Магнетар

Типы нейтронных звезд

Пульсары

Это обобщающее название для всех нейтронных звезд. Пульсары имеют четко определенный период вращения, который не меняется очень долгое время. Благодаря этому свойству их прозвали «маяками вселенной»

Частицы узким потоком на очень высоких скоростях вылетают через полюса, становясь источником радиоизлучения. Из-за несовпадения осей вращения, направление потока постоянно меняется, создавая эффект маяка. И, как у каждого маяка, у пульсаров своя частота сигнала, по которой его можно идентифицировать.

Практически все обнаруженные нейтронные звёзды существуют в двойных рентгеновских системах или в качестве одиночных пульсаров.

Магнетары

При рождении очень быстро крутящейся нейтронной звезды, общие вращение и конвекция создают громадное магнитное поле. Это происходит за счёт процесса «активного динамо». Это поле превышает величины полей обычных пульсаров в десятки тысяч раз. Действие динамо заканчивается через 10 – 20 секунд, и происходит охлаждение атмосферы звезды, но магнитное поле успевает возникнуть заново за этот срок. Оно неустойчиво, и быстрая смена его структуры порождает выброс гигантского количества энергии. Получается, что магнитное поле звезды разрывает её саму. Кандидатов на роль магнетаров в нашей галактике насчитывается около десятка. Появление его возможно из звезды, превосходящей минимум в 8 раз массу нашего Солнца. Размеры же их порядка 15 км в диаметре, при массе около одной солнечной. Но достаточного подтверждения существования магнетаров пока не получено.

Рентгеновские пульсары.

Они считаются другой фазой жизни магнетара и излучают исключительно в рентгеновском диапазоне. Излучение возникает в результате взрывов, имеющих определённый период.

Некоторые нейтронные звёзды появляются в двойных системах или же приобретают компаньона, захватив его в свое гравитационное поле. Такой компаньон будет отдавать своё вещество агрессивной соседке. Если компаньон нейтронной звезды по массе не меньше Солнца, то возможны интересные явления – барстеры. Это рентгеновские вспышки, продолжительностью в секунды или минуты. Но они способны усилить светимость звезды до 100 тыс. солнечных. Перенесённые с компаньона водород и гелий наслаиваются на поверхности барстера. Когда слой становится очень плотным и горячим, запускается термоядерная реакция. Мощность такого взрыва невероятна: на каждом квадратном сантиметре звезды выделяется мощь, эквивалентная взрыву всего земного ядерного потенциала.

При наличии компаньона-гиганта, вещество теряется им в виде звёздного ветра, а нейтронная звезда втягивает его своей гравитацией. Частицы летят по силовым линиям по направлению к магнитным полюсам. При несовпадении магнитной оси  и  оси вращения, яркость звезды будет переменной. Получается рентгеновский пульсар.

Миллисекундные пульсары.

Они тоже связаны с двойными системами и обладают самыми короткими периодами (меньше 30 миллисекунд). Вопреки ожиданиям, они оказываются не самыми молодыми, а достаточно старыми. Старая и медленная нейтронная звезда поглощает материю компаньона-гиганта. Падая на поверхность захватчика, материя придаёт ей вращательную энергию, и вращение звезды усиливается. Постепенно компаньон превратится в белого карлика, потеряв в массе.

Что такое звезды – магнетары

Впервые магнетар – “магнитная звезда”, была обнаружена в 1998 году и буквально “поставила на уши” астрономов со всего мира. Само существование магнетаров, иначе говоря – сверхмощных нейтронных звезд, было предположено в 1992 году, однако природа этих космических объектов была столь странной, что до первой встречи с “настоящим” магнетаром, не все ученые верили в их существование.

Чем таким особенным отличаются магнетары? Тем, что своим существованием  они буквально бросают вызов наиболее известным гипотезам о происхождении черных дыр. Дело в том, что обнаружения магнетаров, считалось, что происхождение такого явления как черная дыра вполне понятно: некая звезда “умирает”, взрывается и превращается в сверхновую, а затем сжимается в сверхплотную “точку”, которая (если звезда была не слишком велика) так и остается в этой форме, или (если звезда была очень велика), “проваливается сама в себя” под действием собственной сверхмощной гравитации и создает черную дыру.

Как выглядел бы магнетар, если бы мы могли наблюдать его визуально

Но сила гравитации обнаруженных к настоящему времени магнетаров столь чудовищна, что, следуя обычной логике, на их месте должна была образоваться черная дыра, а никакая не нейтронная звезда, пусть даже и очень мощная!

Какова сила гравитации у этих странных объектов? Представьте себе – всего лишь горошина его материи весила бы более 100 миллионов тонн. Иными словами – при реальном размере этих объектов в 20-30 км (ничто по сравнению даже с нашей планетой), в этот крохотный объем “упаковано” примерно столько же материи, сколько находится в нескольких звездах размером с наше Солнце!

Затрудняет исследование магнетаров, с одной стороны, их удаленность от нашей планеты, а с другой, их сравнительно малое число – к примеру, на данный момент к магнетарам относят всего около 20 космических объектов.  Связано это скорее всего с тем, что жизненный цикл магнетара достаточно короток и сильное магнитное поле таких звезд исчезает по прошествии примерно 10 тыс. лет, после чего их активность и излучение рентгеновских лучей прекращается. Согласно одному из предположений, в нашей Галактике за всё время её существования могло сформироваться до 30 000 000 магнетаров.

Впрочем, как минимум одно правдоподобное объяснение природе происхождения магнетаров, наука уже дала.

Загадочные магнетары обладают самым мощным магнитным полем во Вселенной

Команде астрономов впервые в мире удалось измерить магнитное поле в определённой точке на поверхности магнетара. Магнетары – это разновидность нейтронных звёзд, плотное и компактное ядро гигантской звезды, внешние слои которой были отброшены в результате взрыва сверхновой.

Магнетары имеют самое сильное магнитное поле во Вселенной. До сегодняшнего дня удавалось измерить лишь их наиболее крупномасштабные поля, однако с помощью новой техники и наблюдений за магнетарами в рентгеновском спектре, астрономы выявили сильное, локализованное магнитное поле внутри их поверхности.

Магнитное поле магнетара имеет сложную структуру. Проще всего засечь и измерить его внешнюю часть, которая имеет форму и поведение, сходные с обычным биполярным магнитом.

Новое исследование проводилось на магнетаре SGR 0418+5729. Наблюдения за ним с помощью космического рентгеновского телескопа «XMM-Newton» показали, что внутри него скрыто второе — чрезвычайно сильное магнитное поле.

«Этот магнетар имеет сильное поле, лежащее под его поверхностью. Однако единственный способ обнаружить его – это найти брешь в поверхности, через которую скрытое поле может вырваться наружу», рассказывает один из соавторов исследования Сильвия Зейн.

Такие магнитные утечки также позволяют объяснить характерные для магнетаров спонтанные вспышки излучения. Искривлённое магнитное поле, заключённое внутри звезды, наращивает напряжение под её поверхностью, в какой-то момент прорывая «оболочку» и испуская неожиданные вспышки рентгеновского излучения.

Магнетары слишком малы – всего лишь около 20 километров в диаметре – и удалены, чтобы их можно было разглядеть даже в самые лучшие телескопы. Астрономы замечают их лишь по косвенным признакам, измеряя вариации рентгеновской эмиссии по мере вращения звезды.

«SGR 0418+5729 обращается один раз в 9 секунды. Мы обнаружили, что в определённой точке этого вращения, яркость его рентгеновского свечения резко падает. Это означает, что нечто в конкретной точке его поверхности поглощает излучение», добавляет соавтор исследования Роберто Туролла.

Команда полагает, что концентрация протонов на маленьком участке поверхности магнетара – возможно, порядка нескольких сотен метров – поглощает это излучение. Протоны сконцентрированы в такой малый объём сильным локализованным магнитным полем, вырывающимся из внутренних слоёв звезды, представляя серьёзное свидетельство того, что внутри неё скрывается второе искривлённое магнитное поле.

«Это потрясающее открытие также подтверждает, что, в принципе, другие пульсары могут скрывать сходные мощные магнитные поля под своей поверхностью. В результате, многие пульсары могут переключаться, и на время становится активными магнетарами – и благодаря этому в будущем мы можем открыть намного больше магнетаоров, чем думали прежде. Это заставит нас существенно пересмотреть наши представления о нейтронных звёздах», говорит Зейн.

Данные этого исследования были опубликованы в журнале «Nature».

Беспокойное соседство

Знаменитая космическая обсерватория «Чандра» обнаружила сотни объектов (в том числе и в других галактиках), свидетельствующих о том, что не всем нейтронным звездам предназначено вести жизнь в одиночестве. Такие объекты рождаются в двойных системах, которые пережили взрыв сверхновой, создавший нейтронную звезду. А иногда случается, что одиночные нейтронные звезды в плотных звездных областях типа шаровых скоплений захватывают себе компаньона. В таком случае нейтронная звезда будет «красть» вещество у своей соседки. И в зависимости от того, насколько массивная звезда составит ей компанию, эта «кража» будет вызывать разные последствия. Газ, текущий с компаньона, массой, меньшей, чем у нашего Солнца, на такую «крошку», как нейтронная звезда, не сможет сразу упасть из-за слишком большого собственного углового момента, поэтому он создает вокруг нее так называемый аккреционный диск из «украденной» материи. Трение при накручивании на нейтронную звезду и сжатие в гравитационном поле разогревает газ до миллионов градусов, и он начинает испускать рентгеновское излучение. Другое интересное явление, связанное с нейтронными звездами, имеющими маломассивного компаньона, рентгеновские вспышки (барстеры). Они обычно длятся от нескольких секунд до нескольких минут и в максимуме дают звезде светимость, почти в 100 тысяч раз превышающую светимость Солнца.

Эти вспышки объясняют тем, что, когда водород и гелий переносятся на нейтронную звезду с компаньона, они образуют плотный слой. Постепенно этот слой становится настолько плотным и горячим, что начинается реакция термоядерного синтеза и выделяется огромное количество энергии. По мощности это эквивалентно взрыву всего ядерного арсенала землян на каждом квадратном сантиметре поверхности нейтронной звезды в течение минуты. Совсем другая картина наблюдается, если нейтронная звезда имеет массивного компаньона. Звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра (исходящего от ее поверхности потока ионизированного газа), и огромная гравитация нейтронной звезды захватывает часть этого вещества себе. Но здесь вступает в свои права магнитное поле, которое заставляет падающее вещество течь по силовым линиям к магнитным полюсам.

Это означает, что рентгеновское излучение прежде всего генерируется в горячих точках на полюсах, и если магнитная ось и ось вращения звезды не совпадают, то яркость звезды оказывается переменной это тоже пульсар, но только рентгеновский. Нейтронные звезды в рентгеновских пульсарах имеют компаньонами яркие звезды-гиганты. В барстерах же компаньонами нейтронных звезд являются слабые по блеску звезды малых масс. Возраст ярких гигантов не превышает нескольких десятков миллионов лет, тогда как возраст слабых звезд-карликов может насчитывать миллиарды лет, поскольку первые гораздо быстрее расходуют свое ядерное топливо, чем вторые. Отсюда следует, что барстеры это старые системы, в которых магнитное поле успело со временем ослабеть, а пульсары относительно молодые, и потому магнитные поля в них сильнее. Может быть, барстеры когда-то в прошлом пульсировали, а пульсарам еще предстоит вспыхивать в будущем.

С двойными системами связывают и пульсары с самыми короткими периодами (менее 30 миллисекунд) так называемые миллисекундные пульсары. Несмотря на их быстрое вращение, они оказываются не молодыми, как следовало бы ожидать, а самыми старыми.

Возникают они из двойных систем, где старая, медленно вращающаяся нейтронная звезда начинает поглощать материю со своего, тоже уже состарившегося компаньона (обычно красного гиганта). Падая на поверхность нейтронной звезды, материя передает ей вращательную энергию, заставляя крутиться все быстрее. Происходит это до тех пор, пока компаньон нейтронной звезды, почти освобожденный от лишней массы, не станет белым карликом, а пульсар не оживет и не начнет вращаться со скоростью сотни оборотов в секунду. Впрочем, недавно астрономы обнаружили весьма необычную систему, где компаньоном миллисекундного пульсара является не белый карлик, а гигантская раздутая красная звезда. Ученые полагают, что они наблюдают эту двойную систему как раз в стадии «освобождения» красной звезды от лишнего веса и превращения в белого карлика. Если эта гипотеза неверна, тогда звезда-компаньон может быть обычной звездой из шарового скопления, случайно захваченной пульсаром. Почти все нейтронные звезды, которые известны в настоящее время, найдены или в рентгеновских двойных системах, или как одиночные пульсары.

Примечания

1. В современной русскоязычной литературе формы написания через «е» и через «и» конкурируют. В популярной литературе и новостных лентах преобладает калька с английского magnetar
   — «магне
   тар
   », тогда как специалисты в последнее время склоняются к написанию «магни
   тар
   » (см., напр., Потехин А. Ю.
   Физика нейтронных звёзд // Успехи физических наук, т.180, с.1279-1304 (2010)). Аргументы в пользу такого написания приведены, например, в обзоре С. Б. Попова и М. Е. Прохорова (см. список литературы).

2. FAQ: Магнитары 10 фактов о самых необычных типах нейтронных звезд от Сергея Попова Известные магнитары

3. Звездный гибрид: Пульсар плюс магнетар — Популярная механика

4. В реальности вещество не может иметь такую плотность при недостаточно большой массе тела. Если из нейтронной звезды выделить часть размером с горошину и обособить его от всего остального её вещества, то оставшаяся масса не сможет удержать прежнюю плотность, и «горошина» станет взрывообразно расширяться.

5. Magnetar (1999)
   (неопр.)

   
   (недоступная ссылка)
   . Проверено 17 декабря 2007. Архивировано 14 декабря 2007 года.

6. «Физический минимум» на начало XXI века Академик Виталий Лазаревич Гинзбург

7. Magnetars, Soft Gamma Repeaters and Very Strong Magnetic Fields
   (неопр.)

   
   . Robert C. Duncan, University of Texas at Austin (март 2003). Проверено 4 августа 2009. Архивировано 27 февраля 2012 года.

8. How Much Mass Makes a Black Hole? , SpaceRef, 19.08.2010
   

9. Алексей Понятов.
   Импульсивная // Наука и жизнь . — 2018. — № 10
   . — С. 26-37
   .

10. Potekhin A.Y.., De Luca A., Pons J.A.
    Neutron Stars-Thermal Emitters (англ.)
    // Space Sci. Rev. : журнал. — N.Y.: Springer, 2015. — October (vol. 191
    , iss. 1
    ). — P. 171-206
    . — DOI :10.1007/s11214-014-0102-2 . — arXiv :1409.7666 .

Данный вид звезд чрезвычайно редко встречается в природе. Не так уж давно вопрос об их нахождении и непосредственно возникновении подвергал ученых астрологов в неопределенность. Но, благодаря расположенному в Панамской обсерватории, в Чили, принадлежащему к Европейской Южной обсерватории, Очень большому телескопу (VLT) и по собранным с его помощью данным, астрономы могут теперь смело считать, что наконец-то смогли разрешить одну из многочисленных загадок такого непостижимого для нас космоса.

Как уже было замечено выше в этой статье, магнетары — это очень редкий вид нейтронных звезд, которым присуща огромнейшая сила (они самые сильные из пока известных объектов во всей Вселенной) магнитного поля. Одной из особенностей данных звезд считается то, что они относительно малы в размерах и имеют невероятную плотность. Ученые предполагают, что масса всего одного кусочка данной материи величиной в небольшой стеклянный шарик может достигать более одного миллиарда тонн.

Данный вид звезд может образовываться в тот момент, когда массивные звезды начинают коллапсировать под действием мощи собственной гравитации.

Пoиcк пульcapoв

Глaвным мeтoдoм для пoиcкa пульcapoв в кocмoce ocтaютcя paдиoтeлecкoпы. Oни нeбoльшиe и cлaбыe пo cpaвнeнию c дpугими oбъeктaми, пoэтoму пpиxoдитcя cкaниpoвaть вce нeбo и пocтeпeннo в oбъeктив пoпaдaют эти oбъeкты. Бoльшaя чacть былa нaйдeнa пpи пoмoщи Oбcepвaтopии Пapкca в Aвcтpaлии. Mнoгo нoвыx дaнныx мoжнo будeт пoлучить c Aнтeннoй peшeтки в квaдpaнтный килoмeтp (SKA), cтapтующий в 2018 гoду.

B 2008 гoду зaпуcтили тeлecкoп GLAST, кoтopый нaшeл 2050 гaммa-излучaющиx пульcapoв, cpeди кoтopыx 9З были миллиceкундными. Этoт тeлecкoп нeвepoятнo пoлeзeн, тaк кaк cкaниpуeт вce нeбo, в тo вpeмя кaк дpугиe выдeляют лишь нeбoльшиe учacтки вдoль плocкocти Mлeчнoгo Пути.

Пoиcк paзличныx длин вoлн мoжeт cтaлкивaтьcя c пpoблeмaми. Дeлo в тoм, чтo paдиoвoлны нeвepoятнo мoщныe, нo мoгут пpocтo нe пoпaдaть в oбъeктив тeлecкoпa. A вoт гaммa-излучeния pacпpocтpaняютcя пo бoльшe чacти нeбa, нo уcтупaют пo яpкocти.

Ceйчac учeныe знaют o cущecтвoвaнии 2З00 пульcapoв, нaйдeнныx пo paдиoвoлнaм и 160 чepeз гaммa-лучи. Ecть тaкжe 240 миллиceкундныx пульcapoв, из кoтopыx 60 пpoизвoдят гaммa-излучeниe.

Магнетары

Некоторые нейтронные звезды, названные источниками повторяющихся всплесков мягкого гамма-излучения — SGR, испускают мощные всплески «мягких» гамма-лучей через нерегулярные интервалы. Количество энергии, выбрасываемое SGR при обычной вспышке, длящейся несколько десятых секунды, Солнце может излучить только за целый год. Четыре известные SGR находятся в пределах нашей Галактики и только один — вне ее. Эти невероятные взрывы энергии могут быть вызваны звездо-трясениями — мощными версиями землетрясений, когда разрывается твердая поверхность нейтронных звезд и из их недр вырываются мощные потоки протонов, которые, увязая в магнитном поле, испускают гамма- и рентгеновское излучение.

Нейтронные звезды были идентифицированы как источники мощных гамма-всплесков после огромной гамма-вспышки 5 марта 1979 года, когда было выброшено столько энергии в течение первой же секунды, сколько Солнце излучает за 1 000 лет. Недавние наблюдения за одной из наиболее «активных» в настоящее время нейтронных звезд, похоже, подтверждают теорию о том, что нерегулярные мощные всплески гамма- и рентгеновского излучений вызваны звездотрясениями. В 1998 году внезапно очнулся от «дремоты» известный SGR, который 20 лет не подавал признаков активности и выплеснул почти столько же энергии, как и гамма-вспышка 5 марта 1979 года. Больше всего поразило исследователей при наблюдении за этим событием резкое замедление скорости вращения звезды, говорящее о ее разрушении. Для объяснения мощных гамма и рентгеновских вспышек была предложена модель магнетара — нейтронной звезды со сверхсильным магнитным полем. Если нейтронная звезда рождается, вращаясь очень быстро, то совместное влияние вращения и конвекции, которая играет важную роль в первые несколько секунд существования нейтронной звезды, может создать огромное магнитное поле в результате сложного процесса, известного как «активное динамо» (таким же способом создается поле внутри Земли и Солнца). Теоретики были поражены, обнаружив, что такое динамо, работая в горячей, новорожденной нейтронной звезде, может создать магнитное поле, в 10 000 раз более сильное, чем обычное поле пульсаров. Когда звезда охлаждается (секунд через 10 или 20), конвекция и действие динамо прекращаются, но этого времени вполне достаточно, чтобы успело возникнуть нужное поле.

Магнитное поле вращающегося электропроводящего шара бывает неустойчивым, и резкая перестройка его структуры может сопровождаться выбросом колоссальных количеств энергии (наглядный пример такой неустойчивости — периодическая переброска магнитных полюсов Земли). Аналогичные вещи случаются и на Солнце, во взрывных событиях, названных «солнечными вспышками». В магнетаре доступная магнитная энергия огромна, и этой энергии вполне достаточно для мощи таких гигантских вспышек, как 5 марта 1979 и 27 августа 1998 годов. Подобные события неизбежно вызывают глубокую ломку и изменения в структуре не только электрических токов в объеме нейтронной звезды, но и ее твердой коры.

Другим загадочным типом объектов, которые испускают мощное рентгеновское излучение во время периодических взрывов, являются так называемые аномальные рентгеновские пульсары — АХР. Они отличаются от обычных рентгеновских пульсаров тем, что излучают только в рентгеновском диапазоне. Ученые полагают, что SGR и АХР являются фазами жизни одного и того же класса объектов, а именно магнетаров, или нейтронных звезд, которые излучают мягкие гамма-кванты, черпая энергию из магнитного поля. И хотя магнетары на сегодня остаются, детищами теоретиков и нет достаточных данных, подтверждающих их существование, астрономы упорно ищут нужные доказательства.

Может ли нейтронная звезда стать черной дырой?

При некоторых обстоятельствах да, хотя и не все нейтронные звезды это сделают.

Поскольку масса — это основа и конечная цель образования черных дыр, нейтронные звезды — единственные объекты, у которых действительно есть шанс превратиться в черные дыры вне начального звездного коллапса.

Если нейтронная звезда является частью двойной звездной системы, она может начать аккрецировать материал со своей звезды-компаньона и еще больше нарастить свою значительную массу.

Когда это происходит, масса нейтронной звезды может математически пересечь точку, в которой скорость убегания — то есть скорость, с которой что-то должно двигаться, чтобы освободиться от гравитации объекта — превышает скорость самого света.

Когда это происходит, нейтронная звезда становится черной дырой, и ни один свет не может покинуть ее горизонт событий, навсегда покрывая ее внутреннюю часть тьмой.

Поскольку ни свет, ни какие-либо другие данные не могут покинуть ее внутреннюю часть, мы буквально не можем сказать, что произойдет дальше.

Хотя некоторые физики продемонстрировали, что черные дыры действительно могут передавать информацию.

Остается ли нейтронная звезда такой, какая она есть, или она коллапсирует еще дальше в бесконечность — открытый вопрос, на который, вероятно, никогда не будет дан удовлетворительный ответ.

Аномальные рентгеновские пульсары

Аномальные рентгеновские пульсары — это источники пульсирующего рентгеновского излучения.

Их назвали аномальными в честь того, что долго было непонятно, откуда они берут энергию для излучения.

При вращении звезда теряет энергию, и оно обращается в излучение, однако вращательного момента магнитаров не хватало для объяснения феномена, а признаков аккреции, которая могла бы дать необходимый источник энергии, у таких пульсаров не наблюдалось.

Мнение эксперта
Цыпкин Трофим Петрович
Сотрудник обсерватории

Аккреция — это наращивание массы за счет гравитационного притяжения. То есть, это процесс, при котором тяжелый объект притягивает к себе объекты поменьше, и за счет этого увеличивает свою массу.

Период испускания излучения связан с вращением нейтронной звезды, на поверхности которой есть более горячие и более холодные области, а высвечиваемая тепловая энергия связана с диссипацией токов в коре.

Диссипация токов — это когда часть энергии упорядоченных процессов переходит в неупорядоченные, а в последствие развеивается, превращаясь в теплоту. Пример упорядоченного процесса — это кинетическая энергия движущегося тела, энергия электрического тока и тд.

То есть, токи (и образуемое ими магнитное поле) в некоторых местах как бы «разделяются» и нагревают эти места сильнее других. Кроме того, AXP обладают достаточно длинным периодом обращения вокруг своей оси и быстрым периодом ослабления силы излучения.

АПР — это одиночные нейтронные звезды, впервые выделенные в 1995 году. На сегодняшний день известно 12 аномальных рентгеновских пульсаров и два кандидата на это звание.

Kлaдбищa пульcapoв

Пocтeпeннo вce пульcapы зaмeдляютcя. Излучeниe питaeтcя oт мaгнитнoгo пoля, coздaвaeмoгo вpaщeниeм. B итoгe, oн тaкжe тepяeт cвoю мoщнocть и пpeкpaщaeт пocылaть лучи. Учeныe вывeли cпeциaльную чepту, гдe eщe мoжнo oбнapужить гaммa-лучи пepeд paдиoвoлнaми. Kaк тoлькo пульcap oпуcкaeтcя нижe, eгo cпиcывaют в клaдбищe пульcapoв.

Ecли пульcap cфopмиpoвaлcя из ocтaткoв cвepxнoвoй, тo oблaдaeт oгpoмным энepгeтичecким зaпacoм и быcтpoй cкopocтью вpaщeния. Cpeди пpимepoв мoжнo вcпoмнить мoлoдoй oбъeкт PSR B05З1+21. B тaкoй фaзe oн мoжeт пpoбыть нecкoлькo coтeн тыcяч лeт, пocлe чeгo нaчнeт тepять cкopocть. Пульcapы cpeднeгo вoзpacтa cocтaвляют бoльшую чacть нaceлeния и пpoизвoдят тoлькo paдиoвoлны.

Oднaкo, пульcap мoжeт пpoдлить ceбe жизнь, ecли pядoм ecть cпутник. Toгдa oн будeт вытягивaть eгo мaтepиaл и увeличивaть cкopocть вpaщeния. Taкиe измeнeния мoгут пpoизoйти в любoe вpeмя, пoэтoму пульcap cпocoбeн вoзpoждaтьcя. Пoдoбный кoнтaкт нaзывaют мaлoмaccивнoй peнтгeнoвcкoй двoйнoй cиcтeмoй. Haибoлee cтapыe пульcapы – миллиceкундныe. Heкoтopыe дocтигaют вoзpacтa в миллиapды лeт.

Модель магнетара

Из пяти известных четыре SGR расположены в пределах нашей галактики, ещё один — за её пределами.

Количество энергии, которое выбрасывается при обычной вспышке, длящейся несколько десятых секунды, сравнимо с количеством, которое Солнце излучает за целый год. Эти невероятные выбросы энергии могут быть вызваны «звездотрясениями» — процессами разрыва твердой поверхности (коры) нейтронной звезды и выброса из её недр мощных потоков протонов, которые захватываются магнитным полем и излучают в гамма- и рентгеновских областях электромагнитного спектра.

Для объяснения этих вспышек была предложена концепция магнетара — нейтронной звезды с чрезвычайно мощным магнитным полем. Если нейтронная звезда рождается, быстро вращаясь, то совместное влияние вращения и конвекции, которая играет важную роль в первые несколько секунд существования нейтронной звезды, может создать мощное магнитное поле в результате сложного процесса, известного как «активное динамо» (аналогично тому, как магнитное поле создается внутри Земли и Солнца). Теоретики были удивлены, что такое динамо, работая в горячей (~ 10 10 K) сердцевине нейтронной звезды, может создавать магнитное поле с магнитной индукцией ~ 10 15 Гс. После охлаждения (через несколько десятков секунд), конвекция и динамо прекращают своё действие.

Другим типом объектов, которые излучают мощное рентгеновское излучение во время периодических взрывов, являются так называемые аномальные рентгеновские пульсары — AXP (Anomalous X-ray Pulsars). SGR и AXP характеризуются более длинными периодами обращения (2-12 с), чем большинство обычных радиопульсаров. В настоящее время считается, что SGR и AXP представляют единый класс объектов (на 2015 год известно около 20 представителей этого класса) .

Как формируются нейтронные звезды?

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса особенно большой звезды с массой от 8 до 30 масс Солнца.

Как ни странно, чем больше звезда, тем быстрее она сжигает свое топливо, поскольку чем больше звезда, тем больше площадь поверхности, с которой она может излучать энергию.

Таким образом, звезда, масса которой в 30 раз превышает массу нашего Солнца, сожжет свое водородное топливо за долю времени, которое потребовалось бы нашему Солнцу, чтобы сделать то же самое.

Фаза красного гиганта более крупной звезды, во время которой она в основном синтезирует гелий, закончится даже быстрее, чем миллиард лет, который потребуется нашему Солнцу, чтобы исчерпать свои запасы гелия.

Последующее слияние кислорода, углерода и кремния в железо произойдет еще быстрее, и это верхний предел элементов, которые любая звезда может слить вместе для получения энергии.

К настоящему времени внешняя сила любого происходящего слияния больше не может уравновешивать гравитацию такой большой массы, поэтому в этот момент звезда быстро коллапсирует в свое ядро.

Она делает это с такой силой, что вдавливает ядро в непроницаемую субстанцию, плотность которой сравнима с куском сахара размером с кусочек сахара и массой горы Эверест.

Понятно, что внешний материал звезды просто отскакивает от ядра, как ракетный мяч, ударяющийся о бетонную стену при первой подаче.

Это производит внезапный — и впечатляющий — взрыв, поскольку вся эта энергия вместо этого направляется наружу, в космос, результат которого мы называем сверхновой.

Они могут быть настолько энергичными и яркими, что мы можем видеть их даже в далеких галактиках.

Тем временем оставшийся кусок ядра звезды остается сжатым в сверхплотный шар из-за неистовых сил гравитационного коллапса звезды, и теперь это то, что мы бы назвали нейтронной звездой.