0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое нейтронные звезды и как они устроены

Что такое нейтронные звезды и как они устроены?

Ясное ночное небо усеяно бессчетным количеством звезд. И среди всевозможных разновидностей удаленных от колыбели человечества и разбросанных в бесконечном пространстве Вселенной далеких солнц, галактик, черных дыр и иных любопытных объектов отдельной категорией идут космические тела, удивляющие собственными характеристиками, ибо обладают впечатляющей массой при поразительно невеликих габаритах. О том, что представляет собой нейтронная звезда, астрономический объект, продолжающий беспокоить пытливые умы ученых, — в материале 24СМИ.

Будущие сверхновые могут «линять»

Затухание сверхновых обычно происходит всего за несколько недель или месяцев, однако ученые смогли в деталях изучить иной механизм космических взрывов, известных как быстро развивающиеся оптические транзиенты (fast-evolving luminous transient, FELT). Об этих взрывах известно давно, однако они происходят так быстро, что долгое время их не удавалось изучить подробно. На пике светимости эти вспышки сравнимы со сверхновыми типа Ia, но протекают они гораздо быстрее. Максимальной яркости они достигают менее чем за десять дней, а меньше чем через месяц полностью исчезают из виду.

Изучить явление помог космический телескоп «Кеплер». FELT случившийся в 1,3 миллиарда световых лет от нас и получивший обозначение KSN 2015K, оказался экстремально коротким даже по меркам этих скоротечных вспышек. Нарастание блеска заняло всего 2,2 дня, и всего 6,8 дней яркость превышала половину максимума. Ученые выяснили, что такая интенсивность и скоротечность свечения не вызвана распадом радиоактивных элементов, магнетаром или черной дырой, которые могли бы находиться поблизости. Оказалось, что речь идет о взрыве сверхновой в «коконе».

На последних стадиях жизни звезды могут сбрасывать с себя внешние слои. Обычно так расстаются со своим веществом не слишком массивные светила, которым не грозит перспектива взорваться. Но и с будущими сверхновыми, по-видимому, может случиться эпизод такой «линьки». Эти последние стадии жизни звезд еще недостаточно изучены. Ученые объясняют, что когда ударная волна от взрыва сверхновой сталкивается с веществом сброшенной оболочки — происходит FELT.

Состав нейтронных звезд

Точная информация о составе нейтронных звезд отсутствует. На сегодняшний день ученые-астрофизики при изучении подобных объектов пользуются рабочей моделью, предложенной физиками – ядерщиками.

Строение нейтронной звезды

Предположительно, звездное вещество в результате коллапса трансформируется в нейтронную, сверхтекучую жидкость. Этому способствует огромное гравитационное притяжение, оказывающее постоянное давление на вещество. Такая «ядерная жидкая субстанция» называется вырожденный газ и в 1000 раз плотнее воды. Атомы вырожденного газа состоят из ядра и электронов, вращающихся вокруг него. При нейтронизации внутреннее пространство атомов под воздействием сил гравитации исчезает. Электроны сливаются с ядром, образуя нейтроны. Устойчивость сверхплотной субстанции придает внутренняя гравитация. В противном случае неизбежно началась бы цепная реакция, сопровождающаяся ядерным взрывом.

Читать еще:  Фосфорная бомба: принцип действия и последствия

Чем ближе к внешнему краю звезды, тем меньше температура и давление. В результате сложных процессов происходит «остывание» нейтронной субстанции, из которой интенсивно выделяются ядра железа. Коллапс и последующий взрыв является фабрикой планетарного железа, которое распространяется в космическом пространстве, становясь строительным материалом при формировании планет.

Классификация

Разумеется, нейтронные звезды, как и любые другие объекты, делятся на виды. Хотя учёные установили, что они могут за свою жизнь изменяться.

В основном на их развитие влияют скорость вращения вокруг своей оси и магнитное поле. Так как собственное вращение со временем тормозится, а магнитное поле слабеет, то другие свойства и процессы также меняются.

Нейтронные звезды, их типы и примеры

Радиопульсары или, по-другому, эжекторы обладают высокой вращательной скоростью и сильными магнитными полями. Они, так сказать, выталкивают заряженные релятивистские частицы, излучаемые в радиодиапазоне. Кстати, первым из данного вида звёздных тел открыли радиопульсар PSR B1919+21.

Пульсар

Пропеллеры, напротив, не выделяют заряженные частицы. Однако из-за высокой скорости вращения и силы магнитной области вещество поддерживается над поверхностью. Правда, данный тип светил сложно обнаружить и он мало изучен.

Рентгеновский пульсар или аккретор отличается тем, что в нём вещество попадает на поверхность. Потому как небольшой темп оборотов позволяет ему спускаться, но уже в состоянии плазмы. В свою очередь, она нагревается благодаря магнитному полю. Как следствие, это вещество ярко светится в рентгеновском диапазоне.

А вот пульсация возникает в результате вращения, при котором происходит затмение горячей материи. К примеру, первый аккретор — Центавр X-3 не только имел пульсацию своей яркости, но и постоянно менял период колебаний.

Рентгеновский пульсар

Георотатор имеет малую вращательную скорость, что вызывает приращение массы тела с помощью силы гравитации вещества (газа) из окружающего пространства. Такой процесс, между прочим, называется аккрецией.

Несмотря на это, границы области вокруг небесного тела позволяют магнитному полю удерживать плазму до того, как она окажется на поверхности.

Георотатор

Эргозвезда, на самом деле, представляет собой теоретически возможный тип. По мнению учёных, такой объект может сформироваться при слиянии или столкновении нейтронных звёзд.

Предполагают, что в ней имеется эргосфера, то есть область пространства-времени, расположенная рядом с чёрной дырой. Она, по идее, лежит где-то между горизонтом событий и пределом статичности. Проще говоря, подобные объекты имеют место быть, но это не точно.

7. В Млечном Пути есть около двух тысяч известных пульсаров

Согласно оценкам, основанным на количестве взрывов сверхновых, в нашей галактике Млечный Путь должно присутствовать по меньшей мере 100 миллионов нейтронных звезд. Однако на сегодняшний день астрономы обнаружили лишь менее двух тысяч пульсаров (наиболее распространенный тип нейтронной звезды).

Читать еще:  Ханомаг: бронетранспортер sdkfz 250 и 251, 1939 года, бтр изнутри

Этот огромный контраст в численности мог быть вызван их возрастом. Нейтронным звездам, как правило, миллиарды лет, что дает им достаточное время для охлаждения. Без необходимой энергии для излучения на разных длинах волн многие пульсары становятся почти невидимыми для наших спутников. Даже молодые пульсары могут остаться незамеченными из-за их узкого поля излучения.

«Магнитные» звезды

Звезды этого класса характеризуются невероятно сильным магнитным полем, что в миллионы раз превосходит по мощности любой созданный искусственно магнит и в триллион раз — поле Земли. При этом диаметр этих тел почти не отличается от такового у нейтронных светил и равен 10-20 км.

В 1980-е годы прошлого века появилась гипотеза, что мягкие гамма-ретрансляторы и аномальные рентгеновские пульсары являются разновидностью магнетаров.

О существовании рассматриваемых объектов стали подозревать в 1979 году, когда два советских космических беспилотника, сброшенных в атмосферу Венеры, оказались поражены колоссальным гамма-излучением. Это событие привело к тому, что ученые зафиксировали аномальные цифры – вместо привычных 100 импульсов в секунду демонстрировались показатели в 200 тысяч. Произошедшее событие назвали мощнейшей волной внесолнечных гамма-излучений из когда-либо замеченных.

Как все произошло?

17 августа 2017 года, в 15:41:04 по московскому времени детектор обсерватории LIGO в Хенфорде (Вашингтон) услышал рекордно длинную гравитационную волну — сигнал продолжался около ста секунд. Это очень большой промежуток времени — для сравнения, предыдущие четыре фиксации гравитационных волн длились не дольше трех секунд. Сработала автоматическая программа оповещения. Астрономы проверили данные: оказалось, что второй детектор LIGO (в Луизиане) тоже зафиксировал волну, но автоматический триггер не сработал из-за краткосрочных шумов.

На 1,7 секунды позже детектора в Хенфорде, независимо от него, сработала автоматическая система телескопов «Ферми» и «Интеграл» — космических гамма-обсерваторий, наблюдающих одни из самых высокоэнергетических событий во Вселенной. Приборы обнаружили яркую вспышку и примерно определили ее координаты. В отличие от гравитационного сигнала, вспышка длилась всего две секунды. Интересно, что российско-европейский «Интеграл» заметил гамма-всплеск «боковым зрением» — «защитными кристаллами» основного детектора. Тем не менее, это не помешало триангуляции сигнала.

Примерно через час LIGO разослал сведения о возможных координатах источника гравитационных волн в обсерватории по всему миру — установить эту область удалось благодаря тому, что сигнал не был зарегистрирован европейским гравитационным детектором Virgo. По задержкам, с которыми детекторы начали получать сигнал, стало ясно, что, вероятнее всего, источник находится в южном полушарии. Изначальная область, рекомендуемая для поиска, достигала 28 квадратных градусов, что эквивалентно сотням площадей Луны.

Следующим этапом было объединение данных гамма- и гравитационных обсерваторий воедино и поиск точного источника излучения. Так как ни гамма-телескопы, ни тем более гравитационные не позволяли найти требуемую точку с большой точностью, физики инициировали сразу несколько оптических поисков. Один из них — с помощью роботизированной системы телескопов «МАСТЕР», разработанной в ГАИШ МГУ.

Читать еще:  Советский броневик ба-3 1934 года выпуска

Обнаружить среди тысяч возможных кандидатов нужную вспышку удалось чилийскому метровому телескопу Swope — почти через 11 часов после гравитационных волн. Астрономы зафиксировали новую светящуюся точку в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры, ее яркость не превышала 17 звездной величины. Такой объект вполне доступен для наблюдения в полупрофессиональные телескопы.

В течение примерно часа после этого, независимо от Swope, источник нашли еще четыре обсерватории, в том числе аргентинский телескоп сети «МАСТЕР». После этого началась масштабная наблюдательная кампания, к которой присоединились телескопы Южной европейской обсерватории, «Хаббл», «Чандра», массив радиотелескопов VLA и множество других приборов — в сумме более 70 групп ученых наблюдали за развитием событий. Через девять дней астрономам удалось получить изображение в рентгеновском диапазоне, а через 16 дней — в радиочастотном. К сожалению, через некоторое время Солнце приблизилось к галактике и в сентябре наблюдения стали невозможными.

Классификационное соотнесение

Процесс, в рамках которого нейтронная звезда взаимодействует с окружающим веществом, определяется посредством двух базовых параметров:

  • период вращения;
  • величина, которую имеет магнитное поле.

С течением времени происходит расходование звездой её вращательной энергии, поэтому скорость становится всё меньше и меньше, как и само магнитное поле. В связи с этими обстоятельствами нейтронная звезда на протяжении всей длительности своего существования может менять тип.

Эжектор

Для него характерны внушительные магнитные поля и незначительное время вращения. При достижении определённого радиуса происходит приближение линейной скорости вращения к скоростному режиму света. В итоге за радиусом цилиндра светового отсутствует возможность существования дипольного поля, поэтому происходит обрыв линий напряжённости.

Частицы, имеющие заряд, движущиеся по направлению вдоль силовых линий, могут отходить от звезды и поступить в пространство между светилами. Также нейтронная звезда этого типа способна извергать частицы с зарядом, излучающиеся в радиодиапазоне.

Пульсара 4U 0142+61 в представлении художника

Пропеллер

Скорость вращения является недостаточно большой, поэтому светило не может относиться к прежней группе. Но она велика, поэтому материя, которая окружает рассматриваемое космическое тело, не падает. Нейтронная звезда такого типа не обладает какими-либо фактическими проявлениями, поэтому изучена недостаточно хорошо.

Пульсар рентгеновский

Происходит чрезмерное снижение скорости, поэтому вещество может падать на такое светило без особых препятствий. В процессе падения, достигая плазматического состояния, данное вещество движется вдоль линий магнитного поля, а затем сталкивается со звездной твердой поверхностью в области полюсов светила. Это способствует его разогреванию. Крайне высокие температуры заставляют звезду ярко светиться.

Территория, в которой падающая субстанция сталкивается с поверхностью рассматриваемого объекта, имеет небольшие размеры, составляющие всего 100 м. Данное пятно является горячим по причине вращения звезды. На какой-то период времени оно может пропадать из вида, поэтому дают о себе знать регулярные пульсации рентгеновского излучения. Отсюда и произошло название данной группы светил.

Таким образом, рассматриваемое космическое тело, несмотря на проведение большого количества исследований, до конца не изучено и требует множества уточнений.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector