Neutronske zvijezde. O neutronskim zvijezdama
Koncept neutronskih zvijezda
Koncept neutronskih zvijezda nije nov: prvu sugestiju o mogućnosti njihovog postojanja dali su talentirani astronomi Fritz Zwicky i Walter Baarde iz Kalifornije 1934. godine. (Nešto ranije, 1932. godine, mogućnost postojanja neutronskih zvijezda predvidio je poznati sovjetski naučnik L.D. Landau.) Krajem 30-ih godina postao je predmet istraživanja drugih američkih naučnika Openheimera i Volkova. Interes ovih fizičara za ovaj problem bio je uzrokovan željom da se utvrdi konačna faza evolucije masivne zvijezde koja se skuplja. Budući da su uloga i značaj supernova otkriveni otprilike u isto vrijeme, sugerirano je da bi neutronska zvijezda mogla biti ostatak eksplozije supernove. Nažalost, s izbijanjem Drugog svjetskog rata pažnja naučnika se okrenula vojnim potrebama i detaljna studija ove nove i najviši stepen misterioznih objekata je suspendovan. Zatim, 50-ih godina, proučavanje neutronskih zvijezda je nastavljeno čisto teoretski kako bi se utvrdilo da li su one povezane s problemom rođenja hemijski elementi u centralnim oblastima zvezda.ostaju jedini astrofizički objekt čije su postojanje i svojstva predviđeni mnogo prije njihovog otkrića.
Početkom 1960-ih, otkriće kosmičkih izvora rendgenskih zraka pružilo je veliko ohrabrenje onima koji su smatrali neutronske zvijezde mogućim izvorima nebeskih rendgenskih zraka. Do kraja 1967 je otkriveno nova klasa nebeski objekti - pulsari, što je dovelo naučnike do zabune. Ovo otkriće je bilo najvažniji razvoj u proučavanju neutronskih zvijezda, jer je ponovo pokrenulo pitanje porijekla kosmičkog rendgenskog zračenja. Govoreći o neutronskim zvijezdama, treba uzeti u obzir da one fizičke karakteristike utvrđeno teorijski i vrlo hipotetički, budući da fizičkim uslovima, koji postoje u ovim tijelima, ne mogu se reproducirati u laboratorijskim eksperimentima.
Svojstva neutronskih zvijezda
Gravitacijske sile imaju odlučujući uticaj na svojstva neutronskih zvijezda. Prema različitim procjenama, prečnici neutronskih zvijezda su 10-200 km. A ovaj volumen, beznačajan u kosmičkom smislu, "ispunjen" je takvom količinom materije od koje može sastaviti nebesko tijelo poput Sunca, prečnika oko 1,5 miliona km, i mase skoro trećinu miliona puta teže nego Zemlja! Prirodna posljedica takve koncentracije tvari je nevjerojatna velika gustoća neutronska zvijezda. U stvari, ispada da je toliko gusta da čak može biti i čvrsta. Gravitacija neutronske zvijezde je tolika da bi tamo čovjek težio oko milion tona. Proračuni pokazuju da su neutronske zvijezde jako magnetizirane. Procjenjuje se da magnetsko polje neutronske zvijezde može dostići 1 milion. miliona gausa, dok je na Zemlji 1 gaus. Radijus neutronske zvijezde Pretpostavlja se da je oko 15 km, a masa je oko 0,6 - 0,7 solarnih masa. Vanjski sloj je magnetosfera koja se sastoji od razrijeđenih elektrona i nuklearne plazme, u koju prodire snažno magnetsko polje zvijezde. Odatle nastaju radio signali, koji su žig pulsari. Ultrabrze nabijene čestice koje se kreću spiralno duž magneta dalekovodi, dati povišicu razne vrste radijacije. U nekim slučajevima, zračenje se javlja u radio opsegu elektromagnetnog spektra, u drugim - zračenje na visokim frekvencijama.Gustina neutronske zvijezde
Gotovo odmah ispod magnetosfere, gustina supstance dostiže 1 t/cm3, što je 100.000 puta veće od gustine gvožđa. Sljedeći sloj nakon vanjskog sloja ima karakteristike metala. Ovaj sloj "supertvrde" supstance je u kristalnom obliku. Kristali se sastoje od atomskih jezgara sa atomska masa 26 - 39 i 58 - 133. Ovi kristali su izuzetno mali: da bi prešli razdaljinu od 1 cm, oko 10 milijardi kristala treba biti poređano u jednu liniju. Gustina u ovom sloju je više od milion puta veća nego u vanjskom sloju, ili inače, 400 milijardi puta veća od gustine željeza.Krećući se dalje prema centru zvijezde, prelazimo treći sloj. Uključuje područje teških jezgara kao što je kadmijum, ali je takođe bogato neutronima i elektronima. Gustina trećeg sloja je 1000 puta veća od prethodnog. Prodirući dublje u neutronsku zvijezdu, dolazimo do četvrtog sloja, a gustoća se lagano povećava - oko pet puta. Međutim, pri takvoj gustoći, jezgre više ne mogu održati svoj fizički integritet: raspadaju se na neutrone, protone i elektrone. Većina materije je u obliku neutrona. Postoji 8 neutrona za svaki elektron i proton. Ovaj sloj se, u suštini, može smatrati neutronskom tekućinom, “kontaminiranom” elektronima i protonima. Ispod ovog sloja nalazi se jezgro neutronske zvijezde. Ovdje je gustina približno 1,5 puta veća nego u sloju koji ga prekriva. Pa ipak, čak i tako malo povećanje gustoće dovodi do činjenice da se čestice u jezgri kreću mnogo brže nego u bilo kojem drugom sloju. Kinetička energija Kretanje neutrona pomiješanih s malim brojem protona i elektrona toliko je veliko da se neelastični sudari čestica stalno događaju. Svi poznati objekti nastaju u procesu kolizije. nuklearna fizikačestice i rezonancije, kojih ima više od hiljadu. Po svoj prilici postoji veliki broj čestica koje nam još nisu poznate.
Temperatura neutronske zvijezde
Temperature neutronskih zvijezda su relativno visoke. Ovo je za očekivati s obzirom na to kako nastaju. Tokom prvih 10 - 100 hiljada godina postojanja zvezde, temperatura jezgra opada na nekoliko stotina miliona stepeni. Tada počinje nova faza kada se temperatura jezgra zvijezde polako smanjuje zbog emisije elektromagnetnog zračenja.Predmeti o kojima se govori u članku otkriveni su slučajno, iako su naučnici L. D. Landau i R. Oppenheimer predvidjeli njihovo postojanje još 1930. godine. Radi se o o neutronskim zvijezdama. Karakteristike i karakteristike ovih kosmičkih svjetiljki bit će razmotrene u članku.
Neutron i istoimena zvijezda
Nakon predviđanja 30-ih godina 20. stoljeća o postojanju neutronskih zvijezda i nakon otkrića neutrona (1932.), Baade V. je zajedno sa Zwickyjem F. 1933. godine na kongresu fizičara u Americi objavio mogućnost formiranja objekta zvanog neutronska zvijezda. Ovo je kosmičko tijelo koje se pojavljuje tokom eksplozije supernove.
Međutim, svi proračuni su bili samo teoretski, jer takvu teoriju nije bilo moguće dokazati u praksi zbog nedostatka odgovarajuće astronomske opreme i premale veličine neutronske zvijezde. Ali 1960. godine, rendgenska astronomija je počela da se razvija. Tada su, sasvim neočekivano, zahvaljujući radio zapažanjima otkrivene neutronske zvijezde.
Otvaranje
1967. godina bila je značajna na ovim prostorima. Bell D., kao diplomirani student Huish E., uspio je otkriti kosmički objekat - neutronsku zvijezdu. Ovo je tijelo koje emituje konstantno zračenje radiotalasnih impulsa. Fenomen je upoređivan sa kosmičkim radio farom zbog uskog smjera radio zraka, koji je dolazio iz vrlo brzo rotirajućeg objekta. Činjenica je da bilo koja druga standardna zvijezda ne bi mogla održati svoj integritet pri tako velikoj brzini rotacije. Za to su sposobne samo neutronske zvijezde, među kojima je prvi otkriven pulsar PSR B1919+21.
Sudbina masivnih zvijezda se veoma razlikuje od malih. U takvim svetiljkama dolazi trenutak kada pritisak gasa više ne uravnotežuje gravitacione sile. Takvi procesi dovode do činjenice da se zvijezda počinje neograničeno smanjivati (kolapsirati). Sa masom zvijezde 1,5-2 puta većom od Sunčeve, kolaps će biti neizbježan. Tokom procesa kompresije, gas unutar zvjezdanog jezgra se zagrijava. U početku se sve dešava veoma sporo.
Kolaps
Dostizanjem određene temperature, proton se može pretvoriti u neutrine, koji odmah napuštaju zvijezdu, uzimajući energiju sa sobom. Kolaps će se intenzivirati sve dok se svi protoni ne pretvore u neutrine. Ovo stvara pulsar, ili neutronsku zvijezdu. Ovo je jezgro u kolapsu.
Tokom formiranja pulsara, vanjska ljuska prima energiju kompresije, koja će tada biti brzinom većom od hiljadu km/s. bačen u svemir. Ovo stvara udarni talas, što može dovesti do formiranja novih zvijezda. Ovaj će biti milijarde puta veći od originala. Nakon ovog procesa, u periodu od jedne sedmice do mjesec dana, zvijezda emituje svjetlost u količinama koje premašuju cijelu galaksiju. Takvo nebesko tijelo naziva se supernova. Njegova eksplozija dovodi do stvaranja magline. U središtu magline je pulsar, ili neutronska zvijezda. Ovo je takozvani potomak zvijezde koja je eksplodirala.
Vizualizacija
U dubinama čitavog svemira dešavaju se neverovatni događaji, među kojima je i sudar zvezda. Zahvaljujući sofisticiranom matematičkom modelu, NASA-ini naučnici su uspjeli vizualizirati nemir ogromnih količina energije i degeneraciju materije koja je u to uključena. Nevjerovatno moćna slika kosmičke kataklizme odigrava se pred očima posmatrača. Vjerovatnoća da će doći do sudara neutronskih zvijezda je vrlo velika. Susret dva takva svjetla u svemiru počinje njihovim zaplitanjem u gravitacijska polja. Posedujući ogromnu masu, razmenjuju zagrljaje, da tako kažem. Prilikom sudara dolazi do snažne eksplozije, praćene nevjerovatno snažnim oslobađanjem gama zračenja.
Ako promatramo neutronsku zvijezdu odvojeno, onda je to ostatak eksplozije supernove, u kojoj životni ciklus završava. Masa umiruće zvijezde je 8-30 puta veća od mase Sunca. Univerzum je često obasjan eksplozijama supernove. Vjerovatnoća da će se neutronske zvijezde naći u svemiru je prilično velika.
Sastanak
Zanimljivo je da kada se dvije zvijezde sretnu, razvoj događaja se ne može jednoznačno predvidjeti. Jedna od opcija opisana je matematičkim modelom koji su predložili NASA-ini naučnici iz Centra svemirski letovi. Proces počinje s dvije neutronske zvijezde koje se nalaze na udaljenosti od otprilike 18 km jedna od druge u svemiru. Prema kosmičkim standardima, neutronske zvijezde mase 1,5-1,7 puta veće od Sunca smatraju se sićušnim objektima. Njihov promjer varira unutar 20 km. Zbog ovog neslaganja između zapremine i mase, neutronska zvijezda ima najjaču gravitaciju i magnetsko polje. Zamislite samo: kašičica materije iz neutronske zvezde teška je koliko i čitav Mount Everest!
Degeneracija
Nevjerovatno visoki gravitacijski valovi neutronske zvijezde oko nje razlog su zašto materija ne može postojati u obliku pojedinačnih atoma, koji počinju da se urušavaju. Sama materija se transformiše u degenerisanu neutronsku materiju, u kojoj struktura samih neutrona neće dozvoliti da zvezda pređe u singularitet, a zatim u crnu rupu. Ako masa degenerisane materije počne da raste usled njenog dodavanja, tada će gravitacione sile moći da savladaju otpor neutrona. Tada ništa neće spriječiti uništenje strukture nastale kao rezultat sudara neutronskih zvjezdanih objekata.
Matematički model
Proučavajući ove nebeske objekte, naučnici su došli do zaključka da je gustina neutronske zvezde uporediva sa gustinom materije u jezgru atoma. Njegovi pokazatelji se kreću od 1015 kg/m³ do 1018 kg/m³. Dakle, nezavisno postojanje elektrona i protona je nemoguće. Zvjezdana materija se praktično sastoji samo od neutrona.
Stvoreni matematički model pokazuje koliko je periodično moćan gravitacione interakcije, koji nastaje između dvoje neutronske zvijezde, probijaju tanku ljusku dvije zvijezde i bacaju ogromnu količinu zračenja (energije i materije) u prostor koji ih okružuje. Proces zbližavanja odvija se vrlo brzo, bukvalno u djeliću sekunde. Kao rezultat sudara, formira se toroidni prsten materije sa novorođenom crnom rupom u sredini.
Bitan
Modeliranje takvih događaja je važno. Zahvaljujući njima, naučnici su uspeli da shvate kako nastaju neutronska zvezda i crna rupa, šta se dešava kada se zvezde sudare, kako se supernove rađaju i umiru i mnoge druge procese vanjski prostor. Svi ovi događaji su izvor pojave najtežih hemijskih elemenata u Univerzumu, čak i težih od gvožđa, koji se ne mogu formirati na bilo koji drugi način. Ovo dovoljno govori važnost neutronske zvijezde u cijelom svemiru.
Zadivljujuća je rotacija nebeskog objekta ogromne zapremine oko svoje ose. Ovaj proces uzrokuje kolaps, ali u isto vrijeme masa neutronske zvijezde ostaje praktički ista. Ako zamislimo da će se zvijezda nastaviti skupljati, tada će se, prema zakonu održanja ugaonog momenta, kutna brzina rotacije zvijezde povećati do nevjerovatnih vrijednosti. Ako je zvijezdi bilo potrebno oko 10 dana da izvrši punu revoluciju, onda će kao rezultat završiti istu revoluciju za 10 milisekundi! Ovo su nevjerovatni procesi!
Razvoj kolapsa
Naučnici proučavaju takve procese. Možda ćemo svjedočiti novim otkrićima koja nam se i dalje čine fantastičnim! Ali šta bi se moglo dogoditi ako zamislimo dalji razvoj kolapsa? Da bismo lakše zamislili, uzmimo za poređenje par neutronska zvijezda/Zemlja i njihove gravitacijske radijuse. Dakle, uz kontinuiranu kompresiju, zvijezda može doći do stanja u kojem neutroni počinju da se pretvaraju u hiperone. Poluprečnik nebeskog tijela će postati toliko mali da ćemo vidjeti grudvu superplanetarnog tijela sa masom i gravitacijskim poljem zvijezde. Ovo se može uporediti sa onim kako kada bi Zemlja postala veličine ping-pong loptice, a radijus gravitacije našeg svjetla, Sunca, bio jednak 1 km.
Ako zamislimo da mali komad zvjezdane materije ima privlačnost ogromne zvijezde, onda je sposoban da drži cijeli planetarni sistem blizu sebe. Ali gustina takvog nebeskog tijela je previsoka. Zraci svjetlosti postepeno prestaju da se probijaju kroz njega, tijelo kao da se gasi, prestaje biti vidljivo oku. Samo se gravitaciono polje ne menja, što upozorava da ovde postoji gravitaciona rupa.
Otkrića i zapažanja
Prvi put spajanja neutronskih zvijezda zabilježena su nedavno: 17. avgusta. Prije dvije godine otkriveno je spajanje crnih rupa. To je tako važan događaj u oblasti astrofizike ta posmatranja je istovremeno vršilo 70 svemirskih opservatorija. Naučnici su uspjeli provjeriti ispravnost hipoteza o eksplozijama gama zraka, mogli su promatrati sintezu teških elemenata koju su prethodno opisali teoretičari.
Tako široko rasprostranjeno opažanje praska gama zraka, gravitacionih talasa a vidljiva svjetlost omogućila je da se odredi područje na nebu na kojem se dogodio značajan događaj i galaksija u kojoj su se te zvijezde nalazile. Ovo je NGC 4993.
Naravno, astronomi su dugo posmatrali kratke, ali do sada nisu mogli sa sigurnošću reći o njihovom porijeklu. Iza glavne teorije stajala je verzija spajanja neutronskih zvijezda. Sada je to potvrđeno.
Da bi opisali neutronsku zvijezdu pomoću matematike, naučnici se okreću jednadžbi stanja koja povezuje gustinu sa pritiskom materije. Međutim, postoji mnogo takvih opcija, a naučnici jednostavno ne znaju koja će od postojećih biti ispravna. Nadamo se da će gravitacijske opservacije pomoći u rješavanju ovog problema. On ovog trenutka signal nije dao jednoznačan odgovor, ali već pomaže u procjeni oblika zvijezde, ovisno o gravitacijskoj privlačnosti prema drugom tijelu (zvijezdi).
Ilustracija copyright Getty Images Naslov slike Fenomen je posmatran pomoću svemirskih opservatorija i zemaljskih teleskopa
Naučnici su po prvi put uspjeli otkriti gravitacijske valove od spajanja dvije neutronske zvijezde.
Talase su snimili LIGO detektori u SAD-u i italijanska opservatorija Virgo.
Prema istraživačima, kao rezultat takvih spajanja, elementi poput platine i zlata pojavljuju se u svemiru.
Otkriće je napravljeno 17. avgusta. Dva detektora u Sjedinjenim Državama otkrila su gravitacijski signal GW170817.
Podaci trećeg detektora u Italiji omogućili su razjašnjavanje lokalizacije kosmičkog događaja.
"Ovo je ono što smo svi čekali," rekao je Izvršni direktor LIGO laboratorij David Reitze, komentirajući otkriće.
Spajanje se dogodilo u galaksiji NGC4993, koja se nalazi oko 130 miliona svjetlosnih godina od Zemlje u sazviježđu Hidra.
Mase zvijezda su se kretale od 1,1 do 1,6 solarnih masa, što spada u područje mase neutronskih zvijezda. Njihov radijus je 10-20 km.
Zvijezde se nazivaju neutronskim zvijezdama jer se, tokom procesa gravitacijske kompresije, protoni i elektroni unutar zvijezde spajaju, što rezultira objektom koji se sastoji gotovo isključivo od neutrona.
Takvi objekti imaju nevjerovatnu gustinu - kašičica materije bi bila teška oko milijardu tona.
Ilustracija copyright NSF/LIGO/SONOMA DRŽAVNI UNIVERZITET Naslov slike Spajanje neutronskih zvijezda u glavama naučnika izgleda otprilike ovako (na fotografiji - kompjuterski model)LIGO laboratorija u Livingstonu, Louisiana, mala je zgrada iz koje se pod pravim uglom prostiru dvije cijevi - krakovi interferometra. Unutar svakog od njih nalazi se laserski snop, koji bilježi promjene u dužini kojih se mogu detektirati gravitacijski valovi.
LIGO detektor, postavljen usred prostranih šuma, dizajniran je da detektuje gravitacione talase koji stvaraju kosmičke kataklizme velikih razmera kao što su spajanje neutronskih zvezda.
Detektor je nadograđen prije četiri godine i od tada je četiri puta detektirao sudare crnih rupa.
Gravitacijski valovi, koji nastaju kao rezultat velikih događanja u svemiru, dovode do pojave vremensko-prostornih distorzija, donekle sličnih talasima u vodi.
Reprodukcija medija nije podržana na vašem uređaju
Otkriće godine: kako zvuči sudar neutronske zvijezde?Oni rastežu i sabijaju svu materiju kroz koju prolaze do gotovo beznačajnog stepena - manjeg od širine jednog atoma.
"Oduševljen sam onim što smo uradili. Prvi put sam počeo da radim na gravitacionim talasima u Glazgovu dok sam još bio student. Od tada je prošlo mnogo godina, bilo je uspona i padova, ali sada se sve poklopilo", kaže LIGO radnica, profesorka Norna Robertson.
"Tokom proteklih nekoliko godina, prvo smo otkrili spajanje crnih rupa, a zatim neutronskih zvijezda, i osjećam da otvaramo novo polje za istraživanje", dodaje ona.
- Postojanje gravitacionih talasa predvidjela je Ajnštajnova opšta teorija relativnosti
- Trebale su decenije da se razvije tehnologija koja je omogućila snimanje talasa.
- Gravitacijski valovi su distorzije u vremenu i prostoru koje nastaju kao rezultat velikih događaja u svemiru
- Materija koja se brzo ubrzava stvara gravitacijske valove koji putuju brzinom svjetlosti
- Među vidljivim izvorima talasa su spajanja neutronskih zvijezda i "crnih rupa".
- Istraživanje talasa otvara fundamentalno novo polje za istraživanje
Naučnici su vjerovali da je oslobađanje energije u takvim razmjerima dovelo do stvaranja rijetkih elemenata poput zlata i platine.
Prema dr Kate Maguire sa Queen's univerziteta u Belfastu, koja je analizirala prve epidemije koje su nastale spajanjem, ova teorija je sada dokazana.
"Koristeći najmoćnije svjetske teleskope, otkrili smo da je ovo spajanje neutronskih zvijezda dovelo do oslobađanja teških kemijskih elemenata kao što su zlato i platina velikom brzinom u svemir", kaže Maguire.
„Ovi novi rezultati pomažu da se napravi značajan napredak ka rješavanju dugogodišnje debate o tome gdje periodni sistem uzeti su elementi teži od gvožđa”, dodaje ona.
Nove granice
Posmatranja sudara neutronske zvijezde također su potvrdila teoriju da je praćen kratkim naletima gama zraka.
Poređenjem prikupljenih informacija o gravitacionim talasima nastalim sudarom sa podacima o svetlosnog zračenja prikupljeni pomoću teleskopa, naučnici su koristili ranije nekorišćenu metodu za merenje brzine širenja Univerzuma.
Jedan od najutjecajnijih teorijskih fizičara na planeti, profesor Stephen Hawking, u razgovoru za BBC, nazvao je to "prvom prečkom na ljestvici" za novi način mjerenja udaljenosti u svemiru.
"Novi načini posmatranja svemira imaju tendenciju da dovedu do iznenađenja, od kojih se mnoga ne mogu predvidjeti. Još uvijek trljamo oči, odnosno čistimo uši, nakon što smo prvi put čuli zvuk gravitacijskih talasa", rekao je Hawking.
Ilustracija copyright N.S.F. Naslov slike Kompleks opservatorije LIGO u Livingstonu. Od zgrade se protežu „ramena“ - cevi, unutar kojih laserski snopovi prolaze u vakuumu.Sada se modernizuje oprema kompleksa LIGO. Za godinu dana postat će dvostruko osjetljiviji i moći će skenirati dio prostora koji je osam puta veći nego što je sada.
Naučnici vjeruju da će u budućnosti opažanja sudara crnih rupa i neutronskih zvijezda postati uobičajena pojava. Također se nadaju da će naučiti promatrati objekte koje danas ne mogu ni zamisliti i početi nova era u astronomiji.
Pulsari 4U 0115+63 i V 0332+53 pripadaju posebnom tipu izvora - plamenim (ili prolaznim) rendgenskim pulsarima. Oni ili slabo sijaju u rendgenskom opsegu, ili jako bljeskaju, ili čak potpuno nestaju. Po načinu na koji pulsari prelaze iz jednog stanja u drugo, može se suditi o njihovim magnetnim poljima i temperaturama okolne materije. Vrijednosti ovih parametara su toliko visoke da se ne mogu dobiti i izmjeriti direktno u zemaljskim laboratorijama.
Ime pulsara počinje slovom, koje označava prvu opservatoriju koja ga je pronašla, a zatim slijede brojevi - koordinate pulsara. "V" je satelit Vela 5B, američki vojni satelit dizajniran za praćenje teritorije SSSR-a. “4U” zauzvrat znači “4. katalog UHURU-a”, prvu namjensku rendgensku opservatoriju u orbiti. A kada je otkriven prvi pulsar, u početku se zvao LGM-1, od "malih zelenih ljudi". mali zeleni ljudi"): Slao je radio impulse u pravilnim intervalima, a istraživači su odlučili da bi to mogao biti signal inteligentnih civilizacija.
Rendgenski pulsar je brzo rotirajuća neutronska zvijezda sa jakim magnetnim poljem. Neutronska zvijezda može formirati par sa običnom zvijezdom i povući svoj plin na sebe - astrofizičari to nazivaju akrecijom. Plin spiralno kruži oko neutronske zvijezde, formirajući akrecijski disk, i usporava se na granici magnetosfere neutronske zvijezde. U tom slučaju, supstanca malo prodire u magnetosferu, "zamrzne" se u nju i teče niz magnetne linije do polova. Padajući na magnetne polove, zagreva se na stotine miliona stepeni i emituje u rendgenskom opsegu. Budući da je magnetska os neutronske zvijezde pod uglom u odnosu na os rotacije, rendgenski zraci rotiraju poput zraka svjetionika i "sa obale" se pojavljuju kao ponavljajući signali s periodom od hiljaditih dijelova sekunde do nekoliko minuta.
Neutronska zvijezda je jedan od mogućih ostataka baklje supernova. Na kraju evolucije nekih zvijezda, njihova materija je toliko komprimirana zbog gravitacije da se elektroni zapravo spajaju s protonima i formiraju neutrone. Magnetno polje neutronske zvijezde može premašiti maksimum koji se može postići na Zemlji za desetine milijardi puta.
Da bi rendgenski pulsar bio posmatran u sistemu od dve zvezde, materija mora da teče od obične zvezde do neutronske zvezde. Obična zvijezda može biti gigant ili supergigant i imati snažan zvjezdani vjetar, odnosno izbacuje mnogo materije u svemir. Ili bi to mogla biti mala zvijezda poput Sunca koja je ispunila svoj Rocheov režanj – područje iza kojeg materiju više ne drži gravitacijsko privlačenje zvijezde i povlači je gravitacija neutronske zvijezde.
Rendgenski pulsari 4U 0115+63 i V 0332+53 emituju tako neredovito (tj. pokazuju navale zračenja) jer svaki od njih ima prilično neobičnu zvijezdu pratioca - zvijezdu klase Be. Zvijezda Be rotira oko svoje ose tako brzo da joj se s vremena na vrijeme "podiže" - plinski disk se formira i raste duž ekvatora - i zvijezda ispunjava Rocheov režanj. Plin počinje naglo akreirati na neutronsku zvijezdu, intenzitet njenog zračenja naglo raste i dolazi do bljeska. Postepeno se „suknja“ istroši, akrecijski disk se iscrpljuje i materija više ne može pasti na neutronsku zvijezdu zbog utjecaja magnetskog polja i centrifugalnih sila. Javlja se takozvani "efekat propelera". U ovom režimu ne dolazi do akrecije i izvor rendgenskih zraka nestaje.
Koristeći rendgenski teleskop na svemirskoj opservatoriji Swift, ruski naučnici su uspjeli izmjeriti granični intenzitet zračenja, odnosno luminoznost ispod koje pulsar prelazi u "propelerski mod". Ova vrijednost ovisi o magnetskom polju i periodu rotacije pulsara. Period rotacije proučavanih izvora poznat je mjerenjem vremena dolaska impulsa koje emituju - 3,6 sec za 4U 0115+63 i 4,3 sec za V 0332+53, što je omogućilo izračunavanje jačine magnetnog polja. Rezultati su se poklopili sa vrijednostima dobijenim drugim metodama. Međutim, luminoznost pulsara nije opala za 400 puta, kako se očekivalo, već samo za 200 puta. Autori su sugerirali da se ili površina neutronske zvijezde, zagrijana bakljom, hladi i time služi kao dodatni izvor zračenja, ili da efekat propelera ne može u potpunosti blokirati protok materije iz obične zvijezde i da postoje druga "curenja" kanala.
Prijelaz na propelerski način rada vrlo je teško otkriti, jer u ovom načinu rada pulsar ne emituje gotovo nikakvo zračenje. Tokom prethodnih baklji izvora 4U 0115+63 i V 0332+53, već je bilo pokušaja da se uhvati ovaj prelaz, ali zbog niske osetljivosti instrumenata dostupnih u to vreme, „isključeno stanje” nije bilo moguće detektovati. Pouzdana potvrda da se ovi pulsari zapravo "gase" tek je sada dobijena. Štaviše, pokazano je da se informacije o prelasku na „propelerski način rada” mogu koristiti za određivanje jačine i strukture magnetskog polja neutronskih zvijezda.
Aleksandar Lutovinov, profesor Ruske akademije nauka, doktor fizičko-matematičkih nauka, šef laboratorije u Institutu istraživanje svemira Predavač RAS i MIPT objašnjava: „Jedno od fundamentalnih pitanja u formiranju i evoluciji neutronskih zvijezda je struktura njihovih magnetnih polja. Tokom istraživanja smo za dvije neutronske zvijezde odredili dipolnu komponentu magnetnog polja, koja je upravo odgovorna za efekat propelera. Pokazali smo da se ova nezavisno dobijena vrednost može uporediti sa već poznatom vrednošću magnetnog polja iz merenja ciklotronskih linija i na taj način proceniti doprinos drugih komponenti višeg reda koje ulaze u strukturu polja.” Rezultati mjerenja, proračuni i zaključci objavljeni su u časopisu
>Pulsar (ružičasti) se može vidjeti u centru galaksije M82.
Istražiti pulsari i neutronske zvijezde Univerzum: opis i karakteristike sa fotografijama i video zapisima, struktura, rotacija, gustina, sastav, masa, temperatura, pretraga.
Pulsari
Pulsari su sferni kompaktni objekti čije dimenzije ne prelaze granice veliki grad. Iznenađujuće je da sa takvom zapreminom premašuju solarnu masu u smislu mase. Koriste se za proučavanje ekstremnih stanja materije, otkrivanje planeta izvan našeg sistema i mjerenje kosmičkih udaljenosti. Osim toga, pomogli su u pronalaženju gravitacijskih valova koji ukazuju na energetske događaje, poput supermasivnih sudara. Prvi put otkriven 1967.
Šta je pulsar?
Ako tražite pulsar na nebu, čini se da je to obična svjetlucava zvijezda koja prati određeni ritam. U stvari, njihova svjetlost ne treperi i ne pulsira, i ne izgledaju kao zvijezde.
Pulsar proizvodi dva uporna, uska snopa svjetlosti u suprotnim smjerovima. Efekat treperenja se stvara jer se rotiraju (princip beacona). U ovom trenutku, snop udara u Zemlju, a zatim se ponovo okreće. Zašto se ovo dešava? Činjenica je da svjetlosni snop pulsara obično nije poravnat s njegovom osom rotacije.
Ako je treptanje generirano rotacijom, tada brzina impulsa odražava brzinu kojom se pulsar vrti. Ukupno je pronađeno 2.000 pulsara, od kojih se većina okreće jednom u sekundi. Ali postoji otprilike 200 objekata koji uspiju napraviti stotinu okretaja u isto vrijeme. Najbrži se zovu milisekundni, jer je njihov broj okretaja u sekundi jednak 700.
Pulsari se ne mogu smatrati zvijezdama, barem „živim“. Umjesto toga, to su neutronske zvijezde, nastale nakon što masivna zvijezda ostane bez goriva i kolapsira. Kao rezultat toga, stvara se snažna eksplozija - supernova, a preostali gusti materijal se pretvara u neutronsku zvijezdu.
Prečnik pulsara u svemiru doseže 20-24 km, a njihova masa je dvostruko veća od Sunčeve. Da vam dam ideju, komad takvog predmeta veličine kocke šećera težit će milijardu tona. Odnosno, nešto teško kao Everest stane u vašu ruku! Istina, postoji još gušći objekt - crna rupa. Najmasivniji doseže 2,04 solarne mase.
Pulsari imaju jako magnetno polje koje je 100 miliona do 1 kvadrilion puta jače od Zemljinog. Da bi neutronska zvijezda počela emitirati svjetlost poput pulsara, mora imati pravi omjer jačine magnetnog polja i brzine rotacije. Dešava se da snop radio talasa ne prođe kroz vidno polje zemaljski teleskop i ostaju nevidljivi.
Radio pulsari
Astrofizičar Anton Birjukov o fizici neutronskih zvijezda, usporavanju rotacije i otkriću gravitacijskih valova:
Zašto pulsari rotiraju?
Sporost pulsara je jedna rotacija u sekundi. Najbrži ubrzavaju na stotine okretaja u sekundi i nazivaju se milisekundama. Proces rotacije nastaje jer su se rotirale i zvijezde od kojih su nastale. Ali da biste došli do te brzine, potreban vam je dodatni izvor.
Istraživači vjeruju da su milisekundni pulsari nastali krađom energije od susjeda. Možda ćete primijetiti prisustvo strane tvari koja povećava brzinu rotacije. A to nije dobro za povrijeđenog pratioca, kojeg bi pulsar jednog dana mogao potpuno progutati. Takvi sistemi se nazivaju crne udovice (po opasnog izgleda pauk).
Pulsari su sposobni da emituju svetlost u nekoliko talasnih dužina (od radija do gama zraka). Ali kako to rade? Naučnici još ne mogu pronaći tačan odgovor. Smatra se da je za svaku talasnu dužinu odgovoran poseban mehanizam. Zrake nalik na farove napravljene su od radio talasa. Oni su svijetli i uski i podsjećaju na koherentnu svjetlost, gdje čestice formiraju fokusirani snop.
Što je rotacija brža, to je slabije magnetsko polje. Ali brzina rotacije im je dovoljna da emituju zrake jednako sjajne kao spore.
Tokom rotacije, magnetno polje stvara električno, koje može dovesti nabijene čestice u mobilno stanje ( struja). Područje iznad površine gdje dominira magnetno polje naziva se magnetosfera. Ovdje se nabijene čestice nevjerovatno ubrzavaju velike brzine zbog jakog električno polje. Svaki put kada ubrzaju, emituju svjetlost. Prikazuje se u optičkom i rendgenskom opsegu.
Šta je sa gama zracima? Istraživanja sugeriraju da njihov izvor treba tražiti negdje u blizini pulsara. I ličiće na lepezu.
Potražite pulsare
Radio teleskopi ostaju glavna metoda za traženje pulsara u svemiru. Oni su mali i bledi u odnosu na druge objekte, tako da morate skenirati celo nebo i postepeno ovi objekti ulaze u sočivo. Većina je pronađena pomoću opservatorije Parkes u Australiji. Mnogo novih podataka će biti dostupno od antene kvadratnog kilometra (SKA) počevši od 2018.
Godine 2008. lansiran je teleskop GLAST, koji je pronašao 2050 pulsara koji emituju gama zrake, od kojih su 93 bila milisekundna. Ovaj teleskop je nevjerovatno koristan jer skenira cijelo nebo, dok drugi samo naglašavaju male površine duž aviona.
Pronalaženje različitih talasnih dužina može biti izazovno. Činjenica je da su radio talasi nevjerovatno moćni, ali možda jednostavno neće pasti u sočivo teleskopa. Ali gama zračenje se širi po većem dijelu neba, ali je slabije u svjetlini.
Naučnici sada znaju za postojanje 2.300 pulsara, pronađenih putem radio talasa i 160 putem gama zraka. Postoje i pulsari od 240 milisekundi, od kojih 60 proizvodi gama zrake.
Koristeći pulsare
Pulsari nisu samo nevjerovatni svemirski objekti, već i korisni alati. Emitovana svjetlost može puno reći o unutrašnjim procesima. To jest, istraživači su u stanju razumjeti fiziku neutronskih zvijezda. Ovi objekti su takvi visokog pritiska da se ponašanje materije razlikuje od uobičajenog. Čudan sadržaj neutronskih zvijezda naziva se "nuklearna pasta".
Pulsari donose mnoge prednosti zahvaljujući preciznosti njihovih pulseva. Naučnici poznaju određene objekte i percipiraju ih kao kosmičke satove. Tako su se počele pojavljivati spekulacije o prisutnosti drugih planeta. U stvari, prva pronađena egzoplaneta kružila je oko pulsara.
Ne zaboravite da se pulsari nastavljaju kretati dok "treptaju", što znači da se mogu koristiti za mjerenje kosmičkih udaljenosti. Oni su takođe bili uključeni u testiranje Ajnštajnove teorije relativnosti, poput momenata sa gravitacijom. Ali pravilnost pulsiranja može biti poremećena gravitacionim talasima. Ovo je uočeno u februaru 2016.
Pulsar Cemeteries
Postepeno, svi pulsari usporavaju. Zračenje se pokreće magnetnim poljem stvorenim rotacijom. Kao rezultat toga, također gubi snagu i prestaje da šalje zrake. Naučnici su povukli posebnu liniju gdje se gama zraci još uvijek mogu detektirati ispred radio valova. Čim pulsar padne ispod, otpisuje se na groblju pulsara.
Ako je pulsar formiran od ostataka supernove, onda ima ogromnu rezervu energije i brza brzina rotacija. Primjeri uključuju mladi objekat PSR B0531+21. U ovoj fazi može ostati nekoliko stotina hiljada godina, nakon čega će početi gubiti brzinu. Pulsari srednjih godina čine većinu stanovništva i proizvode samo radio talase.
Međutim, pulsar može produžiti svoj život ako se u blizini nalazi satelit. Tada će izvući svoj materijal i povećati brzinu rotacije. Takve promjene se mogu dogoditi u bilo kojem trenutku, zbog čega je pulsar sposoban za ponovno rođenje. Takav kontakt se naziva binarni sistem rendgenskih zraka male mase. Najstariji pulsari su milisekundni. Neki dosežu milijarde godina starosti.
Neutronske zvijezde
Neutronske zvijezde- prilično misteriozni objekti, koji premašuju sunčevu masu za 1,4 puta. Oni se rađaju nakon eksplozije više velike zvezde. Hajde da bolje upoznamo ove formacije.
Kada zvezda 4-8 puta masivnija od Sunca eksplodira, ostaje jezgro visoke gustine i nastavlja da se urušava. Gravitacija tako snažno gura materijal da uzrokuje da se protoni i elektroni spoje zajedno i postanu neutroni. Tako nastaje neutronska zvijezda visoke gustine.
Ovi masivni objekti mogu doseći prečnik od samo 20 km. Da bismo vam dali predstavu o gustoći, samo jedna mjerica materijala neutronske zvijezde bila bi teška milijardu tona. Gravitacija na takvom objektu je 2 milijarde puta jača od Zemljine, a snaga je dovoljna za gravitacijsko sočivo, što omogućava naučnicima da vide stražnji dio zvijezde.
Udar od eksplozije ostavlja impuls koji uzrokuje okretanje neutronske zvijezde, dostižući nekoliko okretaja u sekundi. Iako mogu ubrzati do 43.000 puta u minuti.
Granični slojevi u blizini kompaktnih objekata
Astrofizičar Valery Suleymanov o nastanku akrecijskih diskova, zvjezdanog vjetra i materije oko neutronskih zvijezda:
Unutrašnjost neutronskih zvijezda
Astrofizičar Sergej Popov o ekstremnim stanjima materije, sastavu neutronskih zvijezda i metodama za proučavanje unutrašnjosti:
Kada je neutronska zvijezda dio binarnog sistema u kojem je eksplodirala supernova, slika je još impresivnija. Ako je druga zvijezda inferiorna po masi od Sunca, onda povlači masu pratioca u "Rocheov režanj". Ovo je sferni oblak materijala koji kruži oko neutronske zvijezde. Ako je satelit bio 10 puta veći od sunčeve mase, onda je i prijenos mase prilagođen, ali nije tako stabilan. Materijal teče magnetni polovi, zagrijava se i stvara rendgenske pulsacije.
Do 2010. godine, 1.800 pulsara je pronađeno pomoću radio detekcije i 70 pomoću gama zraka. Neki primjerci su čak imali i planete.
Vrste neutronskih zvijezda
Neki predstavnici neutronskih zvijezda imaju mlazove materijala koji teku skoro brzinom svjetlosti. Kada prolete pored nas, bljeskaju kao svetlost svetionika. Zbog toga se zovu pulsari.