Нейтронные звезды
Нейтронные звезды
|
Во что превращаются звезды в конце жизни: Нейтронные звезды Существование нейтронных звезд - звезд, состоящих из вырожденных нейтронов - предсказывалось теоретиками еще в 30-х годах (первым это понял в тогдашнем СССР замечательный физик-теоретик Лев Ландау). Согласно теории, такие звезды должны были при массе Солнца обладать ничтожными размерами - около 10 км, то есть плотность вещества в их центре достигала плотности атомного ядра - 2.8*1014 грамм/см3. |
Существование нейтронных звезд - звезд, состоящих из вырожденных нейтронов - предсказывалось теоретиками еще в 30-х годах (первым это понял в тогдашнем СССР замечательный физик-теоретик Лев Ландау). Согласно теории, такие звезды должны были при массе Солнца обладать ничтожными размерами - около 10 км, то есть плотность вещества в их центре достигала плотности атомного ядра - 2.8*1014 грамм/см3. Уже в 1934 г. Бааде и Цвикки предположил, что нейтронные звезды образуются во время вспышек Сверхновых.
Должно было пройти свыше 30 лет, чтобы нейтронные звезды были обнаружены как реальные объекты в нашей Галактике - в конце 1967 г. английскими радиоастрономами были открыты первые пульсары и немедленно Т.Голд высказал предположение что пульсары и есть быстровращающиеся нейтронные звезды. Большинство нейтронных звезд образуется при коллапсе железных ядер звезд с массами более 10 солнечных. Их рождение сопровождается грандиозным небесным явлением - вспышкой Сверхновой звезды (см. Взрывающиеся звезды). Зная из наблюдений частоту вспышек Сверхновых II типа (примерно раз в 25 лет), легко получаем, что за время существования Галактики (около 15 млрд лет) должно было образоваться несколько сотен млн. нейтронных звезд!
Каковы же их наблюдательные проявления? Как мы уже говорили, молодые быстровращающиеся (с периодами вращения от нескольких миллисекунд до секунды) нейтронные звезды наблюдаются как радиопульсары. Одного быстрого вращения, однако, недостаточно для излучения энергии - требуется еще наличие магнитного поля. В этом состоит основная идея пульсара: вращение+магнитное поле нейтронной звезды приводят к появлению мощных электрических полей, которые вырывают заряженные частицы из твердой поверхности нейтронной звезды и ускоряют их до очень высоких энергий. Ускоренные частицы излучают в магнитном поле и порождают кванты жесткого электромагнитного излучения. В результате сложных электродинамических процессов небольшая часть энергии превращается в радиоволны, которые и наблюдаются от пульсаров. Ускоренные частицы, вырываемые с нейтронной звезды, уносят энергию вращения и поэтому период вращения пульсаров увеличивается - нейтронная звезда "тормозится" собственным излучением!
Этот наблюдаемый факт прекрасно подтвердил теоретические представления и позволил оценить величину требуемого магнитного поля - оказалось, что типичная напряженность магнитного поля на поверхности пульсаров достигает невероятных для земных условий значений - 1012-1013 Гаусс. При торможении нейтронной звезды создаваемый магнитным полем электрический потенциал падает и при некотором значении заряженные частицы перестают рождаться и пульсар "умирает". Это происходит за время около 10 млн. лет, поэтому "действующих" пульсаров в Галактике несколько сотен тысяч (в настоящее время наблюдается примерно 700 пульсаров).
Если нейтронная звезда входит в состав тесной двойной системы, ее наблюдательные проявления становятся другими. Приливные силы со стороны нейтронной звезды могут срывать вещество с поверхности звезды - соседа (если это обычная звезда главной последовательности или гигант). Это вещество падает на поверхность нейтронной звезды, нагревается до миллионов градусов и выделяет при этом колоссальную энергию, в основном в жестком ультрафиолетовом и рентгеновском дипазонах электромагнитного спектра. Если магнитное поле нейтронной звезды значительно, оно направляет движение газа, а так как звезда вращается, то для земного наблюдателя появляется пульсирующее рентгеновское излучение - рентгеновский пульсар. Такие объекты были открыты в 1972 году и сейчас их известно около 30.
Если магнитное поле нейтронной звезды невелико, оно не оказывает сопротивления растеканию падающего вещества по поверхности нейтронной звезды. Вещество накапливается на поверхности и при повышении плотности и температуры происходит термоядерный взрыв. При этом наблюдается явление рентгеновского барстера, или вспыхивающего рентгеновского источника (эта ситуация похожа на белый карлик в двойной системе с перетеканием вещества и связанное с этим явление Новых звезд). Рентгеновских источников с нейтронными звездами известно в Галактике около 100.
Остается вопрос: как проявляют себя подавляющее большинство старых нейтронных звезд Галактики? К сожалению, прямые наблюдения нейтронных звезд в оптическом или ультрафиолетовом диапазонах почти невозможны - из-за малой площади поверхности их светимость даже при температуре в сотни тысяч Кельвинов оказывется чрезвычайно слабой. Окончательного ответа на этот вопрос пока нет. Возможно, загадочные космические гамма-всплески связаны с этим невидимым в других областях спектра населением Галактики. Как и для белых карликов, для нейтронных звезд существует предельная масса (она носит название предела Оппенгеймера-Волкова). Однако строение материи при столь высоких плотностях известно плохо - по-видимому, внутренние части нейтронной звезды представляю собой сверхтекучую сверхпроводящую жидкость, состоящую из протонов, нейтронов, пионов и, возможно, даже кварков. Такое состояние вещества нельзя получить в земных условиях, поэтому нейтронные звезды остаются одной из уникальнейших космических лабораторий для исследования материи в экстремальных состояниях.
Из-за этих неопределенностей предел Оппенгеймера-Волкова точно неизвестен, он зависит от сделанных предположений о типе и взаимодействии частиц внутри нейтронной звезды. Однако почти наверняка он не превышает 3 масс Солнца. Если масса нейтронной звезды превосходит это значение, никакое давление вещества не может противодействовать силам гравитации и звезда "уходит" под горизонт событий для удаленного наблюдателя - образуется черная дыра.
« Назад