Лекции на портале «Научная Россия»

Нейтронные звезды

Нейтронные звезды – это удивительные и непредсказуемые объекты, рождающиеся в результате взрыва сверхновых звезд. Об одной из самых интересных областей астрофизики рассказывает  Виктория Каспи, профессор университета Макгилл (Канада)

   

 

Нейтронные звезды – это удивительные и непредсказуемые объекты, рождающиеся в результате взрыва сверхновых звезд.   Происходит это один или два раза в сто лет. Число этих звезд ученым неизвестно.   Некоторые из них порождают черные дыры.

Масса нейтронных звезд сравнима с массой Солнца, а радиус составляет всего   около 10 километров. Их плотность настолько велика, что, если взять чайную   ложку материи такой звезды, она будет весить миллиард тонн. 

 

Об одной из самых интересных областей астрофизики рассказывает  Виктория Каспи, профессор университета Макгилл (Канада).

 

 

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:  

  1. Шапиро С.Л., Тьюколски С.А. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды / Пер. с англ. под ред. Я.А. Смородинского. – М.: Мир, 1985. – Т. 1–2. 
  2.  В. М. Липунов. Астрофизика нейтронных звёзд. – Наука. – 1987. 
  3. С.Б. Попов, М.Е. Прохоров. Астрофизика одиночных нейтронных звезд: радиотихие нейтронные звезды и магнитары. – ГАИШ МГУ, 2002. 
  4. Haensel P., Potekhin A.Y., Yakovlev D.G. Neutron Stars. – N.Y.: Springer, 2007. – Т. 1. 
  5. А.Ю. Потехин. Физика нейтронных звезд. // УФН. – 2010. – Т. 180. 
  6. Бескин В.С., Истомин Я.Н., Филиппов А.А. Радиопульсары – поиски истины // Успехи физических наук. – 2013. – Т. 183. – № 10.


Текст лекции 

Здравствуйте. Меня зовут Виктория Каспи, я астрофизик из Канады.  Я изучаю нейтронные звезды. Это плотные звезды, масса которых примерно в два раза меньше массы Солнца, а их радиус составляет всего около 10 километров. Это очень необычные, массивные звезды, которые образуются в результате взрывов сверхновых звезд.   Некоторые звезды порождают черные дыры. Звезды, которые порождают нейтронные звезды, чуть меньше.

Нейтронная звезда – близкая родственница черной дыры, которая не «схлопывается» до состояния черной дыры. Поэтому за нейтронными звездами, в отличие от черных дыр, можно наблюдать.  Мы можем зафиксировать эмиссию, свет, идущий с поверхности нейтронных звезд. Это удивительные объекты. Они настолько плотные, что звезда радиусом всего 10 километров более чем в два раза тяжелее Солнца.

Существуют такие плотные звезды, что если взять чайную ложку материи такой звезды, она будет весить миллиард тонн.  Нейтронные звезды состоят из материи, которой нет на Земле. Они необычны еще и потому, что очень быстро вращаются. Обычно они вращаются вокруг своей оси несколько раз в секунду, но известны звезды, которые делают это со скоростью в несколько сотен раз в секунду.

Нам это известно, поскольку такие звезды также излучают свет.  Эти лучи исходят от оси электромагнитного поля, которая не совмещена с осью собственного вращения звезды. Ось электромагнитного поля наклонена, и мы видим лучи света каждый раз, когда звезда вращается с пульсацией. Нейтронные звезды, совершающие такие действия, называются пульсарами и они подобны космическим маякам.  

Мы можем видеть их свет с очень большого расстояния, и благодаря световым импульсам можем измерить скорость вращения таких звезд с помощью телескопов, установленных на Земле. Обычно такие пульсары наблюдаются при помощи радиотелескопов, представляющих собой огромные тарелки, чувствительные к радиосоставляющей спектра.

Длина световой волны – от 10 до 20 сантиметров. Известно, что в нашей галактике существует много радиопульсаров, примерно 23 или 24 сотни. Мы наблюдали их на Млечном Пути и в нескольких смежных галактиках, хотя там их обнаружить гораздо сложнее. Одной из разновидностей пульсаров являются так называемые магнетары, исследованию которых я уделю много времени. Это нейтронные звезды, которые невероятно сильно намагничены.  У обычных пульсаров есть магнитное поле, поэтому мы можем их видеть.

У магнетаров же магнитные поля самые сильные среди всех известных нам объектов во Вселенной. Они в триллионы раз сильнее полей на Солнце или на Земле. Если вы поместите магнетар на расстояние, на котором Луна находится от Земли, а сами будете на Земле, ваша кредитная карточка размагнитится. Такое сильное у него магнитное поле.  Магнетары представляют особый интерес, поскольку мы полагаем, что их магнитные поля столь сильны, что могут привести к нестабильности звезды. Иногда, возможно, они становятся причиной того, что звезда трескается. Мы видим это как колоссальные взрывы, рентгеновские и гамма-лучи. 

Мы знаем, что в небе есть около 20 таких объектов – магнетаров. На самом деле их 22. Их изучают при помощи рентгеновских и гамма-лучевых телескопов. Они значительно отличаются от радиотелескопов. Радиотелескопы устанавливаются на земле, поскольку радиоволны могут проникать свозь нашу атмосферу, в то время как рентгеновские телескопы представляют собой спутники, движущиеся по орбите, потому что рентгеновские лучи, к счастью для человечества, не могут проникать сквозь нашу атмосферу. Это касается и гамма-лучей, которые не могут проникать сквозь атмосферу. Поэтому для обнаружения таких объектов нужны движущиеся по орбите рентгеновские и гамма-лучевые телескопы. Моя исследовательская группа, с которой я работаю в университете Макгилл в Монреале, использует множество различных рентгеновских телескопов – XMN-Newton, Chandra X-ray observatory, NASA Swift или New Star – для изучения магнетаров и колоссальных взрывов, которые в них происходят. 

Одним из интересных свойств магнетаров является то, что некоторые из происходящих в них взрывов столь мощны, что они могут нейтрализовать детекторы на всех таких спутниках. Мы называем такие явления гигантскими вспышками. Они происходят очень редко, за прошедшее время мы наблюдали все три таких явления: в 1979, 1996 и 2004 гг. Эти события столь масштабны...

Крошечная нейтронная звезда диаметром от 10 до 20 километров может за одну минуту произвести больше энергии, чем Солнце за четверть миллиона лет. Каким-то образом, используя сильнейшие магнитные поля, эти объекты способны производить колоссальное количество энергии. Гигантская вспышка оказывает существенное воздействие на нашу атмосферу, в частности, на ионосферу. Мы были свидетелями того, что во время гигантских вспышек ионосфера Земли претерпевала существенные изменения. Это интересный феномен. Магнетары, несмотря на то, что они находятся очень и очень далеко, способны на такое. Одна из недавних интересных разработок в этой области – солнечный рентгеновский спутник Swift, о котором я упоминала ранее, и спутник Fermi, оснащенный мониторами всплесков гамма-излучения. На этих спутниках есть приборы, позволяющие исследовать огромные космические пространства, в отличие от других спутников, зона наблюдения которых крайне мала. Мониторы с обозримостью всего неба могут вести наблюдение за большим участком неба, и они могут обнаруживать различные магнетары. С момента запуска таких спутников число известных нам магнетаров резко возросло.

20-30 лет назад мы знали, что существует всего 3 или 4 магнетара. Сегодня нам известно примерно о двух дюжинах магнетаров,  обнаруженных спутниками, которые сканируют небо и замечают, когда эти магнетары взрываются. Большинство взрывов не похожи на гигантские вспышки, но мониторы с обозримостью всего неба способны замечать даже небольшие взрывы. Интересно то, что, как оказалось, некоторые из этих объектов находятся гораздо ближе к Земле, чем мы предполагали ранее. Некоторые из них почти в 10 раз. Интересный вопрос, хотя я предпочитаю не думать на эту тему. Что произойдет, если в одном из близко расположенных к Земле магнетаров, которые мы обнаружили совсем недавно, произойдет гигантская вспышка, наподобие тех, что происходят в другом конце галактики? Каким образом это отразится на атмосфере Земли? 

Это одна из причин того, почему я с удовольствием занимаюсь изучением этих объектов. Мне нравится наблюдать за ними и их рентгеновской активностью. Возможно, я смогу предугадать, когда произойдет гигантская вспышка и пронаблюдать, как магнетары вернутся в обычное состояние. Интересно также понять, почему одни нейтронные звезды становятся магнетарами, а другие – нет. Вначале я говорила, что крупные звезды разрушаются, образуя нейтронные звезды, но мы до сих пор не знаем, почему некоторые нейтронные звезды превращаются в обычные радиопульсары, а некоторые становятся магнетарами. В то же время с некоторыми нейтронными звездами вообще ничего не происходит. У них нет пульсаций. Это еще одна интересная проблема в наших исследованиях. Моя группа и другие ученые пытаются ее решить. Еще один интересный момент в нашей области: мы начали обнаруживать нейтронные звезды, которые пульсируют, но очень редко. Они пульсируют один раз и надолго исчезают. Затем они снова пульсируют. 

Мы называем такие звезды вращающимися радиотранзиентами, и пока они были замечены только при помощи радиоволн, но не рентгеновских лучей. Мы думаем, что они похожи на обычные радиопульсары, но пока не понимаем, почему они пульсируют спорадически. Это весьма интересные объекты. Они дают нам понять, что наши знания о нейтронных звездах в галактике, этих объектах, формирующихся после разрушения массивных звезд, могут быть довольно обрывочными. И мы хотели бы понять, каким образом звезды появились в нашей галактике, как они рождаются и умирают. Эти недавно обнаруженные объекты, которые время от времени взрываются, дают нам понять, что наших знаний о том, каким образом умирают крупные звезды и как часто они образуют нейтронные звезды в сравнении с черными дырами или другими объектами, недостаточно. Мы можем только примерно представить, сколько сверхновых взрывается за сто лет. Думаем, одна или две. Но мы не можем сказать, какого общее число нейтронных звезд. 

Итак, нейтронные звезды – это удивительные и непредсказуемые объекты. Некоторые из них образуют замечательные радиопульсары – своеобразные космические маяки, другие взрываются рентгеновскими и гамма-лучами. Думаю, наиболее важным в астрофизике нейтронных звезд сегодня является осознание того, что нам нужны различные телескопы – наземные, радиотелескопы, в некоторых случаях оптические, космические телескопы, такие, как рентгеновские и гамма-лучевые, поскольку такие излучения на Земле заметить невозможно. Нам крайне необходимы спутники, движущиеся по орбите.

Мы можем заниматься своей наукой только при наличия множества разнообразных приборов.  Всего доброго.

cospar астрофизика виктория каспи вселенная космические телескопы магнетары нейтронная звезда пульсары сверхновая солнце черные дыры

Назад

Социальные сети

Комментарии

  • Александр, 5 октября 2014 г. 10:18:34

    Интересно, а как это они умудряются излучать свет?
    Гадание на кофейной гуще - основное занятие псевдоученых.

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий