Краткий оповідання про пульсарах

Століттями із єдиним джерелом даних про зірок і Всесвіту для астрономів видимий світло. Спостерігаючи неозброєним оком чи з допомогою телескопів, вони використовували лише дуже малий інтервал хвиль з усього різноманіття електромагнітного випромінювання, испускаемого небесними тілами. Астрономія зазнала змін з середини ХХ століття, коли прогрес фізики та техніки надав їй нові прилади й інструменти, дозволяють вести спостереження найширшому діапазоні хвиль — від метрових радіохвиль до гама-променів, де довжини хвиль становлять мільярдні частки міліметра. Це викликало наростаючий потік астрономічних даних, у цьому однині і відкриття пульсаров.

Открытие.

Влітку 1967 р. у Кембриджському університеті (Англія) ввійшов у лад новий радіотелескоп, спеціально побудований Еге. Хьюишем і його працівниками для однієї спостережної завдання — вивчення мерехтінь космічних радіоджерел. Новий радіотелескоп дозволяв виробляти спостереження великих ділянок неба, а апаратура в обробці сигналів спромоглася реєструвати рівень радио-потока через щокілька десятих часткою секунди. Ці дві речі їх інструменту та дозволили кембріджським радиоастрономам відкрити щось зовсім нове — пульсари. Відкриття пульсарів зазначено Нобелівської премією із фізики в 1978 г.

Інтерпретація: нейтронні звезды.

У астрономії відомо чимало зірок, блиск яких безупинно змінюється, то збільшуючись, то падаючи. Є зірки, їх називають цефеидами із суворо періодичними варіаціями блиску. Посилення та послаблення яскравості відбувається в різних зірок цього з періодами і від кількох днів до року. Але до пульсарів ніколи ще зустрічалися зірки з такою коротким періодом, як в першого «кембриджського» пульсара.

Після ним саме в короткий термін було відкрито кілька десятків пульсарів, і періоди декого з тих були ще коротше. Зараз відомо до чотирьох сотень пульсарів. Дуже короткі періоди пульсарів послужили першим і вагомим аргументом на користь інтерпретації цих об'єктів як обертових нейтронних зірок. Походження швидкого обертання нейтронних звезд-пульсаров безсумнівно викликано сильним стиском зірки у її перетворення з «звичайній» зірки в нейтронну. Коли зірка стискається, її обертання убыстряется. Тут спрацьовує одна з основних законів механіки — закон збереження моменту імпульсу. З неї слід, що з зміні розмірів обертового тіла, змінюється і його обертання. Більше швидке вихідне обертання зіпсований і ще більше короткі періоди. Зараз відомий лише пульсари, випромінюючі в радіодіапазоні, — їх називають радиопульсарами, а й рентгенівські пульсари, випромінюючі регулярні імпульси рентгенівських променів. Але й радіопульсари, і рентгенівські пульсари від барстеров щодо одного принциповому відношенні: вони мають дуже сильними магнітними полями, які з швидким обертанням і створюють ефект пульсацій, хоч і діють ці поля по-різному в радиопульсарах і пульсарах рентгеновских.

Рентгенівські пульсары.

Рентгенівські пульсари — це тісні подвійні системи, у яких одне з зірок є нейтронної, іншу — яскравою звездой-гигантом. Відомо близько двох десятків цих об'єктів. Перші дві рентгенівських пульсара — в сузір'ї Геркулеса й у сузір'їв Центавра. Пульсар в Геркулесі посилає імпульси з періодом 1,24 з. Це період обертання нейтронної зірки. Між іншим, спостереження рентгенівських затемнень для барстеров аж до останнього часу не вдавалося. Пульсар в сузір'ї Центавра має період пульсацій 4,8 з. Найчастіше компаньйоном нейтронної зірки в рентгенівських пульсарах є яскрава блакитна звезда-гигант. Цим вони відрізняються барстеров, які містять слабкі зірки-карлики. Є підстави думати, що нейтронні зірки рентгенівських пульсарів мають дуже сильним магнітним полем, сягаючим значень магнітної індукції B (108 — 109 Тле, що у 1011- 1012 разів більше середнього магнітного поля Сонця. Але такі поля природно виходять внаслідок сильного стискування при перетворення звичайній зірки в нейтронную.

По структурі, т. е. по геометрії силових ліній, магнітне полі пульсара схоже, як очікувалося, на магнітне полі Землі чи Сонця: у нього є полюси, з яких різні боки розходяться силові лінії. Таке полі називають дипольным.

Від рентгенівських пульсарів будь-коли спостерігали спалахів, подібних вибухів барстеров. З іншого боку, від барстеров будь-коли спостерігали регулярних пульсацій. Магнітне полі нейтронних зірок в барстерах помітно слабше, ніж у пульсарах. Різниця у магнітному полі пов’язано, мабуть, з відмінностями віку барстеров і пульсарів. Отже, барстеры — це старі системи, у яких магнітне полі встигло згодом у якийсь ступеня ослабнути, а пульсари — відносно молоді системи і тому магнітні поля була в них сильнее.

Радиопульсары.

Розподіл радиопульсаров на небесної сфері дозволяє укласти передусім, що ці джерела належать нашої Галактиці: вони очевидним чином концентруються до її площині яка є, екватором галактичної координатної сітки. Якщо радіопульсари розташовуються поблизу галактичної площині, серед найбільш молодих зірок Галактики, то розумно думати, як і самі є молодими. Сувора періодичність прямування імпульсів, розташування у площині Галактики і молодість — усе це зближує радіопульсари з рентгенівськими пульсарами. Але в багатьох інші стосунки вони суттєво різняться друг від друга. Не в тому, що навколо лише випускають радіохвилі, інші рентгенівські промені. Найважливіше те, що радіопульсари — це одиночні, а чи не подвійні зірки. Фізика радиопульсаров мусить бути зовсім інший, ніж в барстеров чи рентгенівських пульсарів. Принципово іншим може бути джерело їх енергії. Випромінення пульсара Крабовидної туманності реєструється переважають у всіх діапазонах електромагнітних хвиль — від радіохвиль до гама-променів. Найбільше енергії він випускає саме у області гама-променів: E (10−11 Вт / м2.

Та більшість радиопульсаров реєструються завдяки випромінюванню в радіодіапазоні. До Крабовидної туманності: d = 6*1019 м, отже, можна знайти світність пульсара:

Джерело энергии.

Періодичність імпульсів радиопульсара витримується з дивовижною точністю. Це були найбільш точні годин у природі. Характерне час зміни періоду становить більшість пульсарів приблизно мільйон лет.

Обертання сповільнюється згодом, отже, витрачається енергія обертання. Кінетичну енергію обертання зірки можна було одержати за такою формулою: де М — маса зірки, V — характерна швидкість обертання. При типовому періоді 1 сек. і радіусі нейтронної зірки 10 000 м: E = 3*1039 Дж. Такий запас енергії обертання. Кінетична енергія обертання нейтронної зірки досить великий й вона спроможна служити резервуаром, з яких випромінювання черпає свою энергию.

Магнитно-дипольное излучение.

Нейтронна зірка може мати досить велика магнітним полем. Найімовірніше, полі має дипольный характер, яке вісь нахилена до осі обертання нейтронної зірки, як і в рентгенівського пульсара. Магнитнодипольное випромінювання давно вивчено в електродинаміки. Отже, обертова нейтронна зірка з похилим магнітним полем здатна випромінювати електромагнітні хвилі. У цьому енергія її обертання перетворюється на енергію излучения.

Магнитосфера.

Магнітосфера — обертове хмару заряджених частинок, навколишнє нейтронну зірку. Можливість і необхідність існування такої хмари довели американські астрофизики-теоретики П. Голдрайх і У. Джуліан. Народження і прискорення частинок, їхнім виокремленням магнітосферу, вимагає значної енергії, яка черпається з кінетичній енергії обертання нейтронної зірки. Теоретичний аналіз, пройдений П. Голдрайхом і У. Джуліаном, показує, що у це витрачається приблизно стільки ж енергії, як і на магнитно-дипольное излучение.

Основна частина енергії обертання, теряемой нейтронної зіркою, перетвориться над бачимо випромінювання пульсара, а енергію частинок, ускоряемых в магнітосфері нейтронної зірки. Радіопульсари є, таким чином, потужним джерелом частинок високих енергій. З часом пульсар втрачає свою енергію обертання і магнітну енергію, отже які і частота обертання, і магнітне полі нейтронної зірки убувають. Радіопульсари — це одиночні нейтронні зірки, а чи не члени тісних подвійних систем. І, тим щонайменше світіння, хоча й досить слабке, все-таки може виникати: L = 1024 Вт.

Пульсари і космічні лучи.

Ще 1934 р. У. Бааде і Ф. Цвіккі засвідчили її можливий зв’язок між спалахами наднових, нейтронними зірками та космічними променями — частинками високих енергій, які надходили на Землю з космічного простору. Найбільша енергія частки, зареєстрована космічних променях: E = 1020 еВ (10 Дж Середня концентрація частинок космічного проміння в міжзоряному просторі нашої Галактики оцінюється величиною: n (10−4 м3 Середня енергія частки: E (10−9 Дж (1010 еВ Щільність енергії космічного проміння, т. е. енергія частинок в одиниці обсягу: (E (10−13 Дж / м3.

Основною ж питання фізики космічного проміння від початку його розвитку — природа їхньою високою енергії. Він досі ще вирішене. Відкриття пульсарів, аналіз їхній електродинаміки, даних про частинках високої енергії в Крабовидної туманності — усе це свідчить про пульсари як у ефективний джерело космічних лучей.

Заключение

.

За відкриття пульсарів Ентоні Хьюишу 1974 року присуджували Нобелівську премію із фізики. Відкриття справді було видатного, і лише назва не було точним. Пульсари зовсім не від пульсують. Це назва дали їм тоді, коли ще вважали, що це зірки, які, подібно цефеидам, періодично розширюються і стискуються. Тепер ми знаємо, що пульсари — це які працюють нейтронні зірки. Проте назва прижилося. ———————————- [pic].

[pic].

[pic].

[pic].