Wat is een pulsar? Neutronenster Toen de eerste pulsar werd ontdekt
Supernovarest Korma-A, met in het midden een neutronenster
Neutronensterren zijn de overblijfselen van massieve sterren die het einde van hun evolutionaire pad in tijd en ruimte hebben bereikt.
Deze interessante objecten zijn geboren uit ooit massieve reuzen die vier tot acht keer zo groot zijn als onze zon. Het gebeurt in een supernova-explosie.
Na zo'n explosie worden de buitenste lagen de ruimte in geworpen, de kern blijft, maar is niet meer in staat kernfusie te ondersteunen. Zonder externe druk van de bovenliggende lagen stort het in en krimpt het catastrofaal.
Ondanks hun kleine diameter - ongeveer 20 km, hebben neutronensterren 1,5 keer de massa van onze zon. Ze zijn dus ongelooflijk dicht.
Een klein lepeltje stermaterie op aarde zou ongeveer honderd miljoen ton wegen. Daarin worden protonen en elektronen gecombineerd tot neutronen - dit proces wordt neutronisatie genoemd.
Verbinding
Hun samenstelling is onbekend; er wordt aangenomen dat ze kunnen bestaan uit een superfluïde neutronenvloeistof. Ze hebben een extreem sterke zwaartekracht, veel sterker dan die van de aarde en zelfs de zon. Deze zwaartekracht is vooral indrukwekkend omdat hij klein is.
Ze draaien allemaal om een as. Tijdens compressie blijft het rotatiemomentum behouden en door een afname in grootte neemt de rotatiesnelheid toe.
Vanwege de enorme rotatiesnelheid treden er aan het buitenoppervlak, dat een stevige "korst" is, periodiek scheuren en "starbevingen" op, die de rotatiesnelheid vertragen en "overtollige" energie in de ruimte dumpen.
De overweldigende druk die in de kern bestaat, is misschien vergelijkbaar met die ten tijde van de oerknal, maar kan helaas niet op aarde worden gesimuleerd. Daarom zijn deze objecten ideale natuurlijke laboratoria waar we energieën kunnen observeren die op aarde niet toegankelijk zijn.
radiopulsars
Radiopulsars werden eind 1967 ontdekt door afgestudeerde student Jocelyn Bell Burnell als radiobronnen die met een constante frequentie pulseren.
De straling die de ster uitzendt is zichtbaar als een pulserende stralingsbron of pulsar.
Schematische weergave van de rotatie van een neutronenster
Radiopulsars (of gewoon een pulsar) zijn roterende neutronensterren waarvan de deeltjesstralen met bijna de lichtsnelheid bewegen, als een roterende bakenbundel.
Na een continue rotatie, gedurende enkele miljoenen jaren, verliezen pulsars hun energie en worden normale neutronensterren. Er zijn tegenwoordig slechts ongeveer 1.000 pulsars bekend, hoewel er mogelijk honderden in de melkweg zijn.
Radiopulsar in de Krabnevel
Sommige neutronensterren zenden röntgenstraling uit. De beroemde Krabnevel is een goed voorbeeld van zo'n object, gevormd tijdens een supernova-explosie. Deze supernova-explosie werd waargenomen in 1054 na Christus.
Pulsar wind, Chandra video
Een radiopulsar in de Krabnevel gefotografeerd door de Hubble Space Telescope door een 547nm filter (groen licht) van 7 augustus 2000 tot 17 april 2001.
magnetars
Neutronensterren hebben een magnetisch veld dat miljoenen keren sterker is dan het sterkste magnetische veld dat op aarde wordt geproduceerd. Ze worden ook wel magnetars genoemd.
Planeten in de buurt van neutronensterren
Tot nu toe zijn er vier bekend met planeten. Wanneer het zich in een binair systeem bevindt, is het mogelijk om de massa te meten. Van deze binaire systemen in het radio- of röntgenbereik was de gemeten massa van neutronensterren ongeveer 1,4 keer de massa van de zon.
Dubbele systemen
Een heel ander type pulsar wordt gezien in sommige dubbelsterren van röntgenstraling. In deze gevallen vormen een neutronenster en een gewone ster een binair systeem. Een sterk zwaartekrachtveld trekt materiaal van een gewone ster. Materiaal dat erop valt tijdens het accretieproces wordt zo warm dat er röntgenstraling ontstaat. Gepulseerde röntgenstralen zijn zichtbaar wanneer hotspots op een draaiende pulsar door de gezichtslijn vanaf de aarde gaan.
Voor binaire systemen die een onbekend object bevatten, helpt deze informatie om te onderscheiden of het een neutronenster is, of bijvoorbeeld een zwart gat, omdat zwarte gaten veel massiever zijn.
Astronomen bestuderen de hemel al sinds mensenheugenis. Alleen met een aanzienlijke sprong in de ontwikkeling van technologie waren wetenschappers echter in staat objecten te detecteren die eerdere generaties astronomen zich niet eens hadden voorgesteld. Sommigen van hen zijn quasars en pulsars.
Ondanks de enorme afstanden tot deze objecten zijn wetenschappers erin geslaagd enkele van hun eigenschappen te bestuderen. Maar ondanks dit verbergen ze nog steeds veel onopgeloste geheimen.
Wat zijn pulsars en quasars
De pulsar, zo bleek, is een neutronenster. De pioniers waren E. Huish en zijn afgestudeerde student D. Bell. Ze waren in staat pulsen te detecteren, dit zijn stralingsstromen van een nauwe richting, die na bepaalde tijdsintervallen zichtbaar worden, omdat dit effect optreedt als gevolg van de rotatie van neutronensterren.
Tijdens de compressie treedt een aanzienlijke verdichting van het magnetische veld van de ster en zijn dichtheid op. Het kan worden teruggebracht tot een grootte van enkele tientallen kilometers, en op zulke momenten vindt de rotatie met een ongelooflijk hoge snelheid plaats. Deze snelheid bereikt in sommige gevallen duizendsten van een seconde. Hier komen elektromagnetische stralingsgolven vandaan.
Quasars en pulsars kunnen de meest ongewone en mysterieuze ontdekkingen van de astronomie worden genoemd. Het oppervlak van een neutronenster (pulsar) heeft minder druk dan het centrum, daarom vervallen neutronen in elektronen en protonen. Elektronen worden versneld tot ongelooflijke snelheden vanwege de aanwezigheid van een krachtig magnetisch veld. Soms bereikt deze snelheid de lichtsnelheid, wat resulteert in de uitstoot van elektronen uit de magnetische polen van de ster. Twee smalle bundels elektromagnetische golven - zo ziet de beweging van geladen deeltjes eruit. Dat wil zeggen, elektronen zenden straling uit in de richting van hun richting.
Als we doorgaan met het opsommen van ongebruikelijke verschijnselen die verband houden met neutronensterren, moet hun buitenste laag worden opgemerkt. In deze sfeer zijn er ruimtes waarin de kern niet kan worden vernietigd vanwege onvoldoende dichtheid van de stof. Het gevolg hiervan is dat de dichtste korst wordt bedekt door de vorming van een kristallijne structuur. Hierdoor stapelt de spanning zich op en op een gegeven moment begint dit dichte oppervlak te barsten. Wetenschappers noemen dit fenomeen "starquake".
Pulsars en quasars blijven volledig onontgonnen. Maar als verbazingwekkende studies ons hebben verteld over pulsars of de zogenaamde. neutronensterren hebben veel nieuwe dingen, quasars houden astronomen in de spanning van het onbekende.
De wereld hoorde voor het eerst over quasars in 1960. De ontdekking zei dat dit objecten zijn met kleine hoekafmetingen, die worden gekenmerkt door een hoge helderheid, en per klasse behoren ze tot extragalactische objecten. Omdat ze een vrij kleine hoekgrootte hebben, werd jarenlang gedacht dat het slechts sterren waren.
Het exacte aantal ontdekte quasars is niet bekend, maar in 2005 zijn er onderzoeken uitgevoerd waarbij er 195.000 quasars waren. Tot nu toe is er niets bekend om over hen uit te leggen. Er zijn veel aannames, maar geen ervan heeft enig bewijs.
Astronomen hebben alleen ontdekt dat voor een tijdsinterval van minder dan 24 uur, hun helderheid voldoende variabiliteit markeert. Volgens deze gegevens kan men hun relatief kleine omvang van het emissiegebied opmerken, vergelijkbaar met de grootte van het zonnestelsel. Gevonden quasars bestaan op een afstand van maximaal 10 miljard lichtjaar. Het was mogelijk om ze te zien vanwege hun hoogste niveau van helderheid.
Het dichtstbijzijnde object van zo'n object bij onze planeet bevindt zich ongeveer op ongeveer 2 miljard lichtjaar. Misschien zullen toekomstige studies en de nieuwste technologieën die daarin worden gebruikt, de mensheid nieuwe kennis verschaffen over de witte vlekken van de ruimte.
Voorspeld door theoretici, in het bijzonder academici LA Landau in 1932.
ster transformaties
De sterren zijn niet voor altijd. Afhankelijk van hoe de ster eruit zag en hoe zijn bestaan verliep, de ster zal draaien of in witte dwerg, of in neutronenster. Neutronenster pulsar. Als een ster instort, vormt hij zwart gat in de ruimte.Zwart gat. Dit zijn de ideeën over de "dood" van sterren, ontwikkeld door Academician Ya B. Zeldovich en zijn studenten. Witte dwergen zijn al heel lang bekend. Al drie decennia is er controverse rond deze voorspelling. Geschillen, maar geen zoekopdrachten. Het was zinloos om met observatoria op de grond naar neutronensterren te zoeken: ze zenden waarschijnlijk geen zichtbare stralen uit, en de stralen van andere delen van het elektromagnetische spectrum zijn niet in staat het gepantserde schild van de aardatmosfeer te overwinnen.
universum vanuit de ruimte
De zoektocht begon pas toen het mogelijk werd om naar te kijken universum vanuit de ruimte. Eind 1967 deden astronomen een opzienbarende ontdekking. Op een bepaald punt in de lucht lichtte het plotseling op en ging na honderdsten van een seconde uit puntbron van radiostralen. Ongeveer een seconde later werd de flits herhaald. Deze herhalingen volgden elkaar op met de precisie van een scheepschronometer. Het leek alsof door de zwarte nacht van het heelal een verre vuurtoren naar de waarnemers knipoogde. Toen werden nogal wat van dergelijke vuurtorens bekend. Ze bleken anders te zijn. periodiciteit van straalpulsen, stralingssamenstelling. Meerderheid pulsars- zoals deze nieuw ontdekte sterren werden genoemd - had een totale duur van een periode van een kwart seconde tot vier seconden. Tegenwoordig is het aantal pulsars dat de wetenschap kent ongeveer 2000. En de mogelijkheden voor nieuwe ontdekkingen zijn nog lang niet uitgeput. Pulsars zijn neutronensterren. Het is moeilijk om je een ander mechanisme voor te stellen, met ijzeren precisie, dat de flits van een pulsar ontsteekt en dooft dan de rotatie van de ster zelf. Aan de ene kant van de ster is een stralingsbron "geïnstalleerd", en bij elke omwenteling om zijn as valt de uitgestoten straal een moment op onze aarde. Maar wat voor soort sterren kunnen draaien met een snelheid van enkele omwentelingen per seconde? Neutron - en geen anderen. De onze maakt bijvoorbeeld één omwenteling in bijna 25 dagen; verhoog de snelheid - en de middelpuntvliedende krachten zullen het eenvoudig uit elkaar scheuren, in stukken breken.Zonsopkomst. Echter, op neutronensterren, wordt de materie samengeperst tot een dichtheid die onder normale omstandigheden onvoorstelbaar is. Elke kubieke centimeter van de materie van een neutronenster zou onder terrestrische omstandigheden 100 duizend tot 10 miljard ton wegen! Fatale compressie vermindert de diameter van de ster sterk. Als sterren in hun stralende leven een diameter hebben van honderdduizenden en miljoenen kilometers, dan zijn de stralen van neutronensterren zelden groter dan 20-30 kilometer. Zo'n klein "vliegwiel", en ook stevig geklonken door de krachten van universele zwaartekracht, kan zelfs met een snelheid van meerdere omwentelingen per seconde worden rondgedraaid - het zal niet uit elkaar vallen. Een neutronenster moet heel snel ronddraaien. Heb je gezien hoe de ballerina ronddraait, op één teen staat en haar handen stevig tegen haar lichaam houdt? Maar toen spreidde ze haar armen - haar rotatie vertraagde onmiddellijk. De natuurkundige zal zeggen: het traagheidsmoment is toegenomen. In een neutronenster, naarmate de straal kleiner wordt, neemt het traagheidsmoment daarentegen af, het "drukt zijn handen" steeds dichter bij het lichaam. Tegelijkertijd neemt de rotatiesnelheid snel toe. En wanneer de diameter van de ster afneemt tot de hierboven aangegeven waarde, zou het aantal omwentelingen rond de as precies hetzelfde moeten blijken te zijn als het "pulsar-effect". Natuurkundigen zouden dolgraag op het oppervlak van een neutronenster willen zijn en wat experimenten uitvoeren. Daar moeten immers omstandigheden bestaan zoals nergens anders: een fantastische waarde van het zwaartekrachtsveld en een fantastische sterkte van het magnetische veld. Volgens wetenschappers, als een krimpende ster een magnetisch veld had van een zeer bescheiden grootte - één oersted (het magnetische veld van de aarde, plichtsgetrouw de blauwe kompasnaald naar het noorden draaiend, is gelijk aan ongeveer een halve oersted), dan is het veld van een neutronenster kracht kan oplopen tot 100 miljoen en biljoen oersteds! In de jaren 1920, tijdens zijn werk in het laboratorium van E. Rutherford, de beroemde Sovjet-fysicus Academicus P.L. Kapitsa zet de ervaring van het verkrijgen van supersterke magnetische velden. Hij slaagde erin een magnetisch veld van ongekende sterkte te verkrijgen in het volume van twee kubieke centimeter - tot 320 duizend oersteds. Natuurlijk is dit record nu overtroffen. Door de meest gecompliceerde trucs, het neerhalen van een hele elektrische niagara op een enkele spoel van een solenoïde - een vermogen van een miljoen kilowatt - en tegelijkertijd een hulppoederlading laten exploderen, slagen ze erin een magnetische veldsterkte van maximaal 25 te krijgen. miljoen oersteds. Er is dit veld enkele miljoensten van een seconde. En op een neutronenster is een duizenden malen groter constant veld mogelijk!
De structuur van een neutronenster
Sovjet wetenschapper academicus VL Ginzburg schilderde een mooie gedetailleerde foto structuren van een neutronenster. De oppervlaktelagen moeten in vaste toestand zijn, en al op een diepte van een kilometer, met een toename van de temperatuur, moet de vaste korst worden vervangen door een neutronenvloeistof die een mengsel van protonen en elektronen bevat, een vloeistof met verbazingwekkende eigenschappen, supervloeibaar en supergeleidend.De structuur van een neutronenster-pulsar. Onder aardse omstandigheden is het enige voorbeeld van een supervloeibare vloeistof het gedrag van het zogenaamde helium-2, vloeibaar helium, bij temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Helium-2 kan onmiddellijk door het kleinste gaatje uit het vat stromen, kan, de zwaartekracht verwaarlozend, tegen de wand van de reageerbuis klimmen. Supergeleiding is ook onder terrestrische omstandigheden alleen bekend bij zeer lage temperaturen. Net als superfluïditeit is het een manifestatie in onze omstandigheden van de wetten van de wereld van elementaire deeltjes. In het centrum van een neutronenster, volgens academicus V. L. Ginzburg, kan er een niet-superfluïde en niet-supergeleidende kern zijn. Twee gigantische velden - zwaartekracht en magnetisch - creëren een soort kroon rond de neutronenster. De rotatie-as van de ster valt niet samen met de magnetische as en dit veroorzaakt het "pulsar-effect". Als we ons voorstellen dat de magnetische pool van de aarde, (meer:
Een neutronenster is een heel vreemd object met een diameter van 20 kilometer, dit lichaam heeft een massa vergelijkbaar met de zon, één gram van een neutronenster zou op aarde meer dan 500 miljoen ton wegen! Wat zijn deze objecten? Ze zullen in het artikel worden besproken.
Samenstelling van neutronensterren
De samenstelling van deze objecten is (om voor de hand liggende redenen) tot nu toe alleen in theorie en wiskundige berekeningen bestudeerd. Er is echter al veel bekend. Zoals de naam al aangeeft, bestaan ze voornamelijk uit dicht opeengepakte neutronen.
De atmosfeer van een neutronenster is slechts enkele centimeters dik, maar al zijn thermische straling is erin geconcentreerd. Achter de atmosfeer bevindt zich een korst die bestaat uit dicht opeengepakte ionen en elektronen. In het midden bevindt zich de kern, die is opgebouwd uit neutronen. Dichter bij het centrum wordt de maximale dichtheid van materie bereikt, die 15 keer groter is dan de nucleaire. Neutronensterren zijn de dichtste objecten in het heelal. Als je de dichtheid van materie verder probeert te vergroten, zal het instorten tot een zwart gat, of er zal zich een quarkster vormen.
Een magnetisch veld
Neutronensterren hebben rotatiesnelheden tot 1000 omwentelingen per seconde. In dit geval genereren elektrisch geleidend plasma en nucleaire materie magnetische velden van gigantische groottes. Het magnetische veld van de aarde is bijvoorbeeld 1 gauss, een neutronenster is 10.000.000.000.000 gauss. Het sterkste veld dat door de mens is gecreëerd, zal miljarden keren zwakker zijn.
pulsars
Dit is een verzamelnaam voor alle neutronensterren. Pulsars hebben een goed gedefinieerde rotatieperiode die gedurende een zeer lange tijd niet verandert. Vanwege deze eigenschap worden ze 'bakens van het universum' genoemd.
Deeltjes vliegen met zeer hoge snelheden door de polen in een smal stroompje en worden een bron van radiostraling. Door de mismatch van de draaiassen verandert de richting van de stroming voortdurend, waardoor een bakeneffect ontstaat. En, zoals elke vuurtoren, hebben pulsars hun eigen signaalfrequentie, waaraan ze kunnen worden geïdentificeerd.
Vrijwel alle ontdekte neutronensterren bestaan in dubbele röntgensystemen of als enkele pulsars.
Exoplaneten in de buurt van neutronensterren
De eerste exoplaneet werd ontdekt tijdens de studie van een radiopulsar. Omdat neutronensterren zeer stabiel zijn, is het mogelijk om nabije planeten met een massa die veel kleiner is dan die van Jupiter zeer nauwkeurig te volgen.
Het was heel gemakkelijk om een planetair systeem te vinden in de buurt van de pulsar PSR 1257 + 12, 1000 lichtjaar verwijderd van de zon. Nabij de ster bevinden zich drie planeten met massa's van 0,2, 4,3 en 3,6. Aardemassa's met omwentelingsperioden van 25, 67 en 98 dagen. Later werd een andere planeet gevonden met de massa van Saturnus en een omwentelingsperiode van 170 jaar. Een pulsar met een planeet die iets massiever is dan Jupiter is ook bekend.
In feite is het paradoxaal dat er planeten in de buurt van de pulsar zijn. Een neutronenster wordt geboren als gevolg van een supernova-explosie en verliest het grootste deel van zijn massa. De rest heeft niet meer genoeg zwaartekracht om de satellieten vast te houden. Waarschijnlijk zijn de gevonden planeten gevormd na de ramp.
Onderzoek
Het aantal bekende neutronensterren is ongeveer 1200. Hiervan worden 1000 beschouwd als radiopulsars en de rest wordt geïdentificeerd als röntgenbronnen. Het is onmogelijk om deze objecten te bestuderen door er een apparaat naar toe te sturen. In de Pioneer-schepen werden berichten verzonden naar levende wezens. En de locatie van ons zonnestelsel wordt precies aangegeven met een oriëntatie op de pulsars die zich het dichtst bij de aarde bevinden. Vanaf de zon tonen de lijnen de richtingen naar deze pulsars en de afstanden tot hen. En de discontinuïteit van de lijn geeft de periode van hun circulatie aan.
Onze dichtstbijzijnde neutronenbuur is 450 lichtjaar verwijderd. Dit is een binair systeem - een neutronenster en een witte dwerg, de periode van zijn pulsatie is 5,75 milliseconden.
Het is nauwelijks mogelijk om dicht bij een neutronenster te zijn en in leven te blijven. Over dit onderwerp kan men alleen maar fantaseren. En hoe kun je je de groottes van temperatuur, magnetisch veld en druk voorstellen die de grenzen van de rede overschrijden? Maar pulsars zullen ons nog steeds helpen bij de ontwikkeling van de interstellaire ruimte. Elke, zelfs de meest verre galactische reis, zal niet rampzalig zijn als stabiele bakens, zichtbaar in alle uithoeken van het heelal, werken.