Пульсар

Пульсар (від пульс та -ар як квазар)[1] — нейтронна зоря, яка обертається та має потужне магнітне поле, і тому є космічним джерелом пульсуючого електромагнітного випромінювання з магнітних полюсів[2]. Якщо промені з магнітних полюсів спрямовані на Землю, це випромінення може реєструватись на Землі у вигляді імпульсів — сплесків, які періодично повторюються (схоже на те, як світло від ліхтаря маяка можна побачити лише коли воно спрямовано у напрямку спостерігача).

Пульсація інтенсивності гамма-променів від пульсара Вітрил.
PSR B1509-58 – рентгенівське випромінювання, зняте обсерваторією Чандра показане золотим; інфрачервоне випромінювання, зняте WISE, показане червоним, зеленим та блакитним.

Перший пульсар відкрили Джоселін Белл і Ентоні Г'юїш 1967 року.

Нейтронні зорі дуже щільні та мають короткі, правильні періоди обертання. Це створює дуже регулярні точні інтервали між імпульсами, які можуть тривати від мілісекунд до секунд у окремих пульсарів. Періоди пульсарів роблять їх зручним інструментом для астрономів. Спостереження пульсару у бінарній системі нейтронних зірок були використані для непрямого підтвердження існування гравітаційного випромінення. Перші екзопланети були відкриті довкола пульсара PSR B1257+12.
На думку журналіста Волтера Салівана швидкісні пульсари, відкриті на початку 1980-х у сузір'ї Лисички, точніші за атомні годинники[3].

Пульсари розглядали як одні з кандидатів у джерела космічних променів надвисоких енергій (див.також центрифужний механізм прискорення).

Види пульсарів

Більшість пульсарів спостерігаються в радіодіапазоні. В наш час[коли?] відомо понад 1000 пульсарів (зокрема в Паркському огляді було зареєстровано 1031 пульсар[джерело?]). Радіопульсар є кінцевою стадією еволюції одиночної[джерело?] масивної зорі. Нейтронна зоря утворюється в результаті вибуху наднової. Вибух є асиметричним[джерело?], тому швидкості радіопульсарів часто перевищують 300 км/с. З часом період радіопульсара збільшується, а потужність випромінювання спадає. Навколо багатьох радіопульсарів спостерігаються газові оболонки, сформовані пульсарним вітром[джерело?] — плеріони.

У радіопульсарів спостерігаються стрибкоподібні зменшення періодів — глітчі[джерело?]. Їх намагаються пояснювати перебудовою внутрішньої структури нейтронної зорі, наприклад зсувами кори (зоретрусами) або фазовими переходами ядерної речовини.

У 1991—1994 роках поблизу пульсарів PSR B1257+12 у Діві і PSR B1620-26 у Скорпіоні відкрито 4 планети за доплерівським зсувом радіовипромінювання.

Особливий інтерес становлять спостереження пульсарів, що входять до складу подвійних систем. Перший подвійний радіопульсар відкрито 1972 року Халсом і Тейлором. У 2004 відкрито систему з 2 нейтронних зір, причому з обох спостерігається пульсуюче радіовипромінювання. Спостереження таких систем дозволяють виявити втрати енергії за рахунок випромінювання гравітаційних хвиль, які передбачаються загальною теорією відносності.

1967 відкрито перший рентгенівський пульсар — Центавр X-3. Більшість відомих рентгенівських пульсарів (близько 40) входять до складу тісних подвійних систем і мають акреційні диски. Відомі також одиночні рентгенівські пульсари — магнетари. Вони мають магнітне поле в 1000 разів більше, ніж у звичайних нейтронних зір і проявляються у вигляді аномальних рентгенівських пульсарів і джерел повторювальних гамма-спалахів.

Магнітосфера пульсара

Магнітосфера пульсара складається з електронно-позитронної плазми, яка рухається в магнітному полі нейтронної зорі. Зовнішня межа магнітосфери — світловий циліндр, на якому лінійна швидкість обертального руху плазми досягає швидкості світла. Магнітосфера пульсара має порядок розміру Землі — десятки тисяч кілометрів. Потужне магнітне поле нейтронної зорі індукує поблизу її поверхні електричне поле. Найбільше електричне й магнітне поле досягається в полярній шапці поблизу магнітної осі. Розмір полярної шапки приблизно 1 км. Електронно-позитронні пари народжуються з вакууму під дією електричного поля в приповерхневому шарі висотою близько 100 метрів. Заряджені частинки рухаються вздовж магнітних силових ліній. Деякі магнітні силові лінії обриваються на світловому циліндрі. Тому заряди, які по них рухалися, стікають по поверхні циліндра і далі по останній замкненій силовій лінії (сепаратрисі) на поверхню нейтронної зорі. Під час руху поверхнею заряди викликають пондеромоторну силу, яка сповільнює обертання зорі. Таким чином енергія на утворення і випромінення магнітосфери отримується з кінетичної енергії обертання. Плазма вморожена в магнітне поле, електрони під час руху вздовж силових ліній зазнають прискорення й випромінюють. Поблизу поверхні нейтронної зорі енергія квантів випромінювання сягає 1012 еВ, а на світловому циліндрі вона спадає до радіодіапазону. Так утворюється випромінювання пульсара[джерело?].

Пульсарні відскакування

Пульсарне відскакування (англ. pulsar kick) — спостережуваний феномен, суть якого полягає в тому, що нейтронні зорі — залишки наднових — рухаються з надмірно великими швидкостями щодо навколишніх зір. За оцінками просторового розподілу багато радіопульсарів мають швидкості близько 30-40 км/с. Також відомо немало пульсарів зі швидкостями 200-500 км/с, а у деяких випадках оцінки швидкостей сягають 2000 км/с. Наприклад, зоря B1508+55 має швидкість 1100 км/с та траєкторію, спрямовану назовні Галактики. Дуже переконливий зразок пульсарного відскакування можна спостерігати в туманності Гітара, де ударна хвиля, генерована пульсаром, рухається відносно туманності — залишку наднової — зі швидкістю 800 км/с[джерело?].

Існує дві основних гіпотези виникнення таких великих швидкостей[джерело?]. Згідно з однією з них вони з'являються внаслідок розпаду подвійних систем (ефект Блаау). Якщо вибух у подвійній системі відбувається миттєво, швидкість, яку набувають зорі, що розлітаються, повністю визначається їх початковими та остаточними масами, періодами обертання та ексцентриситетом. Припустимо, маємо систему, що складається з гелієвої зорі масою 10 M☉ та нейтронної зорі масою 1 Mʘ. Під час колапсу гелієва зоря скине 90% своєї маси, і система розлетиться. При цьому швидкості компонентів можуть бути близькими до початкових (але не перевищуватимуть їх). Максимальна швидкість нейтронної зорі в такій системі сягає 500 км/с, при цьому швидкість гелієвої зорі буде близько 50 км/с. Механізм Блаау разом із сучасним сценарієм еволюції подвійних систем може пояснити швидкості до 700 км/с. Один з головних наслідків цієї теорії — нейтронна зоря, яка швидко рухається, має бути старою. Якщо досліджуваний радіопульсар має теплове рентгенівське випромінювання, що пов'язане з охолодженням пульсара і свідчить про його молодість, механізм Блаау для цієї зорі можна відкинути.

За гіпотезою Шкловського пульсарні відскакування виникають внаслідок асиметрії у вибуху наднової. Якщо припустити, що під час колапсу частина енергії виділяється анізотропно, то із закону збереження імпульсу можна вирахувати, що швидкості можуть сягати 3000 км/с[джерело?]. Існують різноманітні гіпотези щодо причин такої асиметрії. Чугай (1984) помітив, що в потужному магнітному полі нейтронної зорі, що формується, має проявлятися ефект несиметричного випромінювання нейтрино[джерело?]. Детальні розрахунки показують, що навіть у надпотужних магнітних полях за рахунок цього ефекту неможливо досягнути швидкостей понад 100 км/с[джерело?]. Однак в останні роки інтенсивно розвиваються моделі несиметричного випромінювання нейтрино. В моделі Кусенко пульсарне відскакування обумовлене випромінюванням стерильного нейтрино, що є одним із кандидатів у темну матерію[джерело?].

Другий можливий механізм, запропонований Липуновим (1983) — припливне викривлення зорі, що колапсує. Але цей ефект може бути суттєвим лише в маломасивних подвійних системах з білими карликами. За оцінками такий механізм може давати швидкості до кількох тисяч кілометрів на секунду. Також як можливий механізм розглядається несиметричній підпал речовини білого карлика внаслідок викривлення його форми.

Література
  • Липунов В. М. Астрофизика нейтронных звёзд. Москва: Наука, 1987.

Примітки
  1. Definition of PULSAR. www.merriam-webster.com.
  2. NASA's NICER Delivers Best-ever Pulsar Measurements, 1st Surface Map.
  3. Sullivan, Walter (9 лютого 1983). PULSAR TERMED MOST ACCURATE 'CLOCK' IN SKY. NY Times. The New York Times. Процитовано 15 січня 2018.

Посилання
Зовнішні відеофайли
1. Як народжуються та існують нейтронні зорі // Канал «Цікава наука» на YouTube, 31 травня 2020.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.