Kas ir pulsārs? Neitronu zvaigzne Kad tika atklāts pirmais pulsārs
Supernovas paliekas Korma-A, kuras centrā ir neitronu zvaigzne
Neitronu zvaigznes ir masīvu zvaigžņu paliekas, kas sasniegušas sava evolūcijas ceļa beigas laikā un telpā.
Šie interesantie objekti ir dzimuši no kādreiz masīviem milžiem, kas ir četras līdz astoņas reizes lielāki par mūsu Sauli. Tas notiek supernovas sprādzienā.
Pēc šāda sprādziena ārējie slāņi tiek izmesti kosmosā, kodols paliek, bet tas vairs nespēj atbalstīt kodolsintēzi. Bez ārēja spiediena no pārklājošajiem slāņiem tas sabrūk un katastrofāli saraujas.
Neskatoties uz to nelielo diametru - aptuveni 20 km, neitronu zvaigznes lepojas ar 1,5 reizes lielāku masu nekā mūsu Saule. Tādējādi tie ir neticami blīvi.
Neliela karote zvaigžņu vielas uz Zemes svērtu aptuveni simts miljonus tonnu. Tajā protoni un elektroni tiek apvienoti neitronos – šo procesu sauc par neitronizāciju.
Savienojums
To sastāvs nav zināms; tiek pieņemts, ka tie var sastāvēt no superšķidra neitronu šķidruma. Viņiem ir ārkārtīgi spēcīga gravitācijas pievilkšanās spēks, kas ir daudz spēcīgāks nekā Zemei un pat Saulei. Šis gravitācijas spēks ir īpaši iespaidīgs, jo tam ir mazs izmērs.
Visi no tiem griežas ap asi. Saspiešanas laikā tiek saglabāts griešanās leņķiskais impulss, un, samazinoties izmēram, palielinās griešanās ātrums.
Milzīgā griešanās ātruma dēļ ārējā virsma, kas ir cieta “garoza”, periodiski rodas plaisas un “zvaigžņutrīces”, kas palēnina griešanās ātrumu un izgāž “lieko” enerģiju kosmosā.
Pārliecinošais spiediens, kas pastāv kodolā, var būt līdzīgs tam, kas pastāvēja lielā sprādziena laikā, bet diemžēl to nevar simulēt uz Zemes. Tāpēc šie objekti ir ideālas dabas laboratorijas, kurās varam novērot uz Zemes nepieejamas enerģijas.
radio pulsāri
Radio pulsārus 1967. gada beigās atklāja maģistrantūras studente Džoslina Bela Bērnela kā radio avotus, kas pulsē nemainīgā frekvencē.
Zvaigznes izstarotais starojums ir redzams kā pulsējošs starojuma avots jeb pulsārs.
Shematisks neitronu zvaigznes rotācijas attēlojums
Radiopulsāri (vai vienkārši pulsāri) ir rotējošas neitronu zvaigznes, kuru daļiņu strūklas pārvietojas gandrīz ar gaismas ātrumu, piemēram, griežas bākas stars.
Pēc nepārtrauktas rotācijas vairākus miljonus gadu pulsāri zaudē savu enerģiju un kļūst par normālām neitronu zvaigznēm. Mūsdienās ir zināmi tikai aptuveni 1000 pulsāru, lai gan galaktikā to var būt simtiem.
Radio pulsārs krabju miglājā
Dažas neitronu zvaigznes izstaro rentgena starus. Slavenais Krabja miglājs ir labs šāda objekta piemērs, kas izveidojās supernovas sprādziena laikā. Šis supernovas sprādziens tika novērots mūsu ēras 1054. gadā.
Pulsar vējš, Chandra video
Radio pulsārs Krabja miglājā, kas fotografēts ar Habla kosmosa teleskopu caur 547 nm filtru (zaļā gaisma) no 2000. gada 7. augusta līdz 2001. gada 17. aprīlim.
magnetāri
Neitronu zvaigznēm ir miljoniem reižu spēcīgāks magnētiskais lauks nekā spēcīgākajam uz Zemes radītajam magnētiskajam laukam. Tos sauc arī par magnetāriem.
Planētas netālu no neitronu zvaigznēm
Līdz šim ir zināms, ka planētas ir četras. Kad tas atrodas binārā sistēmā, ir iespējams izmērīt tā masu. No šīm binārajām sistēmām radio vai rentgenstaru diapazonā izmērītās neitronu zvaigžņu masas bija aptuveni 1,4 reizes lielākas par Saules masu.
Dubultās sistēmas
Dažos rentgenstaru bināros ir redzams pavisam cita veida pulsārs. Šajos gadījumos neitronu zvaigzne un parastā zvaigzne veido bināro sistēmu. Spēcīgs gravitācijas lauks izvelk materiālu no parastas zvaigznes. Materiāls, kas uz tā nokrīt akrecijas procesa laikā, uzkarst tik ļoti, ka rada rentgena starus. Impulsu rentgena stari ir redzami, kad rotējoša pulsāra karstie punkti iet caur redzes līniju no Zemes.
Binārām sistēmām, kas satur nezināmu objektu, šī informācija palīdz atšķirt, vai tā ir neitronu zvaigzne vai, piemēram, melnais caurums, jo melnie caurumi ir daudz masīvāki.
Astronomi debesis ir pētījuši kopš neatminamiem laikiem. Taču tikai ar ievērojamu lēcienu tehnoloģiju attīstībā zinātnieki spēja atklāt objektus, par kuriem iepriekšējās astronomu paaudzes pat nebija iedomājušās. Daži no tiem ir kvazāri un pulsāri.
Neskatoties uz milzīgajiem attālumiem līdz šiem objektiem, zinātniekiem izdevās izpētīt dažas to īpašības. Bet, neskatoties uz to, viņi joprojām slēpj daudz neatrisinātu noslēpumu.
Kas ir pulsāri un kvazāri
Pulsārs, kā izrādījās, ir neitronu zvaigzne. Tās pionieri bija E. Huišs un viņa absolvents D. Bels. Viņi spēja noteikt impulsus, kas ir šaura virziena starojuma plūsmas, kas kļūst redzamas pēc noteiktiem laika intervāliem, jo šis efekts rodas neitronu zvaigžņu rotācijas dēļ.
Zvaigznes magnētiskā lauka un tās blīvuma ievērojama sablīvēšanās notiek tās saspiešanas laikā. To var samazināt līdz vairākiem desmitiem kilometru, un tādos brīžos rotācija notiek ar neticami lielu ātrumu. Šis ātrums dažos gadījumos sasniedz sekundes tūkstošdaļas. No šejienes nāk elektromagnētiskā starojuma viļņi.
Kvazārus un pulsārus var saukt par neparastākajiem un noslēpumainākajiem astronomijas atklājumiem. Neitronu zvaigznes (pulsāra) virsmā ir mazāks spiediens nekā tās centrā, tāpēc neitroni sadalās elektronos un protonos. Spēcīga magnētiskā lauka klātbūtnes dēļ elektroni tiek paātrināti līdz neticamam ātrumam. Dažreiz šis ātrums sasniedz gaismas ātrumu, kā rezultātā elektroni tiek izmesti no zvaigznes magnētiskajiem poliem. Divi šauri elektromagnētisko viļņu stari - tieši tā izskatās lādētu daļiņu kustība. Tas ir, elektroni izstaro starojumu to virziena virzienā.
Turpinot ar neitronu zvaigznēm saistīto neparasto parādību uzskaitījumu, jāatzīmē to ārējais slānis. Šajā sfērā ir vietas, kurās kodols nevar tikt iznīcināts nepietiekama vielas blīvuma dēļ. Tā sekas ir tādas, ka blīvāko garozu klāj kristāliskas struktūras veidošanās. Rezultātā uzkrājas spriegums un noteiktā brīdī šī blīvā virsma sāk plaisāt. Zinātnieki šo parādību sauc par "zvaigžņutrīci".
Pulsāri un kvazāri joprojām ir pilnībā neizpētīti. Bet, ja pārsteidzoši pētījumi mums ir stāstījuši par pulsāriem vai t.s. neitronu zvaigznēm ir daudz jaunu lietu, kvazāri tur astronomus nezināmā spriedzē.
Pirmo reizi pasaule par kvazāriem uzzināja 1960. gadā. Atklājumā teikts, ka tie ir objekti ar maziem leņķa izmēriem, kuriem raksturīgs augsts spožums, un pēc klases tie pieder pie ekstragalaktiskajiem objektiem. Tā kā tiem ir diezgan mazs leņķiskais izmērs, daudzus gadus tika uzskatīts, ka tās ir tikai zvaigznes.
Precīzs atklāto kvazāru skaits nav zināms, taču 2005. gadā tika veikti pētījumi, kuros bija 195 000 kvazāru. Pagaidām nekas par tiem izskaidrojams nav zināms. Ir daudz pieņēmumu, taču nevienam no tiem nav pierādījumu.
Astronomi ir noskaidrojuši tikai to, ka laika intervālā, kas ir mazāks par 24 stundām, to spilgtums iezīmē pietiekamu mainīgumu. Saskaņā ar šiem datiem var atzīmēt to salīdzinoši nelielo emisijas apgabala izmēru, kas ir salīdzināms ar Saules sistēmas izmēru. Atrastie kvazāri pastāv līdz 10 miljardu gaismas gadu attālumā. Tos bija iespējams redzēt to augstākā spilgtuma līmeņa dēļ.
Mūsu planētai tuvākais šāds objekts atrodas aptuveni 2 miljardu gaismas gadu attālumā. Iespējams, nākotnes pētījumi un jaunākās tajos izmantotās tehnoloģijas sniegs cilvēcei jaunas zināšanas par kosmosa baltajiem plankumiem.
Prognozējuši teorētiķi, jo īpaši akadēmiķis L. A. Landau 1932. gadā.
Zvaigžņu pārvērtības
Zvaigznes nav mūžīgas. Atkarībā no tā, kāda bija zvaigzne un kā noritēja tās pastāvēšana, zvaigzne pagriezīsies vai iekšā baltais punduris, vai iekšā neitronu zvaigzne. Neitronu zvaigžņu pulsārs. Ja zvaigzne sabrūk, tā veidojas melnais caurums kosmosā.Melnais caurums. Šīs ir akadēmiķa izstrādātās idejas par zvaigžņu "nāvi". Jā, B. Zeldovičs un viņa skolēni. Baltie punduri ir zināmi ļoti ilgu laiku. Trīs gadu desmitus par šo prognozi ir notikušas pretrunas. Strīdi, bet ne meklējumi. Bija bezjēdzīgi meklēt neitronu zvaigznes, izmantojot uz zemes izvietotas observatorijas: tās, iespējams, neizstaro redzamus starus, un citu elektromagnētiskā spektra daļu stari ir bezspēcīgi, lai pārvarētu zemes atmosfēras bruņoto vairogu.
Visums no kosmosa
Meklēšana sākās tikai tad, kad kļuva iespējams apskatīt Visums no kosmosa. 1967. gada beigās astronomi veica sensacionālu atklājumu. Noteiktā debess punktā tas pēkšņi iedegās un pēc sekundes simtdaļām nodzisa punktveida radio staru avots. Apmēram pēc sekundes zibspuldze atkārtojās. Šie atkārtojumi sekoja viens otram ar kuģa hronometra precizitāti. Šķita, ka cauri Visuma melnajai naktij kāda attāla bāka mirkšķināja novērotājiem. Tad kļuva zināms diezgan daudz šādu bāku. Izrādījās, ka tie bija atšķirīgi. staru impulsu periodiskums, starojuma sastāvs. Vairums pulsāri- kā sauca šīs jaunatklātās zvaigznes - kopējais ilgums bija no ceturtdaļas sekundes līdz četrām sekundēm. Mūsdienās zinātnei zināmo pulsāru skaits ir aptuveni 2000. Un jaunu atklājumu iespējas nebūt nav izsmeltas. Pulsāri ir neitronu zvaigznes. Grūti iedomāties kādu citu mehānismu, ar dzelžainu precizitāti, kas aizdedzina un nodzēš pulsāra zibspuldzi, nevis pašas zvaigznes rotāciju. Vienā zvaigznes pusē ir "uzstādīts" starojuma avots, un ar katru apgriezienu ap savu asi izmestais stars uz brīdi nokrīt uz mūsu Zemes. Bet kādas zvaigznes spēj griezties ar ātrumu vairāki apgriezieni sekundē? Neitrons - un neviens cits. Mūsējais, piemēram, veic vienu apgriezienu gandrīz 25 dienās; palieliniet ātrumu - un centrbēdzes spēki to vienkārši saplosīs, sagraus gabalos.Saullēkts. Tomēr tālāk neitronu zvaigznes, viela tiek saspiesta līdz blīvumam, kas normālos apstākļos nav iedomājams. Katrs neitronu zvaigznes matērijas kubikcentimetrs sauszemes apstākļos svērtu no 100 tūkstošiem līdz 10 miljardiem tonnu! Fatāla saspiešana krasi samazina zvaigznes diametru. Ja savā starojuma dzīvē zvaigznēm ir simtiem tūkstošu un miljonu kilometru diametrs, tad neitronu zvaigžņu rādiuss reti pārsniedz 20-30 kilometrus. Tik mazu “spararatu”, kas arī stingri kniedēts ar universālās gravitācijas spēkiem, var griezt pat ar ātrumu vairāki apgriezieni sekundē - tas nesadalīsies. Neitronu zvaigznei jāgriežas ļoti ātri. Vai esat redzējuši, kā balerīna griežas, pieceļoties uz viena pirksta un cieši turot rokas pie ķermeņa? Bet tad viņa izpleta rokas – viņas rotācija uzreiz palēninājās. Fiziķis teiks: inerces moments ir palielinājies. Neitronu zvaigznē, samazinoties tās rādiusam, inerces moments, gluži pretēji, samazinās, tā it kā “piespiež rokas” arvien tuvāk ķermenim. Tajā pašā laikā tā griešanās ātrums strauji palielinās. Un, kad zvaigznes diametrs samazinās līdz iepriekš norādītajai vērtībai, tās apgriezienu skaitam ap asi vajadzētu izrādīties tieši tādam pašam kā “pulsāra efekts”. Fiziķi labprāt atrastos uz neitronu zvaigznes virsmas un veiktu dažus eksperimentus. Galu galā tur ir jāpastāv tādiem apstākļiem, kādiem nekur citur nav: fantastiska gravitācijas lauka vērtība un fantastisks magnētiskā lauka stiprums. Pēc zinātnieku domām, ja sarūkošai zvaigznei magnētiskais lauks bija ļoti pieticīgs - viens oersted (Zemes magnētiskais lauks, apzinīgi pagriežot zilo kompasa adatu uz ziemeļiem, ir vienāds ar aptuveni pusi oersted), tad neitronu zvaigznes lauks. spēks var sasniegt 100 miljonus un triljonus oerstedu ! 20. gados, strādājot slavenā padomju fiziķa akadēmiķa E. Raterforda laboratorijā. P. L. Kapica nodot pieredzi, iegūstot īpaši spēcīgu magnētisko lauku. Viņam izdevās iegūt nepieredzēta stipruma magnētisko lauku divu kubikcentimetru apjomā - līdz 320 tūkstošiem oerstedu. Protams, tagad šis rekords ir pārspēts. Ar vissarežģītākajiem trikiem, uz vienas solenoīda spoles nolaižot veselu elektrisko niagaru - miljona kilovatu jaudu - un vienlaikus uzspridzinot pulvera palīglādiņu, viņiem izdodas iegūt magnētiskā lauka stiprumu līdz pat 25 miljoni oerstedu. Šis lauks ir vairākas sekundes miljondaļas. Un uz neitronu zvaigznes ir iespējams pastāvīgs lauks, kas ir tūkstošiem reižu lielāks!
Neitronu zvaigznes uzbūve
Padomju zinātnieks akadēmiķis V. L. Ginzburga uzzīmēja diezgan detalizētu attēlu neitronu zvaigznes struktūras. Tās virsmas slāņiem jābūt cietā stāvoklī, un jau kilometra dziļumā, paaugstinoties temperatūrai, cietā garoza jāaizstāj ar neitronu šķidrumu, kas satur kādu protonu un elektronu piejaukumu, šķidrumu ar pārsteidzošām īpašībām, superšķidrumu. un supravadošs.Neitronu zvaigznes pulsāra struktūra. Sauszemes apstākļos vienīgais superšķidruma piemērs ir tā sauktā hēlija-2, šķidrā hēlija, uzvedība temperatūrā, kas ir tuvu absolūtai nullei. Hēlijs-2 spēj uzreiz izplūst no trauka caur mazāko caurumu, spēj, neievērojot gravitāciju, uzkāpt pa mēģenes sieniņu. Supravadītspēja ir zināma arī sauszemes apstākļos tikai ļoti zemā temperatūrā. Tāpat kā superfluiditāte mūsu apstākļos tā ir elementārdaļiņu pasaules likumu izpausme. Pašā neitronu zvaigznes centrā, pēc akadēmiķa V. L. Ginzburga domām, var atrasties kodols, kas nav superšķidrs un nav supravadošs. Divi milzu lauki - gravitācijas un magnētiskais - rada sava veida vainagu ap neitronu zvaigzni. Zvaigznes rotācijas ass nesakrīt ar magnētisko asi, un tas izraisa "pulsāra efektu". Ja iedomājamies, ka Zemes magnētiskais pols, (vairāk:
Neitronu zvaigzne ir ļoti dīvains objekts ar diametru 20 kilometri, šī ķermeņa masa ir salīdzināma ar sauli, viens grams neitronu zvaigznes uz zemes svērtu vairāk nekā 500 miljonus tonnu! Kas ir šie objekti? Tie tiks apspriesti rakstā.
Neitronu zvaigžņu sastāvs
Šo objektu sastāvs (saprotamu iemeslu dēļ) līdz šim ir pētīts tikai teorijā un matemātiskajos aprēķinos. Tomēr daudz kas jau ir zināms. Kā norāda nosaukums, tie galvenokārt sastāv no blīvi iesaiņotiem neitroniem.
Neitronu zvaigznes atmosfēra ir tikai dažus centimetrus bieza, taču tajā ir koncentrēts viss tās termiskais starojums. Aiz atmosfēras atrodas garoza, kas sastāv no blīvi iesaiņotiem joniem un elektroniem. Vidū atrodas kodols, kas sastāv no neitroniem. Tuvāk centram tiek sasniegts maksimālais vielas blīvums, kas ir 15 reizes lielāks par kodolu. Neitronu zvaigznes ir visblīvākie objekti Visumā. Ja jūs mēģināt vēl vairāk palielināt matērijas blīvumu, tā sabruks melnajā caurumā vai veidosies kvarku zvaigzne.
Magnētiskais lauks
Neitronu zvaigznēm ir griešanās ātrums līdz 1000 apgriezieniem sekundē. Šajā gadījumā elektriski vadoša plazma un kodolviela rada milzīgus magnētiskos laukus. Piemēram, Zemes magnētiskais lauks ir 1 gauss, neitronu zvaigzne ir 10 000 000 000 000 gausu. Cilvēka radītais spēcīgākais lauks būs miljardiem reižu vājāks.
Pulsāri
Šis ir visu neitronu zvaigžņu sugas nosaukums. Pulsariem ir precīzi noteikts rotācijas periods, kas nemainās ļoti ilgu laiku. Šīs īpašības dēļ tos sauc par "Visuma bākugunīm".
Daļiņas izlido cauri poliem šaurā straumē ļoti lielā ātrumā, kļūstot par radio emisijas avotu. Rotācijas asu nesakritības dēļ plūsmas virziens nepārtraukti mainās, radot bākas efektu. Un, tāpat kā katrai bākai, arī pulsāriem ir sava signāla frekvence, pēc kuras to var identificēt.
Praktiski visas atklātās neitronu zvaigznes pastāv dubultās rentgenstaru sistēmās vai kā atsevišķi pulsāri.
Eksoplanetas neitronu zvaigžņu tuvumā
Pirmā eksoplaneta tika atklāta radiopulsāra izpētes laikā. Tā kā neitronu zvaigznes ir ļoti stabilas, ir iespējams ļoti precīzi izsekot tuvumā esošajām planētām, kuru masa ir daudz mazāka nekā Jupitera masām.
Bija ļoti viegli atrast planētu sistēmu netālu no pulsāra PSR 1257 + 12 1000 gaismas gadu attālumā no Saules. Netālu no zvaigznes atrodas trīs planētas, kuru masa ir 0,2, 4,3 un 3,6 Zemes masas ar 25, 67 un 98 dienu apgriezienu periodiem. Vēlāk tika atrasta cita planēta ar Saturna masu un 170 gadu revolūcijas periodu. Ir zināms arī pulsārs ar planētu, kas ir nedaudz masīvāka par Jupiteru.
Patiesībā ir paradoksāli, ka pulsāra tuvumā atrodas planētas. Neitronu zvaigzne dzimst supernovas sprādziena rezultātā, un tā zaudē lielāko daļu savas masas. Pārējiem vairs nepietiek gravitācijas, lai noturētu satelītus. Iespējams, atrastās planētas veidojušās pēc kataklizmas.
Pētījumi
Zināmo neitronu zvaigžņu skaits ir aptuveni 1200. No tiem 1000 tiek uzskatīti par radiopulsāriem, bet pārējās ir identificētas kā rentgenstaru avoti. Šos objektus nav iespējams izpētīt, nosūtot tiem jebkādu aparātu. Pionieru kuģos tika nosūtīti ziņojumi dzīvām būtnēm. Un mūsu Saules sistēmas atrašanās vieta ir norādīta precīzi ar orientāciju uz Zemei vistuvāk esošajiem pulsāriem. No Saules līnijas parāda virzienus uz šiem pulsāriem un attālumus līdz tiem. Un līnijas pārtraukums norāda uz to aprites periodu.
Mūsu tuvākais neitronu kaimiņš atrodas 450 gaismas gadu attālumā. Šī ir bināra sistēma - neitronu zvaigzne un baltais punduris, tās pulsācijas periods ir 5,75 milisekundes.
Diez vai ir iespējams atrasties neitronu zvaigznes tuvumā un palikt dzīvam. Par šo tēmu var tikai fantazēt. Un kā var iedomāties temperatūras, magnētiskā lauka un spiediena lielumus, kas pārsniedz saprāta robežas? Bet pulsāri mums joprojām palīdzēs starpzvaigžņu telpas attīstībā. Jebkurš, pat vistālākais galaktikas ceļojums, nebūs postošs, ja darbosies stabilas bākas, kas redzamas visos Visuma stūros.