо, біля кордону внутрішнього ядранейтронної зірки ситуація змінюється і кварки вириваються зі свого ув'язнення. Щоб глибше зрозуміти природу нейтронної зірки та екзотичної кваркової матерії, астрономам необхідно визначити співвідношення між масою зірки та її радіусом ( середня щільність). Досліджуючи нейтронні зірки з супутниками, можна досить точно виміряти їх масу, але визначити діаметр набагато важче. Нещодавно вчені, використовуючи можливості рентгенівського супутника «XMM-Ньютон», знайшли спосіб оцінки щільності нейтронних зірок, заснований на гравітаційному червоному зміщенні. Незвичайність нейтронних зірок полягає ще й у тому, що при зменшенні маси зірки її радіус зростає в результаті найменший розмірмають найпотужніші нейтронні зірки.
Чорна вдова
Вибух наднової зірки часто повідомляє новонародженому пульсару чималу швидкість. Така зірка, що летить, з пристойним власним магнітним полем сильно обурює іонізований газ, що заповнює міжзоряний простір. Утворюється своєрідна ударна хвиля, що біжить попереду зірки і розходиться широким конусом після неї. Поєднане оптичне (синьо-зелена частина) і рентгенівське (відтінки червоного) зображення показує, що тут ми маємо справу не просто з газовою хмарою, що світиться, а з величезним потоком елементарних частинок, що випускаються цим мілісекундним пульсаром. Лінійна швидкість Чорної Вдови дорівнює 1 млн. км/год, оборот навколо осі вона робить за 1,6 мс, років їй вже близько мільярда, і вона має зірка-компаньйон, що кружляє біля Вдови з періодом 9,2 години. Свою назву пульсар B1957+20 отримав через ту просту причину, що його потужне випромінюванняпросто спалює сусіда, змушуючи «кипіти» і випаровуватися газ, що його утворює. Червоний сигароподібний кокон позаду пульсара - це та частина простору, де електрони і протони, що випускаються нейтронною зіркою, випромінюють м'які гамма-кванти.
Результат комп'ютерного моделюваннядозволяє дуже наочно, у розрізі, уявити процеси, що відбуваються поблизу пульсара, що швидко летить. Промені, що розходяться від яскравої точки - це умовне зображення того потоку променистої енергії, а також потоку частинок і античасток, що походить від нейтронної зірки. Червоне обведення на межі чорного простору навколо нейтронної зірки і рудих клубів плазми, що світяться - це те місце, де потік релятивістських, що летять майже зі швидкістю світла, часток зустрічається з ущільненим ударною хвилею міжзоряним газом. Різко гальмуючи, частки випускають рентгенівське випромінювання і, втративши основну енергію, вже не так сильно розігрівають газ, що налітає.
Судоми гігантів
Пульсари вважаються однією із ранніх стадій життя нейтронної зірки. Завдяки їх вивченню вчені дізналися і про магнітні поля, і про швидкість обертання, і про подальшій долінейтронних зірок. Постійно спостерігаючи за поведінкою пульсара, можна точно встановити: скільки енергії він втрачає, наскільки сповільнюється, і навіть те, коли він припинить своє існування, сповільнившись настільки, що не зможе випромінювати потужні радіохвилі. Ці дослідження підтвердили багато теоретичних передбачень щодо нейтронних зірок.
Вже до 1968 року було виявлено пульсари з періодом обертання від 0,033 до 2 секунд. Періодичність імпульсів радіопульсара витримується з дивовижною точністю, і спочатку стабільність цих сигналів була вищою за земні атомного годинника. І все-таки в міру прогресу в галузі вимірювання часу для багатьох пульсарів вдалося зареєструвати регулярні зміни їх періодів. Звичайно, це виключно малі зміни, і лише за мільйони років очікується збільшення періоду вдвічі. Відношення поточної швидкості обертання до уповільнення обертання один із способів оцінки віку пульсара. Незважаючи на разючу стабільність радіосигналу, деякі пульсар іноді відчувають так звані «порушення». За дуже короткий інтервал часу (менше за 2 хвилини) швидкість обертання пульсара збільшується на суттєву величину, а потім через деякий час повертається до тієї величини, яка була до порушення. Вважають, що «порушення» можуть бути викликані перегрупуванням маси в межах нейтронної зірки. Але в будь-якому випадку точний механізмпоки що невідомий.
Так, пульсар Вела приблизно раз на 3 роки піддається великим «порушенням», і це робить його дуже цікавим об'єктомвивчення подібних явищ.
Магнетари
Деякі нейтронні зірки, названі джерелами повторюваних сплесків м'якого гамма-випромінювання SGR, випускають потужні сплески «м'яких» гамма-променів через нерегулярні інтервали. Кількість енергії, що викидається SGR при звичайному спалаху, що триває кілька десятих секунд, Сонце може випромінювати тільки за цілий рік. Чотири відомі SGR знаходяться в межах нашої Галактики і тільки один поза нею. Ці неймовірні вибухи енергії можуть бути викликані зіркотрусами потужними версіями землетрусів, коли розривається тверда поверхня нейтронних зірок і з їх надр вириваються потужні потоки протонів, які, ув'язуючи в магнітному полі, випускають гамма-і рентгенівське випромінювання. Нейтронні зірки були ідентифіковані як джерела потужних гамма-сплесків після величезного гаммаспалаху 5 березня 1979 року, коли було викинуто стільки енергії протягом першої секунди, скільки Сонце випромінює за 1 000 років. Нещодавні спостереження за однією з найбільш «активних» нині нейтронних зірок, схоже, підтверджують теорію про те, що нерегулярні потужні сплески гамма- та рентгенівського випромінювань спричинені зіркотрусами.
У 1998 році раптово отямився від «дрімоти» відомий SGR, який 20 років не подавав ознак активності та виплеснув майже стільки ж енергії, як і гамма-спалах 5 березня 1979 року. Найбільше вразило дослідників під час спостереження цієї подією різке уповільнення швидкості обертання зірки, що говорить про її руйнації. Для пояснення потужних гамма і рентгенівських спалахів було запропоновано модель магнетара нейтронної зірки з надсильним магнітним полем. Якщо нейтронна зірка народжується, обертаючись дуже швидко, то спільний вплив обертання та конвекції, що грає важливу рольв перші кілька секунд існування нейтронної зірки може створити величезне магнітне поле в результаті складного процесу, відомого як «активне динамо» (так само способом створюється поле всередині Землі і Сонця). Теоретики були вражені, виявивши, що таке динамо, працюючи в гарячій, новонародженій нейтронній зірці, може створити магнітне поле, що у 10 000 разів сильніше, ніж звичайне поле пульсарів. Коли зірка охолоджується (секунд через 10 або 20), конвекція та дія динамо припиняються, але цього часу цілком достатньо, щоб встигло виникнути потрібне поле.
Магнітне поле електропровідної кулі, що обертається, буває нестійким, і різка перебудова його структури може супроводжуватися викидом колосальних кількостей енергії (наочний приклад такої нестійкості - періодичне перекидання магнітних полюсів Землі). Аналогічні речі трапляються і на Сонці, у вибухових подіях, названих « сонячними спалахами». У магнетарі доступна магнітна енергія величезна, і цієї енергії цілком достатньо потужності таких гігантських спалахів, як 5 березня 1979 і 27 серпня 1998 років. Подібні події неминуче викликають глибоку ламку та зміни у структурі не тільки електричних струмів в обсязі нейтронної зірки, але й її твердої кори. Іншим загадковим типом об'єктів, що випромінюють потужне рентгенівське випромінювання під час періодичних вибухів, є так звані аномальні рентгенівські пульсари AXP. Вони від звичайних рентгенівських пульсарів тим, що випромінюють лише у рентгенівському діапазоні. Вчені вважають, що SGR та AXP є фазами життя одного і того ж класу об'єктів, а саме магнетарів, або нейтронних зірок, які випромінюють м'які гамма-кванти, черпаючи енергію з магнітного поля. І хоча магнетари сьогодні залишаються дітищами теоретиків немає достатніх даних, підтверджують їх існування, астрономи завзято шукають потрібні докази.
Кандидати у магнетари
Астрономи вже так ґрунтовно вивчили нашу рідну галактику Чумацький Шлях, що їм нічого не варто зобразити її вид збоку, позначивши на ньому становище найпрекрасніших із нейтронних зірок.
Вчені вважають, що AXP і SGR - це просто дві стадії життя одного і того ж гігантського магніту - нейтронної зірки. Перші 10 000 років магнетар - це SGR - пульсар, видимий у звичайному світлі і дає спалахи м'якого рентгенівського випромінювання, що повторюються, а наступні мільйони років він, вже як аномальний пульсар AXP, зникає з видимого діапазону і пахне тільки в рентгенівському.
Найсильніший магніт
Аналіз даних, отриманих супутником RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) при спостереженнях незвичайного пульсара SGR 1806-20, показав, що це джерело є найпотужнішим із відомих на сьогоднішній день магнітів у Всесвіті. Величина його поля була визначена не тільки на підставі непрямих даних (щодо уповільнення пульсара), а й практично прямо з вимірювання частоти обертання протонів в магнітному полі нейтронної зірки. Магнітне поле поблизу поверхні цього магнітара досягає 1015гаус. Якби він був, наприклад, на орбіті Місяця, всі магнітні носії інформації на нашій Землі були б розмагнічені. Щоправда, з огляду на те, що його маса приблизно дорівнює Сонячній, це було б уже неважливо, оскільки навіть якби Земля і не впала на цю нейтронну зірочку, то крутилася б довкола неї як пригоріла, роблячи повний оборотвсього за годину.
Активне динамо
Усі ми знаємо, що енергія любить переходити з однієї форми до іншої. Електрика легко перетворюється на тепло, а кінетична енергія в потенційну. Величезні конвективні потоки електропровідної магми плазми або ядерної речовини, виявляється, теж можуть вплинути. кінетичну енергіюперетворити на щось незвичайне, наприклад у магнітне поле. Переміщення великих мас на зірці, що обертається в присутності невеликого вихідного магнітного поля можуть призводити до електричних струмів, що створює поле того ж напрямку, що і вихідне. В результаті починається лавиноподібне наростання власного магнітного поля обертового струмопровідного об'єкта. Чим більше поле, тим більше струми, чим більше струми, тим більше поле і все це через банальні конвективні потоки, обумовлені тим, що гаряча речовина легша за холодну, і тому спливає
Неспокійне сусідство
Знаменита космічна обсерваторія «Чандра» виявила сотні об'єктів (у тому числі і в інших галактиках), що свідчать про те, що не всім нейтронним зіркам призначено життя на самоті. Такі об'єкти народжуються в подвійних системах, які пережили вибух наднової, що створила нейтронну зірку. А іноді трапляється, що поодинокі нейтронні зірки в щільних зоряних областях типу кульових скупчень захоплюють собі компаньйона. У такому разі нейтронна зірка «викрадатиме» речовину у своєї сусідки. І в залежності від того, наскільки масивна зірка складе їй компанію, ця «крадіжка» викликатиме різні наслідки. Газ, що тече з компаньйона, масою, меншою, ніж у нашого Сонця, на таку «крихту», як нейтронна зірка, не зможе відразу впасти через надто великий власний кутовий момент, тому він створює навколо неї так званий акреційний диск із «вкраденої» »Матерії. Тертя при накручуванні на нейтронну зірку і стиск у гравітаційному полі розігріває газ до мільйонів градусів, і він починає випускати рентгенівське випромінювання. Інше цікаве явище, пов'язане з нейтронними зірками, що мають маломасивного компаньйона, - рентгенівські спалахи (барстери). Вони зазвичай тривають від кількох секунд до кількох хвилин і в максимумі дають зірці світність, що майже в 100 тисяч разів перевищує світність Сонця.
Ці спалахи пояснюють тим, що коли водень і гелій переносяться на нейтронну зірку з компаньйона, вони утворюють щільний шар. Поступово цей шар стає настільки щільним та гарячим, що починається реакція термоядерного синтезуі виділяється дуже багато енергії. За потужністю це еквівалентно вибуху всього ядерного арсеналу землян на кожному квадратному сантиметріповерхні нейтронної зірки протягом хвилини. Зовсім інша картина спостерігається, якщо нейтронна зірка має потужного приятеля. Зірка-гігант втрачає речовину у вигляді зоряного вітру (виходить від поверхні потоку іонізованого газу), і величезна гравітація нейтронної зірки захоплює частину цієї речовини собі. Але тут вступає у свої права магнітне поле, яке змушує падаючу речовину текти по силовим лініямдо магнітних полюсів.
Це означає, що рентгенівське випромінювання перш за все генерується в гарячих точках на полюсах, і якщо магнітна вісь і вісь обертання зірки не збігаються, то яскравість зірки виявляється змінною - це теж пульсар, але тільки рентгенівський. Нейтронні зірки у рентгенівських пульсарах мають компаньйонами яскраві зірки-гіганти. У барстерах ж компаньйонами нейтронних зірок є слабкі по блиску зірки малих мас. Вік яскравих гігантів не перевищує кількох десятків мільйонів років, тоді як вік слабких зірок-карликів може налічувати мільярди років, оскільки перші набагато швидше витрачають своє. ядерне паливоніж другі. Звідси випливає, що барстери - це старі системи, в яких магнітне поле встигло з часом ослабнути, а пульсари - відносно молоді, і тому магнітні поля в них сильніші. Можливо, барстери колись у минулому пульсували, а пульсарам ще доведеться спалахувати у майбутньому.
З подвійними системами пов'язують і пульсари з найкоротшими періодами (менше 30 мілісекунд) так звані мілісекундні пульсари. Незважаючи на їх швидке обертання, вони виявляються не молодими, як слід очікувати, а найстарішими.
Виникають вони з подвійних систем, де стара, нейтронна зірка, що повільно обертається, починає поглинати матерію зі свого, теж вже постарівшого компаньйона (зазвичай червоного гіганта). Падаючи на поверхню нейтронної зірки, матерія передає їй обертальну енергію, змушуючи крутитися дедалі швидше. Відбувається це доти, поки компаньйон нейтронної зірки, майже звільнений від зайвої маси, стане білим карликом, а пульсар не оживе і почне обертатися зі швидкістю сотні обертів на секунду. Втім, нещодавно астрономи виявили дуже незвичайну систему, де компаньйон мілісекундного пульсара є не білий карлик, а гігантська роздута червона зірка. Вчені вважають, що вони спостерігають цю подвійну систему якраз у стадії «звільнення» червоної зірки від зайвої вагиі перетворення на білого карлика. Якщо ця гіпотеза неправильна, тоді зірка-компаньйон може бути звичайною зіркою із кульового скупчення, випадково захопленої пульсаром. Майже всі нейтронні зірки, які відомі в даний час, знайдені або в подвійних рентгенівських системах, або як одиночні пульсари.
І ось нещодавно «Хаббл» помітив у видимому світлінейтронну зірку, яка не є компонентом подвійний системиі не пульсує в рентгенівському та радіодіапазоні. Це дає унікальну можливістьточно визначити її розмір і внести корективи до уявлення про склад та структуру цього химерного класу вигорілих, стислих гравітацією зірок. Ця зірка була виявлена вперше як рентгенівське джерело і випромінює у цьому діапазоні не тому, що збирає водневий газ, коли рухається у просторі, а тому, що вона все ще молода. Можливо, вона є залишком однієї із зірок подвійної системи. Внаслідок вибуху наднової ця подвійна система зруйнувалася і колишні сусіди розпочали незалежну подорож Всесвітом.
Малютка - пожирач зірок
Як каміння падає на землю, так і велика зірка, Відпускаючи по шматочку свою масу, поступово переміщається на маленького і далекого сусіда, що має велике гравітаційне поле поблизу своєї поверхні. Якби зірки не крутилися навколо загального центру тяжіння, то газовий струмінь міг би просто текти, як потік води з кухля, на маленьку нейтронну зірку. Але оскільки зірки кружляють у хороводі, то матерія, що падає, перш ніж вона опиниться на поверхні, повинна втратити більшу частину свого моменту імпульсу. І тут взаємне тертя частинок, що рухаються різними траєкторіями, і взаємодія іонізованої плазми, що утворює акреційний диск, з магнітним полем пульсара допомагають процесу падіння матерії успішно закінчитися ударом об поверхню нейтронної зірки в області її магнітних полюсів.
Загадка 4U2127 розгадана
Ця зірка більше 10 років морочила голову астрономам, виявляючи дивну повільну мінливість своїх параметрів і щоразу спалахуючи по-різному. Тільки нові дослідження космічної обсерваторії «Чандра» дозволили розгадати загадкова поведінкацього об'єкта. Виявилося, що це не одна, а дві нейтронні зірки. Причому обидві мають компаньйонів — одну зірку, схожу на наше Сонце, іншу — на невелику блакитну сусідку. Просторово ці пари зірок розділені досить великою відстанню і живуть незалежним життям. А ось на зірковій сферівони проектуються майже одну точку, тому так довго їх і вважали одним об'єктом. Знаходяться ці чотири зірочки в кульовому скупченніМ15 з відривом 34 тис. світлових років.
Відкрите питання
Всього на сьогоднішній день астрономи виявили близько 1200 нейтронних зірок. З них понад 1000 є радіопульсарами, а решта - просто рентгенівськими джерелами. За роки досліджень вчені дійшли висновку, що нейтронні зірки – справжні оригінали. Одні дуже яскраві і спокійні, інші періодично спалахують і видозмінюються зоретрусами, треті існують у подвійних системах. Ці зірки відносяться до найзагадковіших і невловимих астрономічних об'єктів, що з'єднують у собі найсильніші гравітаційні та магнітні поля та екстремальні щільності та енергії. І кожне нове відкриття з їхнього бурхливого життя дає вченим унікальні відомості, необхідні для розуміння природи Матерії та еволюції Всесвіту.
Всесвітній стандарт
Надіслати щось за межі Сонячна системадуже навіть непросто, тому разом із космічними кораблями «Піонер-10 і -11», що направилися туди 30 років тому, земляни відправили і послання братам по розуму. Намалювати щось таке, що буде зрозуміло Позаземному Розуму, завдання не з простих, більше того, ще потрібно було вказати зворотну адресу і дату відправки листа... Наскільки зрозуміло все це зуміли зробити художники, людині зрозуміти важко, але сама ідея використання радіопульсарів для вказівки місця та часу відправлення послання геніальна. Уривчасті промені різної довжини, що виходять з точки, що символізує Сонце, вказують напрямок і відстань до найближчих до Землі пульсарів, а переривчастість лінії – це не що інше, як двійкове позначення періоду їхнього обігу. Найдовший промінь вказує на центр нашої Галактики - Чумацький Шлях. Як одиниця часу на посланні прийнята частота радіосигналу, що випускається атомом водню при зміні взаємної орієнтації спинів (напрямок обертання) протона та електрона.
Знамениті 21 см або 1420 МГц повинні знати всі розумні істоти у Всесвіті. За цими орієнтирами, що вказують на «радіомаяки» Всесвіту, можна буде відшукати землян навіть через багато мільйонів років, а порівнявши записану частоту пульсарів з поточною, можна буде прикинути, коли ці чоловік і жінка благословляли в політ перший космічний корабель, що покинув межі Сонячної системи.
Микола Андрєєв
У центрі галактики М82 можна побачити пульсар (рожевий)
Вивчіть пульсари та нейтронні зіркиВсесвіту: опис та характеристика з фото та відео, будова, обертання, щільність, склад, маса, температура, пошук.
Пульсари
Пульсариє сферичні компактні об'єкти, розміри яких не виходять за кордон великого міста. Дивно те, що за такого обсягу вони за масивністю перевершують сонячну. Їх використовують для дослідження екстремальних станів матерії, виявлення планет за межами нашої системи та вимірювання космічних дистанцій. Крім того, вони допомогли знайти гравітаційні хвилі, що вказують на енергетичні події, на кшталт зіткнень надмасивних. Вперше виявлено у 1967 році.
Що таке пульсар?
Якщо виглядати на небі пульсар, то здається звичайною мерехтливою зіркою, що йде за певним ритмом. Насправді їх світло не мерехтить і не пульсує, і вони не виступають зірками.
Пульсар виробляє два стійкі вузькі світлові промені в протилежних напрямках. Ефект мерехтіння створюється через те, що вони обертаються (принцип маяка). У цей момент промінь попадає на Землю, а потім знову повертається. Чому це відбувається? Справа в тому, що світловий промінь пульсара зазвичай не поєднується з його віссю обертання.
Якщо миготіння створюється обертанням, швидкість імпульсів відображає ту, з якою обертається пульсар. Всього було знайдено 2000 пульсарів, більшість з яких робить один оберт за секунду. Але є приблизно 200 об'єктів, які примудряються за той же час здійснювати по сотні обертів. Найбільш швидкі називають мілісекундними, тому що їх кількість обертів за секунду дорівнює 700.
Пульсари не можна вважати зірками, принаймні живими. Це швидше нейтронні зірки, що формуються після того, як у масивної зіркизакінчується паливо, і вона руйнується. У результаті створюється сильний вибух - наднова, а щільний матеріал, що залишився, трансформується в нейтронну зірку.
Діаметр пульсарів у Всесвіті досягає 20-24 км, а за масою вдвічі більше сонячної. Щоб ви розуміли, шматочок такого об'єкта розміром із цукровий куб важитиме 1 мільярд тонн. Тобто у вас в руці міститься щось вагою з Еверест! Щоправда, є ще більш щільний об'єкт – чорна діра. Найбільш масивна досягає 2.04 сонячної маси.
Пульсари володіють сильним магнітним полем, яке від 100 мільйонів до 1 квадрильйону в раз сильніше земного. Щоб нейтронна зірка почала випромінювати світло подібне до пульсару, вона повинна мати правильне співвідношення напруженості магнітного поля і частоти обертання. Трапляється, що промінь радіохвиль може не пройти через поле зору наземного телескопа і залишитися невидимим.
Радіопульсари
Астрофізик Антон Бірюков про фізику нейтронних зірок, уповільнення обертання та відкриття гравітаційних хвиль:
Чому пульсари обертаються?
Повільність для пульсара - одне обертання за секунду. Найбільш швидкі розганяються до сотень обертів на секунду і називаються мілісекундними. Процес обертання відбувається тому, що зірки, з яких вони утворилися, також оберталися. Але, щоб дістатися такої швидкості, потрібне додаткове джерело.
Дослідники вважають, що мілісекундні пульсари сформувалися за допомогою крадіжки енергії у сусіда. Можна помітити наявність чужої речовини, яка збільшує швидкість обертання. І це не дуже добре для постраждалого компаньйона, який може повністю поглинутися пульсаром. Такі системи називають чорними вдовами (на честь небезпечного виду павука).
Пульсари здатні випромінювати світло у кількох довжинах хвиль (від радіо до гамма-променів). Але як вони це роблять? Вчені поки що не можуть знайти точної відповіді. Вважають, що за кожну довжину хвиль відповідає окремий механізм. Маякоподібні промені складаються з радіохвиль. Вони відрізняються яскравістю та вузькістю та нагадують когерентне світлоде частинки формують сфокусований промінь.
Чим швидше обертання, тим слабше магнітне поле. Але швидкості обертання достатньо, щоб вони випромінювали такі ж яскраві промені, як і повільні.
Під час обертання магнітне поле створює електричне, яке здатне привести заряджені частинки в рухомий стан ( електричний струм). Ділянку над поверхнею, де домінує магнітне поле, називають магнітосферою. Тут заряджені частинки прискорюються до неймовірно високих швидкостей через сильне електричного поля. При кожному прискоренні вони випромінюють світло. Він відображається в оптичному та рентгенівському діапазоні.
А що з гамма-променями? Дослідження говорять про те, що їхнє джерело потрібно шукати в іншому місці біля пульсара. І вони нагадуватимуть віяло.
Пошук пульсарів
Головним методом для пошуку пульсарів у космосі залишаються радіотелескопи. Вони невеликі та слабкі в порівнянні з іншими об'єктами, тому доводиться сканувати все небо і поступово об'єктив потрапляють ці об'єкти. Більшість було знайдено за допомогою Обсерваторії Паркса в Австралії. Багато нових даних можна буде отримати з Антенної решітки у квадрантний кілометр (SKA), що стартує у 2018 році.
У 2008 році запустили телескоп GLAST, який знайшов 2050 гамма-випромінюючих пульсарів, серед яких 93 були мілісекундними. Цей телескоп неймовірно корисний, оскільки сканує все небо, тоді як інші виділяють лише невеликі ділянки вздовж площини.
Пошук різних довжин хвиль може стикатися з проблемами. Справа в тому, що радіохвилі надзвичайно потужні, але можуть просто не потрапляти в об'єктив телескопа. А ось гамма-випромінювання поширюються по більшій частині неба, але поступаються яскравістю.
Наразі вчені знають про існування 2300 пульсарів, знайдених по радіохвилях та 160 через гамма-промені. Є також 240 мілісекундних пульсарів, з яких 60 виробляють гамма-випромінювання.
Використання пульсарів
Пульсари – не просто дивовижні космічні об'єкти, але й корисні інструменти Світло, що випускається, може багато розповісти про внутрішні процеси. Тобто дослідники здатні розібратися у фізиці нейтронних зірок. У цих об'єктах настільки високий тиск, Що поведінка матерії відрізняється від звичного. Дивне наповнення нейтронних зірок називають "ядерною пастою".
Пульсар приносять багато користі завдяки точності імпульсів. Вчені знають конкретні об'єктиі сприймають їх як космічний годинник. Саме так почали з'являтися припущення про наявність інших планет. Фактично перша знайдена екзопланета оберталася навколо пульсара.
Не забувайте, що пульсари під час миготіння продовжують рухатися, а значить, можна з їх допомогою вимірювати космічні дистанції. Вони також брали участь у перевірці теорії відносності Ейнштейна, на кшталт моментів із силою тяжкості. Але регулярність пульсації може порушуватись гравітаційними хвилями. Це помітили у лютому 2016 року.
Цвинтарі пульсарів
Поступово всі пульсари сповільнюються. Випромінювання живиться від магнітного поля, створюваного обертанням. У результаті він також втрачає свою потужність і припиняє посилати промені. Вчені вивели спеціальну межу, де ще можна виявити гамма-промені перед радіохвилями. Як тільки пульсар опускається нижче, його списують у цвинтарі пульсарів.
Якщо пульсар сформувався з залишків наднової, то має величезний енергетичний запас і швидкою швидкістюобертання. Серед прикладів можна згадати молодий об'єкт PSR B0531+21. У такій фазі він може пробути кілька сотень тисяч років, після чого почне втрачати швидкість. Пульсари середнього віку становлять більшу частину населення і виробляють лише радіохвилі.
Однак, пульсар може продовжити життя, якщо поруч є супутник. Тоді він витягуватиме його матеріал і збільшуватиме швидкість обертання. Такі зміни можуть відбутися будь-коли, тому пульсар здатний відроджуватися. Подібний контакт називають маломасивною рентгенівською подвійною системою. Найбільш старі пульсари – мілісекундні. Деякі досягають віку у мільярди років.
Нейтронні зірки
Нейтронні зірки- Досить загадкові об'єкти, що перевищують сонячну масу в 1.4 рази. Вони народжуються після вибуху більших зірок. Давайте дізнаємося про ці формування ближче.
Коли вибухає зірка, масивніша за Сонце в 4-8 разів, залишається ядро з великою щільністю, що продовжує руйнуватися. Гравітація так сильно тисне на матеріал, що змушує протони та електрони зливатися, щоб з'явитися у вигляді нейтронів. Так і народжується нейтронна зірка високої густини.
Ці потужні об'єкти здатні досягати в діаметрі всього 20 км. Щоб ви усвідомили щільність, лише одна ложечка матеріалу нейтронної зірки важитиме мільярд тонн. Гравітація на такому об'єкті в 2 мільярди разів сильніша за земну, а потужності вистачає для гравітаційного лінзування, що дозволяє вченим розглянути задню частину зірки.
Поштовх від вибуху залишає імпульс, який змушує нейтронну зірку обертатися, досягаючи кількох обертів на секунду. Хоча вони можуть розганятися до 43000 разів на хвилину.
Прикордонні шари поблизу компактних об'єктів
Астрофізик Валерій Сулейманов про виникнення акреційних дисків, зірковий вітер та речовину навколо нейтронних зірок:
Надра нейтронних зірок
Астрофізик Сергій Попов про екстремальні стани речовини, склад нейтронних зірок та способи вивчення надр:
Коли нейтронна зірка виступає частиною подвійної системи, де вибухнула наднова, картина виглядає ще більш вражаючою. Якщо друга зірка поступалася за масивністю Сонцю, то тягне масу компаньйона в пелюсток Роша. Це куляста хмара матеріла, що здійснює оберти навколо нейтронної зірки. Якщо ж супутник був більший за сонячну масу в 10 разів, то передача маси також налаштовується, але не така стійка. Матеріал тече вздовж магнітних полюсів, нагрівається та створюються рентгенівські пульсації.
До 2010 року було знайдено 1800 пульсарів за допомогою радіовиявлення та 70 через гамма-промені. У деяких екземплярів навіть помічали планети.
Типи нейтронних зірок
У деяких представників нейтронних зірок струменя матеріалу течуть практично зі швидкістю світла. Коли вони пролітають повз нас, то спалахують як світло маяка. Через це їх прозвали пульсарами.
Астрофізики зняли дуже швидко згасаюче випромінювання пульсарів після потужних спалахів - перехід у так званий режим пропелера. Теоретично передбачене понад сорок років тому явище було вперше достовірно зареєстроване.
Міжнародна команда астрофізиків, до якої входили російські вчені з Інституту космічних досліджень РАН, МФТІ та Пулковської обсерваторіїРАН, зняла дуже швидко згасаюче випромінювання пульсарів після потужних спалахів - перехід у так званий режим пропелера. Теоретичні передбачення цього ефекту були зроблені понад сорок років тому, але тільки зараз це явище було вперше достовірно зареєстроване для пульсарів 4U 0115+63 та V 0332+53, що випромінюють у рентгенівському діапазоні. Результати вимірювань, розрахунки та висновки опубліковані у журналі Astronomy & Astrophysics.
Пульсари 4U 0115+63 та V 0332+53 належать до особливого типуджерел - спалахуючим (чи транзієнтним) рентгенівським пульсарам. Вони то слабо світяться в рентгенівському діапазоні, то яскраво спалахують, а то й зовсім зникають. По тому, як пульсари переходять з одного стану в інший, можна судити про їх магнітні поля і температури навколишнього речовини. Значення цих параметрів настільки високі, що їх неможливо отримати та виміряти безпосередньо у земних лабораторіях.
Назва пульсара починається з літери, яка позначає першу обсерваторію, що знайшла його, а потім йдуть цифри - координати пульсара. "V" - це супутник Vela 5B, військовий американський супутникпризначений для стеження за територією СРСР. "4U", у свою чергу, розшифровується, як "4-й каталог UHURU", першої спеціалізованої рентгенівської обсерваторії на орбіті. А коли відкрили перший пульсар, його спочатку назвали LGM-1, від "little green men" ("маленькі зелені чоловічки"): він посилав радіоімпульси через рівні проміжки часу, і дослідники вирішили, що це може бути сигнал від розумних цивілізацій.
Рентгенівський пульсар являє собою нейтронну зірку, що швидко обертається, з сильним магнітним полем. Нейтронна зірка може утворювати пару зі звичайною зіркою і перетягувати він її газ - астрофізики називають це акрецією. Газ спіраллю закручується навколо нейтронної зірки, утворюючи акреційний диск, і гальмується межі магнітосфери нейтронної зірки. Речовина при цьому трохи проникає всередину магнітосфери, "вморожується" в неї і стікає по магнітним лініямдо полюсів. Падаючи на магнітні полюси, Воно розігрівається до сотень мільйонів градусів і випромінює в рентгенівському діапазоні Так як магнітна вісь нейтронної зірки знаходиться під кутом до осі обертання, рентгенівське промінняобертаються подібно до променів маяка і «з берега» виглядають як сигнали, що повторюються, з періодом від тисячних часток секунди до декількох хвилин.
Нейтронна зірка - один із можливих залишків від спалаху наднової зірки. Наприкінці еволюції деяких зірок їхня речовина через гравітацію стискається настільки сильно, що електрони фактично зливаються з протонами і утворюють нейтрони. Магнітне поле нейтронної зірки може перевищувати максимально можливе на Землі в десятки мільярдів разів.
Щоб у системі із двох зірок спостерігався рентгенівський пульсар, матерія повинна перетікати зі звичайної зірки на нейтронну. Звичайна зірка при цьому може бути гігантом або надгігантом і мати потужний зоряний вітер, тобто викидати в космос багато речовини. Або це може бути невелика зірка на кшталт Сонця, яка заповнила свою порожнину Роша – область, за кордоном якої речовина вже не утримується силою тяжіння цієї зірки та перетягується гравітацією нейтронної зірки.
Рентгенівські пульсари 4U 0115+63 та V 0332+53 випромінюють так нестабільно (тобто демонструють спалахи випромінювання), тому що у кожного з них досить незвичайна зірка-компаньйон – зірка класу Ве. Ве-зірка обертається навколо своєї осі настільки швидко, що час від часу у неї «піднімається спідниця» – вздовж екватора утворюється та росте газовий диск – і зірка заповнює порожнину Роша. Газ починає швидко акрецировать на нейтронну зірку, інтенсивність її випромінювання різко зростає, відбувається спалах. Поступово «спідниця» зношується, акреційний диск виснажується, і речовина вже не може падати на нейтронну зірку через вплив магнітного поля та відцентрових сил. Виникає так званий ефект пропелера. У такому режимі акреція не відбувається і рентгенівське джерело пропадає.
В астрономії використовується термін "світність", тобто повна енергія, що випромінюється небесним тілом в одиницю часу. Порогова світність для джерела 4U 0115+63 показана червоною лінією. Для іншого джерела (V0332+53) спостерігається аналогічна картина. Там, де проведені сині лінії, відстань між пульсаром та оптичною зіркою мінімальна. У такому положенні режим акреції може тимчасово відновлюватись за наявності достатньої кількості речовини, що добре видно на малюнку.
З рентгенівського телескопана космічній обсерваторії Swift російські вчені змогли виміряти порогову інтенсивність випромінювання, тобто світність, нижче якої пульсар переходить в режим пропелера. Ця величина залежить від магнітного поля та від періоду обертання пульсара. Період обертання досліджуваних джерел відомий за виміром часу приходу імпульсів, що випромінюються ними, - 3,6 сек для 4U 0115+63 і 4,3 сек для V 0332+53, що дозволило розрахувати напруженість магнітного поля. Результати збіглися із значеннями, отриманими іншими методами. Однак світність пульсарів впала не в 400 разів, як очікувалося, а лише в 200 разів. Автори припустили, що або нагріта спалахом поверхня нейтронної зірки охолоджується і цим служить додатковим джереломвипромінювання, або ефект пропелера не може повністю заблокувати перетікання речовини від звичайної зірки та існують інші канали витоку.
Перехід у режим пропелера дуже важко вловимий, оскільки в цьому режимі пульсар майже не випромінює. Під час минулих спалахів джерел 4U 0115+63 та V 0332+53 вже була спроба зловити цей перехід, але через низьку чутливість доступних на той момент приладів «вимкнений стан» засікти не вдалося. Достовірне підтвердження того, що ці пульсари справді «вимикаються», отримано лише зараз. Більш того, показано, що інформація про перехід в режим пропелера може бути використана для визначення напруженості і структури магнітного поля нейтронних зірок.
Олександр Лутовінов, професор РАН, доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторії в Інституті космічних досліджень РАН та викладач МФТІ пояснює:
«Одним із фундаментальних питань освіти та еволюції нейтронних зірок є структура їх магнітних полів. У процесі дослідження ми визначили для двох нейтронних зірок дипольну складову магнітного поля, яка відповідає за ефект пропелера. Ми показали, що цю незалежно отриману величину можна порівняти з величиною магнітного поля, вже відомою за вимірами циклотронних ліній, і таким чином оцінити внесок інших складових вищого ладу, які входять до структури поля».
Правовласник ілюстрації Getty Images Image caption Явище спостерігали за допомогою космічних обсерваторійта наземних телескопів
Вченим вперше вдалося зареєструвати гравітаційні хвилі від злиття двох нейтронних зірок.
Хвилі були зафіксовані детекторами LIGOу США та італійською обсерваторією Virgo.
За даними дослідників, у результаті подібних злиттів у Всесвіті з'являються такі елементи, як платина та золото.
Відкриття було зроблено ще 17 серпня. Два детектори у США зареєстрували гравітаційний сигнал GW170817.
Дані третього детектора в Італії дозволили уточнити локалізацію космічної події.
"Це те, на що ми всі чекали", - заявив виконавчий директор лабораторії LIGO Девід Рейтце, коментуючи відкриття.
Злиття відбулося в галактиці NGC4993, яка знаходиться на відстані близько 130 млн. світлових років від Землі в сузір'ї Гідри.
Маси зірок знаходилися в діапазоні від 1,1 до 1,6 мас Сонця, що потрапляє в область мас нейтронних зірок. Їхній радіус - 10-20 км.
Зірки називають нейтронними, оскільки в процесі гравітаційного стиснення протони та електрони всередині зірки зливаються, внаслідок чого виникає об'єкт, що складається майже виключно з нейтронів.
Такі об'єкти мають неймовірну щільність - чайна ложка матерії важитиме близько мільярда тонн.
Правовласник ілюстрації NSF/LIGO/SONOMA STATE UNIVERSITY Image caption Злиття нейтронних зірок у виставі вчених виглядає приблизно так (на фото - комп'ютерна модель)Лабораторія LIGO у місті Лівінгстон у штаті Луїзіана – це маленька будівля, від якої під прямим кутом відходять дві труби – плечі інтерферометра. Усередині кожної з них – лазерний промінь, фіксуючи зміни у довжині якого можна виявити гравітаційні хвилі.
Детектор LIGO, встановлений серед великих лісів, був створений для того, щоб фіксувати гравітаційні хвилі, які породжують масштабні космічні катаклізми, такі як злиття нейтронних зірок.
Чотири роки тому детектор модернізували, відтоді він чотири рази засікав зіткнення чорних дірок.
Гравітаційні хвилі, що виникають у результаті масштабних подій у космосі, призводять до виникнення тимчасово-просторових викривлень, чимось схожих на бриж на воді.
Media playback is unsupported on your device
Як звучить зіткнення нейтронних зірок?Вони розтягують і стискають всю матерію, якою проходять, майже незначною мірою - менше, ніж ширину одного атома.
"Я в захваті від того, що ми зробили. Вперше я почала працювати над гравітаційними хвилями в Глазго, будучи ще студенткою. З того часу минуло багато років, були і злети і падіння, але тепер все склалося", - каже працівниця LIGO, професор Норна Робертсон.
"За останні кілька років ми спочатку зафіксували злиття "чорних дірок", а потім - нейтронних зірок, за моїми відчуттями, ми відкриваємо нове поле для досліджень", - додає вона.
- Існування гравітаційних хвиль було передбачено в рамках загальної теоріївідносності Ейнштейна
- На те, щоб розвинути технологію, яка дозволила зафіксувати хвилі, пішли десятиліття.
- Гравітаційні хвилі - це спотворення у часі та просторі, які виникають у результаті масштабних подій у космосі
- Матерія, що різко прискорюється, породжує гравітаційні хвилі, які поширюються зі швидкістю світла.
- У числі видимих джерел хвиль називають злиття нейтронних зірок та "чорних дірок"
- Дослідження хвиль відкриває принципово нове поле для досліджень
Вчені вважали, що вивільнення енергії в такому масштабі призводить до виникнення рідкісних елементів – таких як золото та платина.
За словами доктора Кейт Магуайр із Королівського університету Белфасту, яка займалася аналізом перших спалахів, що виникли під час злиття, тепер ця теорія доведена.
"За допомогою найпотужніших у світі телескопів ми виявили, що внаслідок цього злиття нейтронних зірок стався високошвидкісний викид важких хімічних елементів, Таких як золото і платина, в космос," - говорить Магуайр.
Ці нові результати допомогли значно просунутися до вирішення давньої суперечки про те, звідки. періодичної таблицівзялися елементи важчі за залізо", - додає вона.
Нові рубежі
Спостереження за зіткненням нейтронних зірок також дозволило підтвердити теорію про те, що воно супроводжується короткими викидами гамма-випромінювання.
Зіставивши зібрану інформацію про гравітаційні хвилі, що виникли в результаті зіткнення, з даними про світловому випромінюванні, Зібраними за допомогою телескопів, вчені використовували раніше не застосовувався на практиці спосіб виміряти швидкість розширення Всесвіту.
Один із найвпливовіших фізиків-теоретиків на планеті, професор Стівен Хокінг у розмові з Бі-бі-сі назвав це "першою сходинкою на сходах" до нового способу вимірювання відстаней у Всесвіті.
"Новий спосіб спостереження за Всесвітом зазвичай веде до сюрпризів, багато з яких неможливо передбачити. Ми, як і раніше, протираємо очі, а точніше, прочищаємо вуха після того, як вперше почули звук гравітаційних хвиль," - сказав Хокінг.
Правовласник ілюстрації NSF Image caption Комплекс обсерваторії LIGO у Лівінгстоні. Від будівлі відходять "плечі" - труби, всередині яких у вакуумі проходять лазерні промені.Наразі обладнання комплексу LIGO модернізують. Через рік він стане вдвічі більш чутливим, і зможе сканувати відрізок космосу, який у вісім разів більший за нинішній.
Вчені вважають, що в майбутньому спостереження за зіткненням "чорних дірок" та нейтронних зірок стануть звичайним явищем. Також вони сподіваються навчитися спостерігати за об'єктами, які сьогодні не можуть навіть уявити, і розпочати нову епохув астрономії.
Були передбачені на початку 30-х років. XX ст. радянським фізикомЛ. Д. Ландау, астрономами В. Бааді та Ф. Цвіккі. У 1967 р. було відкрито пульсари, які до 1977 р. остаточно ототожнювалися з нейтронними зірками.
Нейтронні зірки утворюються в результаті вибуху наднової на останній стадії еволюції зірки великої маси.
Якщо маса залишку наднової (тобто те, що залишається після скидання оболонки) більше 1,4 M☉ , але менше 2,5 M☉ , то стиснення його продовжується і після вибуху доти, доки щільність не досягне ядерних значень. Це призведе до того, що електрони будуть «втиснуті» в ядра, і утворюється речовина, що складається з одних нейтронів. Виникає нейтронна зірка.
Радіуси нейтронних зірок, як і радіуси білих карликів, зменшуються зі збільшенням маси. Так, нейтронна зірка масою 1,4 M☉ (мінімальна маса нейтронної зірки) має радіус 100-200 км, а при масі 2,5 M☉ (максимальна маса) - всього 10-12 км. Матеріал із сайту
Схематичний розріз нейтронної зірки показаний на малюнку 86. Зовнішні шари зірки (рис. 86, III) складаються з заліза, що утворює тверду кору. На глибині приблизно 1 км починається тверда кора із заліза з домішкою нейтронів (рис. 86), яка переходить у рідке надтекуче і надпровідне ядро (рис. 86, I). При масах, близьких до граничних (2,5-2,7 M☉), у центральних областях нейтронної зірки з'являються більш важкі елементарні частинки (гіперони).
Щільність нейтронної зірки
Щільність речовини в нейтронній зірці можна порівняти з щільністю речовини в атомному ядрі: вона досягає 1015-1018 кг/м 3 . За таких щільностей самостійне існуванняелектронів і протонів неможливо, і речовина зірки складається практично з одних нейтронів.
Зображення (фото, малюнки)
На цій сторінці матеріал за темами: