Нейтронные звёзды. Часть 2⁠⁠

Нейтронные звёзды - уникальная лаборатория для изучения физики с очень необычными свойствами. Первая Нобелевская премия была выдана за открытие нейтронных звёзд, вторая - за обнаружение двойного радиопульсара, который позволил очень точно промерить эффекты ОТО, т.е. фактически, косвенно были открыты гравитационные волны.

Схема движения звёзд в системе двойного пульсара

Двойной пульсар

Третью Нобелевскую премию могли бы присудить за прямую регистрацию гравитационных волн от двойного пульсара, но гравитационные волны зарегистрировали от двух черных дыр.

Таким образом есть много интересной физики связанной с нейтронными звёздами: сильные магнитные поля, сильная гравитация, сверхтекучесть и сверхпроводимость в недрах этих звёзд.

В последние лет 15 стало ясно, что нейтронные звёзды могут рождаться очень разными, совсем непохожими на обычные радиопульсары типа Краба.

Крабовидная туманность, в центре которой нейтронная звезда.

Люди стали открывать очень разные, молодые нейтронные звёзды, с очень разными проявлениями. Кто-то вспыхивает в гамма-диапазоне очень мощно (светимость достигает до миллиона светимости Солнца), какие-то стабильно излучают в радиодиапазоне, какие-то пульсируют. И непонятно почему это так. Вроде бы всё должно быть очень идентично. Есть массивные звёзды, они очень похожи друг на друга, нет среди них такого разнообразия.

Многие считают, что именно магнитары являются самыми интересными нейтронными звёздами. Начнём с них.

Что такое магнитар? Магнитар — нейтронная звезда, обладающая исключительно сильным магнитным полем (до 10¹¹ Тл). Для справки магнитное поле Земли меньше 0.0001 Тл (Тесла).

Мы видим источники потому что они выделяют энергию. Причины могут самые разные, как и источники энергии. В звёздах идут термоядерные реакции. Радиопульсары излучают совсем другую энергию, они быстро вращаются. Чтобы посчитать энергию вращения нужно взять шарик диаметром 20 км, массой, допустим, как у Солнца и вращаться его со скоростью 100 оборотов в секунду. Это колоссальная энергия вращения. Её можно потихонечку выделять. Поскольку вращается магнит, то это будет приводить к ускорению частиц, частицы будут излучать и мы будем видеть радиопульсар. При этом источником является энергия вращения.

Есть другой источник энергии для нейтронных звезд.

Для примера, берем предмет, бросаем на пол и он излучает энергию в виде звуковой волны. Если падает тяжелый предмет - выделяется больше энергии, если маленький предмет падает с большой скоростью - выделяется тоже много энергии ((m*v²)/2). Таким образом скорость важна. Если посчитать с какой скоростью предмет падает на нейтронную звезду, то получатся доли скорости света (0.1-0.2 скорости света). Это очень много. Это как взять термоядерный заряд и камень, размером с этот заряд. Заряд взорвать, а камень будет просто брошен на звезду. Камень, упавший на звезду, выделит больше энергии, чем взрыв термоядерной бомбы.

Таким образом вторым источником энергии является выделение гравитационной энергии -аккреция. То есть аккреция вещества, которое падает на нейтронную звезду и светит.

Нейтронная звезда рождается очень горячей. У неё есть запас тепловой энергии. Тепловая энергия может излучаться и мы видим такие источники. У магнитаров источником является магнитное поле. Достаточно опасные, но с чего бы?

Допустим у вас есть магнит, он сам по себе не опасен, если им не кидаться в кого-нибудь. Магнитные поля существуют когда текут токи - выделяется энергия электрического тока. Дак вот, в магнитарах текут очень сильные токи, энергию которых можно выделять двумя способами. Это тепловая энергия и энергия, например, от короткого замыкания, которая выделяется очень быстро. В магнитарах происходит и то, и другое. Токи текут постоянно и греют кору, а иногда происходят короткие замыкания, и тогда выделяется очень много энергии, а главное очень быстро.

Эти вспышки, связанные с выделением очень больших токов, наблюдаются. Первая такая вспышка была зарегистрирована 5 марта 1979 года. В направлении на Большое Магелланово Облако (есть такая галактика) была обнаружена вспышка. Детектор, который обнаружил эту вспышку, захлебнулся. Не смог считать максимум фотонов, произошло его переполнение.

То есть на графике показан не максимум, который был выделен вспышкой. Далеко не максимум. Очень далеко не максимум.

Затем, в хвосте вспышки, обнаружили пульсации строгой периодичности и довольно быстро сообразили, что период в несколько секунд лучше всего соответствует вращению нейтронной звезды.

Самая мощная вспышка такого типа произошла 27 декабря 2004 года, здесь тоже детекторы захлебнулись. Всё, что смотрело в сторону вспышки, ослепло. Эта вспышка была мощнее в 100 раз, чем предыдущая. Здесь, примерно, за 1/5 секунды выделилось энергии столько, сколько Солнце выделяет примерно за 10 миллионов лет.

Спутники, которые зафиксировали данную вспышку.

Integral  Coronas-f  Rhessi

Все они переполнились и не увидели сам всплеск. В конце был пульсирующий хвост.

Представьте себе, что что-то бабахнуло на расстоянии 10 тысяч световых лет, а энергию от этого можно было почувствовать на Земле.

Группе ученого Мазеца повезло, в данном случае, и они сделали очень интересное открытие. У них летало два детектора. Один на спутнике WIND смотрел на источник, он захлебнулся. Второй детектор оказался в это время в тени Земли, и он как бы ничего не увидел. Но в данных ученые обнаружили, что присутствует некий всплеск. Мазец догадался, что это могло быть. Они посмотрели на сколько сигнал сдвинут, относительно времени прихода вспышки. Оказалось время задержки 2 секунды, стало ясно, что они увидели очень забавную вещь. Они увидели сигнал отраженный от луны. Именно столько идет свет от Луны к Земле. То есть вспышка была на столько мощная, что маленького детектора хватило, чтобы увидеть отраженный сигнал,а луна в гамма-диапазоне очень плохое зеркало, у неё очень маленький коэффициент отражения.

Если происходят вспышки с такой энергетикой, то возникает вопрос: на сколько это опасно?

Не будем перегружаться информацией, а продолжим в следующей части :) Спасибо, за вашу поддержку!