Co to jest pulsar? Gwiazda neutronowa Kiedy odkryto pierwszy pulsar
Pozostałość po supernowej Korma-A, w centrum której znajduje się gwiazda neutronowa
Gwiazdy neutronowe to pozostałości po masywnych gwiazdach, które osiągnęły koniec swojej ścieżki ewolucyjnej w czasie i przestrzeni.
Te interesujące obiekty rodzą się z niegdyś masywnych olbrzymów, które są od czterech do ośmiu razy większe od naszego Słońca. Dzieje się to podczas wybuchu supernowej.
Po takiej eksplozji zewnętrzne warstwy zostają wyrzucone w kosmos, rdzeń pozostaje, ale nie jest już w stanie wspierać fuzji jądrowej. Bez zewnętrznego nacisku ze strony leżących na nim warstw zapada się i kurczy katastrofalnie.
Pomimo niewielkiej średnicy – około 20 km, gwiazdy neutronowe mają masę 1,5 razy większą od masy naszego Słońca. Dzięki temu są niesamowicie gęste.
Mała łyżeczka materii gwiezdnej na Ziemi ważyłaby około stu milionów ton. W nim protony i elektrony łączą się w neutrony - proces ten nazywa się neutronizacją.
Mieszanina
Ich skład jest nieznany, przypuszcza się, że mogą składać się z nadciekłej cieczy neutronowej. Mają niezwykle silne przyciąganie grawitacyjne, znacznie silniejsze niż Ziemi, a nawet Słońca. Ta siła grawitacyjna jest szczególnie imponująca, ponieważ ma niewielki rozmiar.
Wszystkie obracają się wokół osi. Podczas ściskania moment obrotowy obrotu jest zachowany, a ze względu na zmniejszenie rozmiaru zwiększa się prędkość obrotowa.
Ze względu na ogromną prędkość obrotową na powierzchni zewnętrznej, która jest stałą „skorupą”, pojawiają się okresowo pęknięcia i „trzęsienia gwiazd”, które spowalniają prędkość obrotową i wyrzucają „nadmiar” energii w przestrzeń kosmiczną.
Przytłaczające ciśnienie panujące w jądrze może być podobne do tego, które istniało w czasie Wielkiego Wybuchu, ale niestety nie można go symulować na Ziemi. Dlatego obiekty te są idealnymi naturalnymi laboratoriami, w których możemy obserwować energie niedostępne na Ziemi.
pulsary radiowe
Pulsary radiowe zostały odkryte pod koniec 1967 roku przez doktorantkę Jocelyn Bell Burnell jako źródła radiowe, które pulsują ze stałą częstotliwością.
Promieniowanie emitowane przez gwiazdę jest widoczne jako pulsujące źródło promieniowania lub pulsar.
Schematyczne przedstawienie rotacji gwiazdy neutronowej
Pulsary radiowe (lub po prostu pulsar) to wirujące gwiazdy neutronowe, których strumienie cząstek poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, jak wirująca wiązka światła ostrzegawczego.
Po ciągłej rotacji przez kilka milionów lat pulsary tracą energię i stają się normalnymi gwiazdami neutronowymi. Obecnie znanych jest tylko około 1000 pulsarów, chociaż w galaktyce mogą być ich setki.
Pulsar radiowy w Mgławicy Krab
Niektóre gwiazdy neutronowe emitują promieniowanie rentgenowskie. Słynna Mgławica Krab jest dobrym przykładem takiego obiektu, powstałego podczas wybuchu supernowej. Ta eksplozja supernowej została zaobserwowana w 1054 AD.
Wiatr pulsarowy, wideo Chandra
Pulsar radiowy w Mgławicy Krab sfotografowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a przez filtr 547 nm (zielone światło) od 7 sierpnia 2000 do 17 kwietnia 2001.
magnetary
Gwiazdy neutronowe mają pole magnetyczne miliony razy silniejsze niż najsilniejsze pole magnetyczne wytwarzane na Ziemi. Znane są również jako magnetary.
Planety w pobliżu gwiazd neutronowych
Jak dotąd wiadomo, że cztery mają planety. Gdy jest w układzie binarnym, można zmierzyć jego masę. Spośród tych układów podwójnych w zakresie radiowym lub rentgenowskim zmierzone masy gwiazd neutronowych były około 1,4 masy Słońca.
Systemy podwójne
Zupełnie inny typ pulsara jest widoczny w niektórych rentgenowskich układach podwójnych. W takich przypadkach gwiazda neutronowa i zwykła tworzą układ podwójny. Silne pole grawitacyjne wyciąga materię ze zwykłej gwiazdy. Materiał spadający na nią podczas procesu akrecji nagrzewa się tak bardzo, że wytwarza promieniowanie rentgenowskie. Impulsowe promienie rentgenowskie są widoczne, gdy gorące punkty na wirującym pulsarze przechodzą przez linię widzenia z Ziemi.
W przypadku układów podwójnych zawierających nieznany obiekt informacja ta pomaga rozróżnić, czy jest to gwiazda neutronowa, czy na przykład czarna dziura, ponieważ czarne dziury są znacznie bardziej masywne.
Astronomowie badali niebo od niepamiętnych czasów. Jednak dopiero dzięki znacznemu skokowi w rozwoju technologii naukowcy byli w stanie wykryć obiekty, których poprzednie pokolenia astronomów nawet sobie nie wyobrażały. Niektóre z nich to kwazary i pulsary.
Pomimo ogromnych odległości do tych obiektów naukowcom udało się zbadać niektóre z ich właściwości. Ale mimo to wciąż kryją wiele nierozwiązanych tajemnic.
Czym są pulsary i kwazary
Jak się okazało, pulsar jest gwiazdą neutronową. Jej pionierami byli E. Huish i jego doktorant D. Bell. Udało im się wykryć impulsy, które są strumieniami promieniowania o wąskim kierunku, które stają się widoczne po określonych odstępach czasu, ponieważ efekt ten występuje w wyniku rotacji gwiazd neutronowych.
Podczas kompresji następuje znaczne zagęszczenie pola magnetycznego gwiazdy i sama jej gęstość. Można go zredukować do rozmiarów kilkudziesięciu kilometrów, a w takich momentach obrót odbywa się z niewiarygodnie dużą prędkością. Ta prędkość w niektórych przypadkach sięga tysięcznych części sekundy. Stąd pochodzą fale promieniowania elektromagnetycznego.
Kwazary i pulsary można nazwać najbardziej niezwykłymi i tajemniczymi odkryciami astronomicznymi. Powierzchnia gwiazdy neutronowej (pulsar) ma mniejsze ciśnienie niż jej środek, dlatego neutrony rozpadają się na elektrony i protony. Elektrony są przyspieszane do niewiarygodnych prędkości dzięki obecności silnego pola magnetycznego. Czasami prędkość ta osiąga prędkość światła, co powoduje wyrzucanie elektronów z biegunów magnetycznych gwiazdy. Dwie wąskie wiązki fal elektromagnetycznych - dokładnie tak wygląda ruch naładowanych cząstek. Oznacza to, że elektrony emitują promieniowanie w kierunku swojego kierunku.
Kontynuując wyliczanie niezwykłych zjawisk związanych z gwiazdami neutronowymi, należy zwrócić uwagę na ich zewnętrzną warstwę. W tej sferze istnieją przestrzenie, w których rdzeń nie może zostać zniszczony z powodu niewystarczającej gęstości substancji. Konsekwencją tego jest to, że najgęstsza skorupa pokryta jest tworzeniem struktury krystalicznej. W efekcie narastają naprężenia iw pewnym momencie ta gęsta powierzchnia zaczyna pękać. Naukowcy nazywają to zjawisko „gwiezdnym trzęsieniem”.
Pulsary i kwazary pozostają całkowicie niezbadane. Ale jeśli zdumiewające badania powiedziały nam o pulsarach lub tzw. Gwiazdy neutronowe mają wiele nowych rzeczy, kwazary trzymają astronomów w napięciu nieznanego.
Świat po raz pierwszy dowiedział się o kwazarach w 1960 roku. Odkrycie mówi, że są to obiekty o małych wymiarach kątowych, które charakteryzują się dużą jasnością, a klasą należą do obiektów pozagalaktycznych. Ponieważ mają dość mały rozmiar kątowy, przez wiele lat uważano, że to tylko gwiazdy.
Dokładna liczba odkrytych kwazarów nie jest znana, ale w 2005 roku przeprowadzono badania, w których było 195 tysięcy kwazarów. Jak dotąd nie wiadomo nic, co można by na ich temat wyjaśnić. Jest wiele założeń, ale żadne z nich nie ma żadnych dowodów.
Astronomowie odkryli jedynie, że w przedziale czasu krótszym niż 24 godziny ich jasność wykazuje wystarczającą zmienność. Według tych danych można zauważyć ich stosunkowo niewielki rozmiar obszaru emisji, który jest porównywalny z rozmiarem Układu Słonecznego. Znalezione kwazary istnieją w odległości do 10 miliardów lat świetlnych. Można je było zobaczyć ze względu na ich najwyższy poziom jasności.
Najbliższy naszej planecie taki obiekt znajduje się w odległości około 2 miliardów lat świetlnych. Być może przyszłe badania i zastosowane w nich najnowsze technologie dostarczą ludzkości nowej wiedzy o białych plamach kosmosu.
Przewidywane przez teoretyków, w szczególności akademików LA Landau w 1932 roku.
Transformacje gwiazd
Gwiazdy nie są wieczne. W zależności od tego, jaka była gwiazda i jak przebiegało jej istnienie, gwiazda się odwróci lub w biały karzeł, lub w gwiazda neutronowa. Pulsar gwiazda neutronowa. Jeśli gwiazda zapada się, tworzy się czarna dziura w kosmosie.Czarna dziura. To są pomysły na „śmierć” gwiazd, opracowane przez Akademika Ja.B. Zeldovich i jego uczniów. Białe karły znane są od bardzo dawna. Od trzech dekad wokół tej prognozy są kontrowersje. Spory, ale nie wyszukiwania. Bezcelowe było poszukiwanie gwiazd neutronowych za pomocą obserwatoriów naziemnych: prawdopodobnie nie emitują one promieni widzialnych, a promienie innych części widma elektromagnetycznego są bezsilne, by pokonać pancerną osłonę ziemskiej atmosfery.
wszechświat z kosmosu
Poszukiwania rozpoczęły się dopiero wtedy, gdy stało się możliwe przyjrzenie się wszechświat z kosmosu. Pod koniec 1967 roku astronomowie dokonali sensacyjnego odkrycia. W pewnym momencie na niebie nagle zapalił się i zgasł po setnych sekundach punktowe źródło wiązek radiowych. Mniej więcej sekundę później błysk się powtórzył. Te powtórzenia następowały po sobie z precyzją chronometru okrętowego. Wydawało się, że przez czarną noc Wszechświata odległa latarnia morska mruga do obserwatorów. Wtedy stało się znane całkiem sporo takich latarni morskich. Okazało się, że były inne. okresowość impulsów promieni, skład promieniowania. Większość pulsary- jak nazywano te nowo odkryte gwiazdy - miały całkowity czas trwania od kwadransa do czterech sekund. Dziś liczba pulsarów znanych nauce wynosi około 2000. A możliwości nowych odkryć są dalekie od wyczerpania. Pulsary to gwiazdy neutronowe. Trudno wyobrazić sobie inny mechanizm, z żelazną precyzją, zapalający i gaszący błysk pulsara, niż sam obrót gwiazdy. Po jednej stronie gwiazdy „zainstalowane jest źródło promieniowania”, a przy każdym obrocie wokół jej osi emitowana wiązka pada na chwilę na naszą Ziemię. Ale jakie gwiazdy są w stanie obracać się z prędkością kilku obrotów na sekundę? Neutron - i żadnych innych. Na przykład nasz robi jedną rewolucję w prawie 25 dni; zwiększyć prędkość - a siły odśrodkowe po prostu go rozerwą, roztrzaskają na kawałki.Wschód słońca. Jednak na gwiazdy neutronowe, materia zostaje skompresowana do gęstości niewyobrażalnej w normalnych warunkach. Każdy centymetr sześcienny materii gwiazdy neutronowej w warunkach ziemskich ważyłby od 100 tysięcy do 10 miliardów ton! Śmiertelna kompresja gwałtownie zmniejsza średnicę gwiazdy. Jeśli w swoim promiennym życiu gwiazdy mają średnice setek tysięcy i milionów kilometrów, to promienie gwiazd neutronowych rzadko przekraczają 20-30 kilometrów. Tak małe „koło zamachowe”, a do tego mocno przynitowane siłami powszechnej grawitacji, może kręcić się nawet z prędkością kilku obrotów na sekundę – nie rozpadnie się. Gwiazda neutronowa musi obracać się bardzo szybko. Widziałeś, jak baletnica kręci się, stając na jednym palcu i mocno trzymając ręce na ciele? Ale potem rozłożyła ramiona – jej rotacja natychmiast zwolniła. Fizyk powie: zwiększył się moment bezwładności. W gwieździe neutronowej, gdy jej promień maleje, moment bezwładności przeciwnie maleje, jakby „ściskała ręce” coraz bliżej ciała. Jednocześnie jego prędkość obrotowa gwałtownie wzrasta. A gdy średnica gwiazdy zmniejszy się do wskazanej powyżej wartości, liczba jej obrotów wokół osi powinna okazać się dokładnie taka, jak zapewnia „efekt pulsarowy”. Fizycy chcieliby znaleźć się na powierzchni gwiazdy neutronowej i przeprowadzić kilka eksperymentów. W końcu muszą tam istnieć warunki, jakich nie ma nigdzie indziej: fantastyczna wartość pola grawitacyjnego i fantastyczna siła pola magnetycznego. Zdaniem naukowców, jeśli kurcząca się gwiazda miała pole magnetyczne o bardzo skromnej wielkości - jeden oersted (pole magnetyczne Ziemi, sumiennie obracając igłę niebieskiego kompasu na północ, jest równe około połowie oersteda), to pole gwiazdy neutronowej siła może osiągnąć 100 milionów i bilionów erstedów! W latach dwudziestych, podczas pracy w laboratorium E. Rutherforda, słynnego sowieckiego fizyka akademika P. L. Kapitsa umieścić doświadczenie uzyskiwania supersilnych pól magnetycznych. Udało mu się uzyskać pole magnetyczne o niespotykanej sile w objętości dwóch centymetrów sześciennych - do 320 tysięcy erstedów. Oczywiście ten rekord został teraz pobity. Dzięki najbardziej skomplikowanym sztuczkom, sprowadzając całą elektryczną niagarę na pojedynczą cewkę solenoidu – o mocy miliona kilowatów – i jednocześnie eksplodując dodatkowy ładunek proszkowy, udaje im się uzyskać siłę pola magnetycznego do 25 milion erstedów. Jest to pole kilka milionowych sekundy. A na gwieździe neutronowej możliwe jest stałe pole tysiące razy większe!
Struktura gwiazdy neutronowej
Radziecki naukowiec akademik V. L. Ginzburg namalował dość szczegółowy obraz struktury gwiazdy neutronowej. Jego warstwy powierzchniowe powinny być w stanie stałym, a już na głębokości kilometra, wraz ze wzrostem temperatury, stałą skorupę należy zastąpić cieczą neutronową zawierającą pewną domieszkę protonów i elektronów, cieczą o niesamowitych właściwościach, nadciekłą i nadprzewodnictwo.Struktura pulsara gwiazdy neutronowej. W warunkach ziemskich jedynym przykładem cieczy nadciekłej jest zachowanie się tak zwanego helu-2, ciekłego helu, w temperaturach bliskich zeru bezwzględnemu. Hel-2 jest w stanie natychmiast wypłynąć z naczynia przez najmniejszy otwór, jest w stanie, z pominięciem grawitacji, wspiąć się po ściance probówki. Nadprzewodnictwo jest również znane w warunkach ziemskich tylko w bardzo niskich temperaturach. Podobnie jak nadciekłość, jest przejawem w naszych warunkach praw świata cząstek elementarnych. Według akademika VL Ginzburga w samym centrum gwiazdy neutronowej może znajdować się rdzeń nienadciekły i nienadprzewodzący. Dwa gigantyczne pola – grawitacyjne i magnetyczne – tworzą rodzaj korony wokół gwiazdy neutronowej. Oś obrotu gwiazdy nie pokrywa się z osią magnetyczną, a to powoduje „efekt pulsarowy”. Jeśli wyobrazimy sobie, że biegun magnetyczny Ziemi, (więcej:
Gwiazda neutronowa to bardzo dziwny obiekt o średnicy 20 kilometrów, to ciało ma masę porównywalną do Słońca, jeden gram gwiazdy neutronowej ważyłby na Ziemi ponad 500 milionów ton! Czym są te przedmioty? Zostaną one omówione w artykule.
Skład gwiazd neutronowych
Skład tych obiektów (z oczywistych względów) był dotychczas badany jedynie w teorii i obliczeniach matematycznych. Jednak wiele już wiadomo. Jak sama nazwa wskazuje, składają się one głównie z gęsto upakowanych neutronów.
Atmosfera gwiazdy neutronowej ma grubość zaledwie kilku centymetrów, ale całe jej promieniowanie cieplne jest w niej skoncentrowane. Za atmosferą znajduje się skorupa złożona z gęsto upakowanych jonów i elektronów. W środku znajduje się jądro, które składa się z neutronów. Bliżej centrum osiągana jest maksymalna gęstość materii, która jest 15 razy większa niż jądrowa. Gwiazdy neutronowe to najgęstsze obiekty we wszechświecie. Jeśli spróbujesz dalej zwiększyć gęstość materii, zapadnie się ona w czarną dziurę lub uformuje się gwiazda kwarkowa.
Pole magnetyczne
Gwiazdy neutronowe mają prędkość obrotową do 1000 obrotów na sekundę. W tym przypadku elektrycznie przewodząca plazma i materia jądrowa generują pola magnetyczne o gigantycznych wielkościach. Na przykład pole magnetyczne Ziemi wynosi 1 gaus, a gwiazda neutronowa ma 10 000 000 000 000 gausów. Najsilniejsze pole stworzone przez człowieka będzie miliardy razy słabsze.
Pulsary
To ogólna nazwa dla wszystkich gwiazd neutronowych. Pulsary mają ściśle określony okres rotacji, który nie zmienia się przez bardzo długi czas. Ze względu na tę właściwość nazywane są „latarniami świetlnymi wszechświata”.
Cząsteczki przelatują przez bieguny wąskim strumieniem z bardzo dużą prędkością, stając się źródłem emisji radiowej. Ze względu na niedopasowanie osi obrotu kierunek przepływu stale się zmienia, tworząc efekt beacon. I, jak każda latarnia morska, pulsary mają własną częstotliwość sygnału, dzięki której można je zidentyfikować.
Praktycznie wszystkie odkryte gwiazdy neutronowe istnieją w podwójnych systemach rentgenowskich lub jako pojedyncze pulsary.
Egzoplanety w pobliżu gwiazd neutronowych
Pierwsza egzoplaneta została odkryta podczas badania pulsara radiowego. Ponieważ gwiazdy neutronowe są bardzo stabilne, możliwe jest bardzo dokładne śledzenie pobliskich planet o masach znacznie mniejszych niż masa Jowisza.
Bardzo łatwo było znaleźć układ planetarny w pobliżu pulsara PSR 1257 + 12, 1000 lat świetlnych od Słońca. W pobliżu gwiazdy znajdują się trzy planety o masach 0,2, 4,3 i 3,6 mas Ziemi z okresami obrotu 25, 67 i 98 dni. Później odkryto inną planetę o masie Saturna i okresie rewolucji 170 lat. Znany jest również pulsar z planetą nieco masywniejszą niż Jowisz.
W rzeczywistości paradoksalne jest to, że w pobliżu pulsara znajdują się planety. W wyniku wybuchu supernowej powstaje gwiazda neutronowa, która traci większość swojej masy. Reszta nie ma już wystarczającej grawitacji, aby utrzymać satelity. Prawdopodobnie znalezione planety powstały po kataklizmie.
Badania
Liczba znanych gwiazd neutronowych wynosi około 1200. Spośród nich 1000 uważa się za pulsary radiowe, a pozostałe zidentyfikowano jako źródła promieniowania rentgenowskiego. Nie można badać tych obiektów, wysyłając do nich jakąkolwiek aparaturę. Na statkach pionierów wiadomości były wysyłane do czujących istot. A położenie naszego Układu Słonecznego jest dokładnie wskazane z orientacją na pulsary znajdujące się najbliżej Ziemi. Od Słońca linie pokazują kierunki do tych pulsarów i odległości do nich. A nieciągłość linii wskazuje na okres ich obiegu.
Nasz najbliższy sąsiad neutronowy jest oddalony o 450 lat świetlnych. To układ podwójny - gwiazda neutronowa i biały karzeł, okres jego pulsacji wynosi 5,75 milisekundy.
Jest prawie niemożliwe, aby być blisko gwiazdy neutronowej i pozostać przy życiu. Na ten temat można tylko fantazjować. A jak można sobie wyobrazić wielkości temperatury, pola magnetycznego i ciśnienia, które wykraczają poza granice rozumu? Ale pulsary nadal będą nam pomagać w rozwoju przestrzeni międzygwiazdowej. Żadna, nawet najdalsza podróż galaktyczna nie będzie katastrofalna, jeśli zadziałają stabilne latarnie, widoczne we wszystkich zakątkach Wszechświata.