Нейтронная звезда

Магнитосферические вечно коллапсирующие объекты

С черными дырами связано непонятных явлений и парадоксов. Теоретики предположили существование различных звездообразных объектов. К примеру, в 2003 году ученые предположили, что черные дыры на самом деле не являются сингулярностями (как считалось ранее), а они — экзотический тип звезд, которые были названы «магнитосферический вечно коллапсирующий объект». Подобный объект якобы должен разрешить парадокс, при котором материя коллапсирующей черной дыры в конце концов начинает двигаться быстрее скорости света.

Изначально магнитосферический вечно коллапсирующий объект образуется, как обычная черная дыра — под воздействием гравитации материя начинает «схлопываться» внутрь звезды. Но энергия, возникающая при столкновении частиц, создает субатомное внешнее давление, которое противостоит давлению, вызванному синтезом в ядре звезды. Это позволяет подобному объекту оставаться относительно стабильным. Он никогда не достигнет горизонта событий и никогда полностью не разрушится.

Состав

Состав их неизвестен, предполагают, что они могут состоять из сверхтекучей нейтронной жидкости. Они обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, гораздо больше, чем у Земли и даже у Солнца. Это гравитационные силы особенно впечатляют, поскольку она имеет небольшой размер.
Все они вращаются вокруг оси. При сжатии, угловой момент вращения сохраняется, а из-за уменьшения размеров, скорость вращения возрастает.

Нейтронные звезды в одной картинке

Из-за огромной скорости вращения, внешняя поверхность, представляющая собой твердую «кору» периодически трескается и происходят «звездотрясения», которые замедляют скорость вращения и сбрасывают «излишки» энергии в космос.

Ошеломляющее давление, которое существуют в ядре, может быть похоже на то, которое существовало в момент большого взрыва, но к сожалению, его нельзя смоделировать на Земле. Поэтому эти объекты являются идеальными природными лабораториями, где мы можем наблюдать энергии недоступные на Земле.

Почему пульсируют?

Все звезды вращаются вокруг собственной оси. Когда уменьшается размера тела, но сохраняется масса, то вращение становится значительно быстрее.

Смотрели хоть раз фигурное катание? Когда фигурист прижимает руки к телу, то его вращение ускоряется. Примитивный пример, но с нейтронными звездами происходит нечто подобное.

Средняя скорость вращения крупных пульсаров составляет около 1 оборота в секунду, а вот крошечные способны совершать до 1000 оборотов в секунду!

vesmir.cz

Пульсар имеет мощное магнитное поле, и заряженные частицы перемещаются от одного полюса к другому по направлению силовых линий. У полюсов сила поля резко возрастает и частицы разгоняются до огромных скоростей, испуская рентгеновские лучи и радиоволны. Пульсар вращается, и вместе с ним вращается источник излучения, поэтому нам выпадает возможность фиксировать его в тот момент, когда область излучения повернута в сторону наблюдателя на Земле.

История открытия

В 1960-х годах группа ученых под руководством английского физика Энтони Хьюиша собственными руками создала радиотелескоп, с целью наблюдения компактных источников радиоизлучения. К числу научных сотрудников относилась и 23-хлетняя аспирантка Джоселин Белл, которая собирала материал для своей диссертации. Ее задача состояла в пересмотре всех самописцев телескопа – обработке данных наблюдения, и выявлении сигналов от компактных источников. Вскоре, спустя два месяца работы, Джоселин Белл обнаружила некие сигналы, которые нельзя было отнести ни к помехам, ни к известным компактным источникам. Аспирант предположила, что найденный сигнал порождается точечным источником – звездой. Однако период излучения импульсов этим источником был чуть более секунды. Столь частые вспышки не характерны для переменных звезд и не могут быть вызваны процессами, протекающими в них. Вместе с Энтони Хьюишом аспирант продолжила изучение странного излучения, в результате чего гипотеза о земном его происхождении была отброшена.

Были привлечены и другие ученые. Так как был обнаружен только один такой источник, начали возникать предположения, что периодичный источник является следствием деятельности внеземной разумной цивилизации. По этой причине первый радиопульсар получил название Little Green Men («Маленькие зеленые люди») – сокращенно LGM-1. Вскоре Джоселин было обнаружено еще три источника со столь малой периодичностью в совсем иных областях неба. Тогда стало ясно, что данный источник – это новый класс астрономических объектов.

Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года

Как оказалось, позже – подобные периодические радиосигналы улавливались астрономами и ранее, но принимались за помехи, вызванные человеческой деятельностью.

Всесильная гравитация

Согласно современной теории эволюции массивные звезды заканчивают свою жизнь колоссальным взрывом, превращающим большую их часть в расширяющуюся газовую туманность. В итоге от гиганта, во много раз превышавшего размерами и массой наше Солнце, остается плотный горячий объект размером около 20 км, с тонкой атмосферой (из водорода и более тяжелых ионов) и гравитационным полем, в 100 млрд. раз превышающим земное. Его и назвали нейтронной звездой, полагая, что он состоит главным образом из нейтронов. Вещество нейтронной звезды — самая плотная форма материи (чайная ложка такого суперядра весит около миллиарда тонн).

Очень короткий период излучаемых пульсарами сигналов был первым и самым главным аргументом в пользу того, что это и есть нейтронные звезды, обладающие огромным магнитным полем и вращающиеся с бешеной скоростью. Только плотные и компактные объекты (размером всего несколько десятков километров) с мощным гравитационным полем могут выдерживать такую скорость вращения, не разлетаясь на куски из-за центробежных сил инерции.

Нейтронная звезда состоит из нейтронной жидкости с примесью протонов и электронов. «Ядерная жидкость», очень напоминающая вещество из атомных ядер, в 1014 раз плотнее обычной воды. Это огромное различие вполне объяснимо — ведь атомы состоят в основном из пустого пространства, в котором вокруг крошечного, тяжелого ядра порхают легкие электроны. Ядро содержит почти всю массу, так как протоны и нейтроны в 2 000 раз тяжелее электронов. Экстремальные силы, возникающие при формировании нейтронной звезды, так сжимают атомы, что электроны, вдавленные в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом рождается звезда, почти полностью состоящая из нейтронов. Сверхплотная ядерная жидкость, если ее принести на Землю, взорвалась бы, подобно ядерной бомбе, но в нейтронной звезде она устойчива благодаря огромному гравитационному давлению. Однако во внешних слоях нейтронной звезды (как, впрочем, и всех звезд) давление и температура падают, образуя твердую корку толщиной около километра. Как полагают, состоит она в основном из ядер железа

Классификация

Разумеется, нейтронные звезды, как и любые другие объекты, делятся на виды. Хотя учёные установили, что они могут за свою жизнь изменяться.

В основном на их развитие влияют скорость вращения вокруг своей оси и магнитное поле. Так как собственное вращение со временем тормозится, а магнитное поле слабеет, то другие свойства и процессы также меняются.

Нейтронные звезды, их типы и примеры

Радиопульсары или, по-другому, эжекторы обладают высокой вращательной скоростью и сильными магнитными полями. Они, так сказать, выталкивают заряженные релятивистские частицы, излучаемые в радиодиапазоне. Кстати, первым из данного вида звёздных тел открыли радиопульсар PSR B1919+21.

Пульсар

Пропеллеры, напротив, не выделяют заряженные частицы. Однако из-за высокой скорости вращения и силы магнитной области вещество поддерживается над поверхностью. Правда, данный тип светил сложно обнаружить и он мало изучен.

Рентгеновский пульсар или аккретор отличается тем, что в нём вещество попадает на поверхность. Потому как небольшой темп оборотов позволяет ему спускаться, но уже в состоянии плазмы. В свою очередь, она нагревается благодаря магнитному полю. Как следствие, это вещество ярко светится в рентгеновском диапазоне.

А вот пульсация возникает в результате вращения, при котором происходит затмение горячей материи. К примеру, первый аккретор — Центавр X-3 не только имел пульсацию своей яркости, но и постоянно менял период колебаний.

Рентгеновский пульсар

Георотатор имеет малую вращательную скорость, что вызывает приращение массы тела с помощью силы гравитации вещества (газа) из окружающего пространства. Такой процесс, между прочим, называется аккрецией.

Несмотря на это, границы области вокруг небесного тела позволяют магнитному полю удерживать плазму до того, как она окажется на поверхности.

Георотатор

Эргозвезда, на самом деле, представляет собой теоретически возможный тип. По мнению учёных, такой объект может сформироваться при слиянии или столкновении нейтронных звёзд.

Предполагают, что в ней имеется эргосфера, то есть область пространства-времени, расположенная рядом с чёрной дырой. Она, по идее, лежит где-то между горизонтом событий и пределом статичности. Проще говоря, подобные объекты имеют место быть, но это не точно.

Наука о пульсарах

Есть много видов пульсаров и изучают их специалисты из разных областей науки. Мы поговорим только о нескольких их них.

Крабовидная туманность — это остаток сверхновой, свет которой впервые был зарегистрирован японскими и китайскими астрономами в 1054 году. Ее остатки сейчас образуют газовое облако с диаметром 6 св. лет. Голубоватое свечение туманности обусловлено магнитным полем пережившего коллапс ядра взорвавшейся звезды быстро вращающейся нейтронной звезды в центре туманности.

Иногда вращение пульсара ускоряется. Обратившись к аналогии с фигуристом, мы можем заключить, что это свидетельствует о слегка уменьшившихся размерах нейтронной звезды. Это интерпретируется как «звездотрясение» растрескивание и разрывы звездной коры.

В 1974 году Рассел Халс и Джозеф Тейлор из Принстонского университета обнаружили пульсар, вращающийся вокруг другой звезды. Точно фиксируя время импульсов, они смогли задокументировать слабое сокращение орбиты пульсара. Потери энергии точно соответствовали общей теории относительности, по сути, система испускала гравитационные волны (непосредственно эти волны были зафиксированы в 2016 году). За это открытие Халс и Тейлор были награждены Нобелевской премией по физике в 1993 году.

Когда нейтронные звезды являются частью двойных систем, они представляют собой увлекательную научную лабораторию. Например, изучая нейтронную звезду, обращающуюся вокруг большего компаньона в созвездии Летучая Рыба, астрономы могли наблюдать, как свет от звезды-компаньона отклонился и испытал красное смещение из-за сильной гравитации сантиметровой атмосферы нейтронной звезды.

Некоторые астрономы предложили использовать точные значения периодов вращения пульсаров в качестве новых временных стандартов, чтобы улучшить современные атомные часы. Точность атомных часов составляет «всего» 13 знаков после запятой, а у пульсара она может достигать 15 десятичных знаков. Учитывая то, что установление стандартов времени началось с наблюдения за небесными телами, есть в этом что-то правильное с философской точки зрения — вернуть эти стандарты на небо.

История открытия

В 1960-х годах группа ученых под руководством английского физика Энтони Хьюиша собственными руками создала радиотелескоп, с целью наблюдения компактных источников радиоизлучения. К числу научных сотрудников относилась и 23-хлетняя аспирантка Джоселин Белл, которая собирала материал для своей диссертации. Ее задача состояла в пересмотре всех самописцев телескопа – обработке данных наблюдения, и выявлении сигналов от компактных источников. Вскоре, спустя два месяца работы, Джоселин Белл обнаружила некие сигналы, которые нельзя было отнести ни к помехам, ни к известным компактным источникам. Аспирант предположила, что найденный сигнал порождается точечным источником – звездой. Однако период излучения импульсов этим источником был чуть более секунды. Столь частые вспышки не характерны для переменных звезд и не могут быть вызваны процессами, протекающими в них. Вместе с Энтони Хьюишом аспирант продолжила изучение странного излучения, в результате чего гипотеза о земном его происхождении была отброшена.

Были привлечены и другие ученые. Так как был обнаружен только один такой источник, начали возникать предположения, что периодичный источник является следствием деятельности внеземной разумной цивилизации. По этой причине первый радиопульсар получил название Little Green Men («Маленькие зеленые люди») – сокращенно LGM-1. Вскоре Джоселин было обнаружено еще три источника со столь малой периодичностью в совсем иных областях неба. Тогда стало ясно, что данный источник – это новый класс астрономических объектов.

Как оказалось, позже – подобные периодические радиосигналы улавливались астрономами и ранее, но принимались за помехи, вызванные человеческой деятельностью.

Квазизвезды

Не стоит путать квазизвезды с квазарами (объектом, который выглядит, как звезда, но на самом деле не является ей). Квазизвезда — теоретический тип звезды, которые мог бы существовать только на заре Вселенной. Как и объекты Торна-Житковой, они были бы «каннибалами», но вместо того, чтобы скрывать еще одну звезду в центре, там была бы черная дыра. Квазизвезды должны были образовываться из массивных звезд III населения.

При коллапсе обычных звезд они становятся сверхновыми и оставляют после себя черную дыру. В квазизвезде плотный внешний слой ядерного материала должен был впитать энергию взрыва от коллапса, которая бы не вышла за пределы сверхновой. Таким образом, внешняя оболочка звезды осталась бы нетронутой, в то время как внутри ее образовалась бы черная дыра. Равновесие существования такой звезды поддерживалось бы противостоянием энергии, излучаемой из ядра черной дыры, и энергии гравитационного коллапса.

Открытие пульсаров

Теория предсказывала, что максимум теплового излучения нейтронной звезды приходится на область мягкого рентгена. Однако неожиданно они были открыты при радионаблюдениях. В 1967 году Джоселин Белл, аспирант Э. Хьюиша, открыла объекты, излучающие регулярные импульсы радиоволн. Этот феномен был объяснён узкой направленностью радиолуча от быстро вращающегося объекта — своеобразный «космический радиомаяк». Но любая обычная звезда разрушилась бы при столь высокой скорости вращения. На роль таких маяков были пригодны только нейтронные звёзды. Пульсар PSR B1919+21 считается первой открытой нейтронной звездой.

Взаимодействие нейтронной звезды с окружающим веществом определяют два основных параметра и, как следствие, их наблюдаемые проявления: период (скорость) вращения и величина магнитного поля. Со временем звезда расходует свою вращательную энергию, и её вращение замедляется. Магнитное поле также ослабевает. По этой причине нейтронная звезда за время своей жизни может поменять свой тип. Ниже представлена номенклатура нейтронных звёзд в порядке убывания скорости вращения, согласно монографии В.М. Липунова. Поскольку теория магнитосфер пульсаров все еще в состоянии развития, существуют альтернативные теоретические модели.

Изучение

Еще с древнейших времен Солнце представляло интерес для человека и активно изучалось им. От простых наблюдений люди постепенно перешли к измерениям времени с помощью солнечных часов, отмечавших положение светила на небе в течение суток. Древние памятники и мегалиты служили для измерения длительности светового дня, определения дня летнего солнцестояния и дней равноденствия. Древние греки, наблюдая за годовым движением Солнца по небесной сфере, считали его одной из планет. Однако в самой же Древней Греции появились первые догадки о том, что Солнце все же не планета, а гигантский раскаленный шар. Так считал древнегреческий философ Анаксагор, за что был осужден и отправлен в тюрьму.

В Греции же родилась и гелиоцентрическая система мира, говорящая о том, что Солнце – это центр, вокруг которого обращается Земля наравне с остальными планетами. Эта идея была революционной и еще многие века подвергалась осуждению и нападкам, вплоть до XVI века, когда она была вновь высказана Коперником.

По другую сторону континента китайские астрономы первыми пронаблюдали пятна на Солнце еще за два века до нашей эры. В XII веке они были впервые зарисованы средневековым английским историком.

Инструментальное исследование Солнца начинается с 1610 года, когда Галилеем был изобретен первый телескоп. Галилей же первым определил, что пятна являются частью поверхности Солнца, а не силуэтами планет, проходящих по его диску. По наблюдению за их движением он также смог высчитать период его вращения.

В XIX веке началась эра спектроскопии. Первым разложить солнечный свет на отдельные цвета смог астроном Петро Анджело Секки. Его дело продолжил Фраунгофер, начавший изучение состава звезды по ее спектру и обнаружив линии поглощения. В 1868 году французский ученый Пьер Жансен открыл гелий, изучая спектры солнечной хромосферы и протуберанцев.

В том же веке шли споры об источниках энергии в недрах Солнца. В 1848 году была выдвинута гипотеза о том, что звезда нагревается благодаря постоянным метеоритным ударам. Однако в таком случае получалось, что наряду с Солнцем этот же механизм обеспечивает сильное нагревание и любой планеты, в том числе и Земли. Другая, более правдоподобная гипотеза, высказанная Кельвином и Гельмгольцем, подразумевала образование тепловой энергии Солнца за счет ее гравитационного сжатия. На основании этой идеи был оценен возраст Солнца в 20 млн лет, что противоречило геологическим данным, но тем не менее этот механизм считался верным еще долгое время. И уже в XX веке Резерфорд предложил гипотезу о термоядерном синтезе в ядре Солнца благодаря высокой температуре и давлении. Эта теория была подтверждена и развита в 30-х годах, тогда же были определены две основные ядерные реакции, ответственные за выделение энергии в Солнце.

В 1957 году были запущены первые искусственные спутники, и тогда же начались первые космические исследования Солнца. Уже в 1959 году был проведен опыт по обнаружению солнечного ветра с помощью аппаратов «Луна-1» и «Луна-2». Кроме того, солнечный ветер исследовался спутниками NASA «Пионер» в 1960-68 годах. В 1973 была выведена на орбиту первая солнечная космическая обсерватория. С ее помощью проведены наблюдения короны и открыты корональные выбросы массы. В 80-х и 90-х годах также было запущено множество спутников и зондов, наблюдавших Солнце во всех спектральных диапазонах. Для изучения полярных областей Солнца, недоступных для аппаратов, находящихся в плоскости эклиптики, в 1990 году был запущен зонд «Улисс», изучивший потоки солнечного ветра и магнитного поле на высоких широтах. В наши дни с помощью новых спутников и обсерваторий продолжает проводиться спектральное изучение Солнца по всем слоям его атмосферы, динамики магнитного поля и ее связи с солнечной активностью.

Особенность магнетаров

Основа образования этого небесного тела – массивная звезда, чья масса существенно превышает параметры Солнца. Порой габариты таких светил больше, чем 40 Солнц. После гибели такого огромного космического объекта, происходит сброс веществ, которые представлены во внешних его слоях. Это означает, что остается всего лишь голое ядро. Именно оно и носит название нейтронная звезда.

Магнетары представлены диаметром приблизительно в двадцать-тридцать километров. При этом очень часто масса тела в пару раз больше, чем характерно для нашего светила – Солнца. Такое явление обусловлено тем, что эти звезды демонстрируют очень высокую плотность, например, если набрать в чайную ложку компонентов из магнетара, то ее вес будет превышать сотню миллионов тонн.

Еще одной характерной особенностью этого объекта является то, что в процессе сброса внешних слоев, ядро или магнетар начинает очень быстро раскручиваться. Астрономы отмечают, что этот компонент способен делать 20-40 вращений всего за 1 секунду. Такие параметры способствуют появлению очень сильного магнитного поля. Такие светила живут всего десять тысяч лет, но за это время они излучают мощные гамма- и рентгеновские лучи. После того, как ресурс будет израсходован, магнетары превращаются в простые нейтронные звезды.

Ученые отмечают, что эти космические объекты аналогично воздействуют собственной гравитационной силой на другие тела, как это делают традиционные светила. Но угроза для окружающей среды представлена сильным магнитным полем, которое разгоняет все элементы, попавшие в него, до огромных скоростей. Благодаря такому процессу создаются рентгеновские лучи. Этот вид излучения уничтожает все, что встречается ему на пути, при этом его действие распространяется на световые годы.

Открытый вопрос

Всего на сегодняшний день астрономы обнаружили около 1 200 нейтронных звезд. Из них более 1 000 являются радиопульсарами, а остальные просто рентгеновскими источниками. За годы исследований ученые пришли к выводу, что нейтронные звезды настоящие оригиналы. Одни очень яркие и спокойные, другие периодически вспыхивающие и видоизменяющиеся звездотрясениями, третьи существующие в двойных системах. Эти звезды относятся к самым загадочным и неуловимым астрономическим объектам, соединяющим в себе сильнейшие гравитационные и магнитные поля и экстремальные плотности и энергии. И каждое новое открытие из их бурной жизни дает ученым уникальные сведения, необходимые для понимания природы Материи и эволюции Вселенной.

Вселенкий эталон Послать что-нибудь за пределы Солнечной системы очень даже непросто, поэтому вместе с направившимися туда 30 лет назад космическими кораблями «Пионер-10 и -11» земляне отправили и послания братьям по разуму. Нарисовать нечто такое, что будет понятно Внеземному Уму, задача не из простых, более того, еще нужно было указать обратный адрес и дату отправки письма… Насколько доходчиво все это сумели сделать художники, человеку понять трудно, но сама идея использования радиопульсаров для указания места и времени отправки послания гениальна. Прерывистые лучи различной длины, исходящие из точки, символизирующей Солнце, указывают направление и расстояние до ближайших к Земле пульсаров, а прерывистость линии это не что иное, как двоичное обозначение периода их обращения. Самый длинный луч указывает на центр нашей Галактики Млечный Путь. В качестве единицы времени на послании принята частота радиосигнала, испускаемого атомом водорода при смене взаимной ориентации спинов (направление вращения) протона и электрона.

Знаменитые 21 см или 1420 МГц должны знать все разумные существа во Вселенной. По этим ориентирам, указывающим на «радиомаяки» Вселенной, можно будет отыскать землян даже через много миллионов лет, а сравнив записанную частоту пульсаров с текущей, можно будет прикинуть, когда эти мужчина и женщина благословляли в полет первый космический корабль, покинувший пределы Солнечной системы.

Николай Андреев

Белые карлики

Одним из этапов звездной эволюции принято считать этап образования белых карликов. Они приходят на смену красным гигантам после потери своей массы, а также после сбрасывания ими оболочки и обнажения ядра. Открытие и изучение этих звезд началось с 1914 года, когда американский астроном У. Адамс открыл Сириус. На данный момент – это самая известная звезда на небосводе. Находится она в созвездии Большого Пса. Это представитель классических белых карликов, которых не так уж и много во Вселенной. Светимость их достаточно маленькая, поэтому их открывали неподалеку от Солнца. И лишь со временем, с появлением мощных космических телескопов, астрономы обнаружили такие тела и в шаровом скоплении, находящемся на достаточно далеком расстоянии от Земного шара.

Ученые подсчитали, что молодые белые карлики на первых этапах своего развития сжимаются. Их радиус уменьшается. И уже в первые миллионы лет своего существования он сокращается до сотен километров. Причиной этому служит постепенное остывание тела. Масса белых карликов составляет всего от 0,6 до 1,44 массы Солнца. Температура поверхности белых карликов может достигать до 200 000С.  Плотность вещества достаточно высокая, и равна 105 — 109 г/см³. 

Длительность жизни этих объектов напрямую зависит от времени их полного остывания. Спектральная характеристика белых карликов значительно отличается от звезд главной последовательности и красных гигантов. Их относят к отдельному спектральному классу D.

Heйтpoнныe звeзды

Heйтpoнныe звeзды – дoвoльнo зaгaдoчныe oбъeкты, пpeвышaющиe coлнeчную мaccу в 1.4 paзa. Oни poждaютcя пocлe взpывa бoлee кpупныx звeзд. Дaвaйтe узнaeм эти фopмиpoвaния пoближe.

Koгдa взpывaeтcя звeздa, мaccивнee Coлнцa в 4-8 paз, ocтaeтcя ядpo c бoльшoй плoтнocтью, пpoдoлжaющee paзpушaтьcя. Гpaвитaция тaк cильнo дaвит нa мaтepиaл, чтo зacтaвляeт пpoтoны и элeктpoны cливaтьcя, чтoбы пpeдcтaть в видe нeйтpoнoв. Taк и poждaeтcя нeйтpoннaя звeздa выcoкoй плoтнocти.

Эти мaccивныe oбъeкты cпocoбны дocтигaть в диaмeтpe вceгo 20 км. Чтoбы вы ocoзнaли плoтнocть, вceгo oднa лoжeчкa мaтepиaлa нeйтpoннoй звeзды будeт вecить миллиapд тoнн. Гpaвитaция нa тaкoм oбъeктe в 2 миллиapдa paз cильнee зeмнoй, a мoщнocти xвaтaeт для гpaвитaциoннoгo линзиpoвaния, пoзвoляющeгo учeным paccмoтpeть зaднюю чacть звeзды.

Toлчoк oт взpывa ocтaвляeт импульc, кoтopый зacтaвляeт нeйтpoнную звeзду вpaщaтьcя, дocтигaя нecкoлькиx oбopoтoв в ceкунду. Xoтя oни мoгут paзгoнятьcя дo 4З000 paз в минуту.

Koгдa нeйтpoннaя звeздa выcтупaeт чacтью двoйнoй cиcтeмы, гдe взopвaлacь cвepxнoвaя, кapтинa выглядит eщe бoлee впeчaтляющeй. Ecли втopaя звeздa уcтупaлa пo мaccивнocти Coлнцу, тo тянeт мaccу кoмпaньoнa в «лeпecтoк Poшa». Этo шapooбpaзнoe oблaкo мaтepилa, coвepшaющee oбopoты вoкpуг нeйтpoннoй звeзды. Ecли жe cпутник был бoльшe coлнeчнoй мaccы в 10 paз, тo пepeдaчa мaccы тaкжe нacтpaивaeтcя, нo нe тaкaя уcтoйчивaя. Maтepиaл тeчeт вдoль мaгнитныx пoлюcoв, нaгpeвaeтcя и coздaютcя peнтгeнoвcкиe пульcaции.

K 2010 гoду былo нaйдeнo 1800 пульcapoв пpи пoмoщи paдиooбнapужeния и 70 чepeз гaммa-лучи. У нeкoтopыx экзeмпляpoв дaжe зaмeчaли плaнeты.

Этапы эволюции звезд

Теория звездной эволюции рассматривает изменения в физических, химических характеристиках звезд, которые связаны с возрастом светила. Ее основными этапами являются:

• образование протозвезды из газового облака;
• формирование звезды разной массы, которая в ходе термоядерных процессов станет либо гигантом, либо сверхгигантом;
• эволюция звезд с низкой массой заканчивается их превращением в белого карлика;

тяжелая звезда в ходе гравитационного коллапса образует нейтронную звезду или черную дыру.

Гравитационным коллапсом называют катастрофически быстрое сжатие космических тел под действием гравитационных сил. 

Протозвезда

Жизнь каждой звезды начинается с рождения. На первых этапах формируется большое облако, внутри которого образуются молекулы. В результате гравитационного воздействия облако межзвездного газа начинает сжиматься и постепенно приобретает шарообразную форму. Во время сжатия энергия гравитации переходит в тепло, что приводит к повышению температурных показателей в центральной части звезды.  Но при этом температура еще не такая высокая, чтобы запустились термоядерные реакции.

На первой стадии своего эволюционного развития объект принято называть протозвездой. Процесс образования нового тела проходит на протяжении долгого времени и может достигать миллионов лет. Протозвезды со сформированным ядром и оболочкой выделяют в отдельный тип, который называют звезды до главной последовательности. У них низкая температура и высокая светимость. Звезда постепенно начинает двигаться к главной последовательности, а свою энергию она получает благодаря силам гравитации.

Процесс сжатия у протозвезд происходит очень медленно. Например, чтобы Солнце перешло в главную последовательность ему потребовалось 30 млн. лет.

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. H. Quaintrell и др. The mass of the neutron star in Vela X-1 and tidally induced non-radial oscillations in GP Vel // Astronomy and Astrophysics. — апрель 2003. — № 401. — С. 313—323.
2. P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts & J. W. T. Hessels A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay // Nature. — 2010. — Т. 467. — С. 1081—1083.
3. Шаблон:News
4. «Сверхтяжелая» нейтронная звезда отрицает теорию «свободных» кварков. РИА Новости (29 октября 2010). Проверено 30 октября 2010. Архивировано из первоисточника 16 октября 2012.
5. Рождению странных звезд помогает темная материя? Elementy.ru, 2010
6. Е. Шиховцев. Визит нейтронной звезды, 2013

7. В. М. Липунов. Астрофизика нейтронных звёзд. — Наука. — 1987. — С. 90. (см. ISBN )

8. Бескин В.С., Истомин Я.Н., Филиппов А.А. Радиопульсары — поиски истины // Успехи физических наук. — 2013. — Т. 183. — № 10. — С. 179–194.