МАГНИТАРЫ

[cut Читать дальше...]5 марта 1979 г., сбросив
спускаемые аппараты в ядовитую атмосферу Венеры, советские
космические станции «Венера-11» и
«Венера-12» продолжили полет по эллиптическим
орбитам через внутреннюю часть Солнечной системы. Показания
счетчиков радиации на борту обеих станций колебались в
пределах 100 отсчетов в секунду. Однако в 10:51 по
среднеевропейскому времени (EST) на аппараты обрушился поток
гамма-излучения. За долю миллисекунды уровень радиации
превысил 200 тыс. отсчетов в секунду. Через 11 сек. поток
гамма-излучения накрыл космический зонд Helios-2 NASA,
который также двигался по орбите вокруг Солнца. Стало ясно,
что через Солнечную систему прошел плоский фронт излучения
высокой энергии. Вскоре он дошел до Венеры, и на
обращавшемся вокруг нее спутнике Pioneer VenusOrbiter
детектор зашкалило. Спустя несколько секунд поток достиг
Земли и был зарегистрирован тремя спутниками Vela
министерства обороны США, советским спутником

«Прогноз-7» и космической обсерваторией
Einstein. Наконец, на пути через Солнечную систему волновой
фронт ударил по международной космической станции
International Sun-Earth Explorer.

Астрономы никогда не
сталкивались с подобным.   Начались
исследования и наблюдения, в результате
которых   астрономы обнаружили несколько звезд,
испускающих мощные вспышки гамма- и рентгеновского
излучения, которые могут быть в миллионы раз ярче всех
других известных повторяющихся вспышек.

Обычная
звезда не может выделять столько энергии, значит, источник
должен быть чем-то необычным, например черной дырой или
нейтронной звездой. Вариант черной дыры отвергли,
поскольку черная дыра – бесструктурный объект, который
не может испускать строго периодические импульсы.
Остался вариант нейтронных звезд
- вторых по экстремальности (после
черных дыр) небесных тел во Вселенной. Эти
объекты являются остатками сверхновых,
образующихся, когда запас ядерного топлива
в ядре обычной звезды большой массы истощается, и она под
действием сил гравитации коллапсирует, вызывая взрыв
сверхновой.

Нейтронные звезды – самые плотные
из известных небесных тел: их масса, несколько превышающая
массу Солнца, сосредоточена в шаре диаметром всего 20 км.
Исследования показали, что некоторые нейтронные
звезды обладают настолько сильным магнитным полем, что оно
существенно изменяет свойства вещества внутри звезд и
квантовое состояние вакуума вокруг них, что и приводит
к физическим эффектам, не наблюдаемым в других местах
Вселенной.
По этой причине
эти нейтронные звезды в 1992 году
назвали   «магнитарами».
А наблюдаемые вспышки этих
звезд, сопровождающиеся выделением
огромной энергии и пульсации
излучения, могут объясняться их магнитной
неустойчивостью, подобной землетрясениям.

В нашей Галактике
и ее окрестностях   уже обнаружены
около 15 объектов, которые могут быть магнитарами.
  И по оценке астрофизиков
миллионы магнитар дрейфуют через нашу Галактику не
замеченными, т.к. сохраняют активность всего 10 тыс. лет.

Все же отождествление источника всплесков с
нейтронной звездой не решило все проблемы.
Астрономам известно несколько нейтронных звезд, находящихся
в остатках сверхновых и являющихся
не магнитарами, а радиопульсарами –
объектами, которые периодически испускают импульсы
радиоволн, а не жесткого рентгеновского
или гамма-излучения.

Гипотеза о том, как они
образуются, приведена на рисунке:

Структура нейтронной звезды, основанная на теории ядерной
материи. В коре нейтронной звезды, представляющей собой
структуру из атомных ядер и электронов, могут происходить
звездотрясения. Ядро состоит в основном из нейтронов и,
возможно, кварков. Атмосфера из горячей плазмы может
простираться всего на несколько сантиметров.

В 1996 г.
исследователи Баолянь Чен (Baolian L. Chang), Ричард Эпштейн
(Richard I. Epstein), Роберт Гайер (Robert A. Guyer) и Алекс
Янг (C. AlexY oung) из Лос-Аламосской национальной
лаборатории отметили, что вспышки SGR похожи на
землетрясения: вспышки меньших энергий происходят чаще.
Выпускник Алабамского университета в Хантсвилле Эрсин Гёгюс
(Ersin Gegus) подтвердил такое поведение для большой выборки
вспышек различных источников. Подобные статистические
свойства характерны для самоорганизующихся систем,
достигающих критического состояния, при котором малое
возмущение способно вызвать цепную реакцию. Такое поведение
присуще самым различным системам – от обрушения
песчаных склонов до магнитных вспышек на Солнце.

Но почему
нейтронные звезды ведут себя таким образом? Изучение
радиопульсаров, которые представляют собой быстро
вращающиеся нейтронные звезды с сильными магнитными полями,
помогло ответить на вопрос. Магнитное поле, поддерживаемое
электрическими токами, протекающими глубоко внутри звезды,
вращается вместе со звездой. Пучки радиоволн испускаются с
магнитных полюсов звезды и перемещаются в пространстве из-за
ее вращения, подобно сигнальным огням маяка, в результате
чего и наблюдаются пульсации. Пульсары испускают также
потоки заряженных частиц и низкочастотные электромагнитные
волны, которые уносят энергию, в результате чего его
вращение постепенно замедляется.
Из наблюдений был
сделан вывод, что большинство молодых радиопульсаров должно
иметь магнитное поле между 10 в 12-й степени
до 10 в 13-й степени   Гс. (Для
сравнения: магнит в динамике звуковой колонки имеет поле
около 100 Гс.)

Долгое время стоял вопрос :
откуда в магнитарах и пульсарах
берется магнитное поле? Большинство астрономов
предполагают, что оно возникло в те времена, когда звезда
еще не стала сверхновой. Слабое магнитное поле имеют все
звезды, и оно может усилиться просто в результате ее сжатия.
Согласно уравнениям электродинамики Максвелла, уменьшение
размеров намагниченного объекта в два раза увеличивает силу
его магнитного поля в четыре раза. За время коллапса ядра
массивной звезды, заканчивающегося рождением нейтронной
звезды, его размеры уменьшаются в 100 000   раз,
следовательно, магнитное поле должно усилиться в 10 в
10-й степени    раз.
Если магнитное поле
ядра звезды с самого начала было достаточно сильно, сжатие
ядра может объяснить намагниченность пульсара. К сожалению,
измерить магнитное поле внутри звезды невозможно, так что
проверить гипотезу нельзя. Кроме того, есть достаточно
весомые основания полагать, что сжатие звезды – не
единственная причина усиления поля.

В процессе эволюции
магнитное поле изменяет свою форму, порождая электрические
токи, текущие вдоль магнитных силовых линий снаружи звезды.

В звезде газ может циркулировать в результате конвекции.
Более горячие участки ионизованного газа всплывают, а более
холодные – опускаются. Поскольку ионизованный газ
хорошо проводит электрический ток, пронизывающие его
магнитные силовые линии увлекаются потоком вещества. Таким
образом, поле может изменяться и иногда усиливаться.
Предполагается, что именно это явление, известное под
названием динамо-механизма, может быть причиной
возникновения магнитных полей у звезд и планет.
Динамо-механизм может действовать на любой стадии жизни
массивной звезды, если ее турбулентное ядро вращается
достаточно быстро. Более того, именно в течение короткого
периода после превращения ядра в нейтронную звезду конвекция
особенно сильна.
В 1986 г. Адам Бэрроуз (AdamBurrows) из
Аризонского университетаи Джеймс Латтимер (James M.
Lattimer) из Университета штата Нью-Йорк с помощью
компьютерного моделирования показали, что температура только
что образовавшейся нейтронной звезды превышает 30 млрд.
градусов. Горячая ядерная жидкость циркулирует с периодом 10
мс, обладая огромной кинетической энергией. Примерно через
10 сек. конвекция затухает.
Вскоре после моделирования,
проведенного Бэрроузом и Латтимером, Дункан и Томпсон,
работавшие тогда в Принстонском университете, оценили
степень важности такой мощной конвекции для образования
магнитного поля нейтронной звезды. В качестве исходной точки
можно использовать Солнце. Когда вещество внутри него
циркулирует, оно увлекает за собой магнитные силовые линии,
отдавая магнитному полю около 10% своей кинетической
энергии. Если движущаяся среда внутри нейтронной звезды
также превращает в магнитное поле одну десятую своей
кинетической энергии, то напряженность поля должна превысить
10 в 15-й степени   Гс, что в 1000 раз
больше полей большинства радиопульсаров.
Будет ли
действовать динамо-машина во всем объеме звезды или только в
отдельных ее областях, зависит от того, сравнима ли скорость
вращения звезды со скоростью конвекции. В глубоких слоях
внутри Солнца эти скорости близки, и магнитное поле может
«самоорганизовываться» в крупном масштабе.
Аналогично у новорожденной нейтронной звезды период вращения
не превышает 10 мс, так что сверхсильные магнитные поля в
ней могут широко распространиться.
Верхний предел
напряженности магнитного поля нейтронной звезды около
10 в17-й степени    Гс. При более
сильных полях вещество внутри звезды начинает
перемешиваться, и магнитное поле рассеивается. Во Вселенной
не известны объекты, способные генерировать и
поддерживать магнитные поля, превышающие названный
предел. Одним из побочных следствий проведенных
исследований является вывод о том, что радиопульсары
– это нейтронные звезды, в которых крупномасштабный
динамо-механизм не заработал. Так, в случае пульсара в Крабе
молодая нейтронная звезда вращалась с периодом около 20 мс,
т. е. существенно медленнее, чем период конвекции.

Хотя
концепция магнитара еще не разработана
настолько, чтобы можно было объяснить его природу и
механизм поведения, кое какие выводы
  можно сделать.

Магнитное поле
должно действовать на вращение магнитара как сильный тормоз.
За 5 тыс. лет поле в 10 в 15-й
степени   Гс замедлит вращение объекта
настолько, что его период достигнет 8 сек., – что
объясняет пульсации излучения, наблюдавшиеся во время
всплеска в марте 1979 г.
В процессе эволюции магнитное поле
изменяет свою форму, порождая электрические токи, текущие
вдоль магнитных силовых линий снаружи звезды, которые, в
свою очередь, генерируют рентгеновские лучи. Одновременно
магнитное поле движется через твердую кору магнитара,
создавая в ней изгибные и растягивающие напряжения. Это
вызывает нагрев внутренних слоев звезды и иногда приводит к
разломам коры, сопровождающимся мощными
«звездотрясениями». Выделяющаяся при этом
электромагнитная энергия создает плотные облака электронов и
позитронов, а также внезапные всплески рентгеновского,
гамма- или радиоизлучения.

Как
происходит вспышка магнитара?

1Большую
часть времени магнитар спокоен, но вызванные магнитным полем
напряжения в его твердой коре постепенно нарастают.

2 В
определенный момент напряжения в коре превышают предел ее
прочности, и она разламывается, вероятно, на множество
мелких кусков.

3 Это «звездотрясение» порождает
пульсирующий электрический ток, который быстро затухает,
оставляя после себя раскаленный плазменный шар.

4Плазменный
шар охлаждается, испуская со своей поверхности рентгеновские
лучи. За считанные минуты он испаряется.

Сегодня можно
сказать, что магнитные поля магнитаров измерены точнее
магнитных полей пульсаров. В случае одиночных пульсаров
единственным свидетельством того, что их магнитные поля
достигают 10 в 12-й степени   Гс,
являются измеренные скорости замедления их вращения. В
то время как сочетание быстрого замедления и
ярких рентгеновских вспышек предоставляет несколько
независимых аргументов в пользу того, что магнитные поля
магнитаров составляют от 10 в 14-й
степени   до 10 в 15-й степени
Гс.

Интересно, связаны ли магнитары с какими-либо еще
космическими явлениями? Да:
Экстремальные
магнитные поля магнитаров
напряженностью порядка   10 в
14-й степени Гс. вносят смятение в
излучение и вещество.   При этом
наблюдается:

Двулучепреломление
(поляризация) вакуума:
Поляризованная световая волна
при входе в очень сильное магнитное поле меняет свою
скорость, и следовательно, длину волны.

Расщепление фотонов:
Рентгеновские фотоны легко
распадаются на два или сливаются друг с другом.

Подавление рассеяния:
Световая волна может проходить
мимо электрона почти без возмущения, если магнитное
поле не позволяет ему колебаться и вибрировать с частотой
волны.

Деформация атомов
Поля сильнее 10 в 9-й
степени   Гс. придают орбиталям электронов
сигарообразную форму. В поле интенсивностью 10
в 14-й степени   Гс. атом водорода
сужается в 200 раз.

Все эти странные эффекты влияют на
наблюдательные проявления магнитаров. Физика этих явлений
столь необычна, что она привлекает пока лишь немногих
исследователей.

И природа коротких
гамма-всплесков еще не получила убедительного объяснения, но
некоторые из них, возможно, возникают из-за вспышек на
магнитарах в других галактиках.

Последние открытия и полное
молчание некоторых источника всплесков в течение
20 лет наводят на мысль, что магнитары могут сохранять
состояние покоя в течение нескольких лет и десятилетий, а
затем внезапно проявлять высокую активность
История
магнитаров – напоминание о том, как много еще
предстоит узнать о Вселенной. Сегодня мы едва различаем
дюжину магнитаров среди бессчетного множества звезд. Они
проявляют себя лишь на доли секунды в таких лучах, которые
регистрируют самые сложные современные телескопы. За 10 тыс.
лет их магнитные поля затухают, и они перестают испускать
интенсивное рентгеновское излучение. Таким образом, десяток
обнаруженных магнитаров свидетельствует о существовании
более миллиона, а возможно, и сотен миллионов им подобных.
Старые, темные, давно потухшие магнитары, подобно
удивительным мирам, странствуют в межзвездном пространстве.
Какую тайну нам предстоит еще открыть?


И космос не заставил себя
ждать. Очередная загадка «прилетела»
в 2010 году к нам из созвездия Жертвенника. Там
ученые обнаружили необычный объект – нейтронную звезду
с чрезвычайно сильным магнитным полем, магнитар. Параметры
обнаруженного в созвездии Жертвенника магнитара ставят под
сомнение существующие гипотезы, объясняющие формирование
черных дыр. Звездное скопление Westerlund 1, в котором
расположен наш «подопытный» удалено от Земли на
16 тыс. световых лет. Подавляющее большинство звезд в этом
скоплении, которое по астрономическим меркам образовалось
практически «мгновенно» 3-3, 5 млн лет назад,
отличается очень крупными размерами — диаметр
некоторых звезд превышает диаметр Солнца в две тысячи раз
(размер одной звезды сравним в диаметром орбиты Сатурна).
Благодаря тому, что все звезды в Westerlund 1 образовались в
одно и то же время, ученым удалось вычислить массу звезды,
которая стала прародителем магнитара. Согласно проведенным
расчетам выяснилось, что магнитар «родился» из
звезды, масса которой превышает массу Солнца в 40 раз.

«Поскольку продолжительность жизни звезды
напрямую связана с ее массой – чем тяжелее звезда, тем
меньше она проживет, если мы можем измерить массу
«живых» звезд, с большой уверенностью мы можем
утверждать, что звезда, породившая магнитар, должна быть
значительно массивнее, — объясняет соавтор
исследования Саймон Кларк (Simon Clark). — Эти
наблюдения имеют большое значение, так как сейчас нет
принятой теории о том, каков механизм образования объектов
со сверхсильных магнитным полем». Ранее считалось, что
взрыв звезды с массой от 10 до 25 солнечных масс приводит к
образованию нейтронной звезды или пульсара, а взрыв объекта
в 25 и более раз больше Солнца, неизбежно приводит к
появлению черной дыры. Очевидно, обнаружение магнитара в
созвездии Жертвенника ставит правдивость существующих
теорий образования черных дыр под сомнение.

Испоьзованные   источники:
http://modcos.com/articles.php?id=128

http://www.3dnews.ru/news/Magnitar-postavil-pod-somnenie-meh
anizm-obrazovaniya-chernih-dir
[/cut]

Популярні приколи

відео

НЕЙМОВІРНЕ ПОРУЧ

МАГНИТАРЫ

Останні статті

Коментарі