Зірки; нейтрони та пульсари

Огляд	Нейтронна зірка - це тіло масою від 1,44 до 2-3 мас Сонця, діаметр якого становить близько десяти-двадцяти кілометрів. Отже, це надмірно компактна зірка. У такій зірці, що складається, як випливає з назви, велика частка нейтронів, притиснутих один до одного. Тож чи може середня щільність нейтронної зірки досягати приблизно ста мільйонів тонн на кубічний сантиметр.
Нижня межа 1,44 маси Сонця позначає поділ між білими карликами та нейтронними зірками. Верхня межа від 2 до 3 сонячних мас фактично перетворюється на щільність, для якої простір відкривається в чорну діру.
Щоб досягти такої ситуації, знадобилася гравітація, щоб мати змогу подолати всі інші сили всередині зірки. Тому ми можемо очікувати, що нейтронна зірка не утворюється до закінчення ядерних реакцій, енергія яких врівноважує вагу, яку зірка надає на себе. Також необхідно, щоб була присутня достатня маса. Також основним механізмом утворення нейтронних зірок є остаточна імплозія під власною вагою ядра зірки, оболонка якої, у свою чергу, вибухає, створюючи наднову. Ми також можемо уявити, згідно з моделлю, запропонованою в 1976 році, зокрема, Еврі Шацманом, з обсерваторії Медон, що певні білі карлики, що супроводжуються зіркою зі збільшеним конвертом, можуть захопити у свого сусіда матеріал, необхідний для їх імплозії.
Колапс має ще два важливі наслідки: велику швидкість обертання та сильне магнітне поле.

Прискорення обертання пояснюється збереженням моменту імпульсу (добуток кутової швидкості на квадрат радіуса повинен залишатися постійним). Зірка набирає швидкість, зменшуючи діаметр, так само, як фігуристка, наприклад, коли вона складає руки. Таким чином, період обертання може становити від декількох мілісекунд до декількох секунд.

Пульсар, на відміну від цього, про що говорить його назва (і який бере свій початок з часів, коли природа цих об’єктів ще не була зрозуміла), не піддається будь-якій пульсації. Феномен імпульси інтерпретується існуванням тонкого пучка випромінювання (найчастіше радіо, але також оптичного, X і навіть в деяких випадках гамма), що утворюється поблизу поверхні нейтронної зірки і проноситься в космосі з тією ж швидкістю, що і обертання зірка. Тоді ми маємо справу з своєрідним маяком, який обертається з дуже високою швидкістю. Кожного разу, коли його промінь спрямований до Землі, мала блискавка ( пульс) захоплюється.

Особливий тип нейтронної зірки був відкритий в 1979 році, але без попереднього розуміння її природи. Ці об'єкти (ми виявили три швидко поспіль) виявились як сплески гамма-променів (і X), цілком порівнянні з тими, які астрономи виявляли з початку десятиліття.

Більше того, відмінності існували. Таким чином, сплески випромінювання відповідали випромінюванню фотонів з нижчою середньою енергією (м'яка гамма і частіше твердий X), розташовані в нашій Галактиці, де були виявлені пов'язані із залишками наднових, а також у сусідніх галактиках. І, перш за все, спалахи повторювались епізодично. Іноді вони перебувають на відстані лише кілька днів і виділяють енергії, що відповідають енергії, що виробляється за рік. Деякі з них відповідали виділенню енергії, порівнянному із випромінюванням Сонця протягом тисячі років.

Їх характеристики призвели до того, що ці об’єкти називаються гамма-ретрансляторами. Але ми повільно відмежували їх від інших сплесків гамма-випромінювання. Однак гіпотеза була висунута в 1992 році Робертом Дунканом та Крістофером Томсоном щодо їхньої природи, і була підтверджена лише у 1998 році Хрисою Кувеліоту та її співробітниками. Відповідно до цієї точки зору, ми маємо справу з нейтронними зірками, але маючи надзвичайно інтенсивне магнітне поле (

10 14 гаус). Таким чином, гамма-сплески становлять спосіб для цих зірок позбутися надлишкового магнітного поля під час потужних землетрусів, які струшують тверду кору цих зірок.

Гігантські атомні ядра?

Іноді нейтронну зірку порівнюють з гігантським атомним ядром. Він насправді має свою щільність (оскільки ми перебуваємо в ситуації, коли нуклони (нейтрони і протони) практично стикаються один з одним, як у ядрі атома). Але тут слід підкреслити, що сила, що об’єднує ці частинки, полягає не в сильній взаємодії, як у звичайному атомному ядрі, а просто в гравітації. Фігура 1 - Стан речовини в нейтронній зірці є переважно спекулятивним. Модель, представлена тут, є лише однією з можливостей серед багатьох. Він передбачає тверду кору з іонізованого заліза, нагріту до 10 мільйонів Кельвінів, що охоплює кілька областей, збіднених атомними ядрами і багатих виродженими (іншими словами, які уникають одне одного) і надрідкими (тобто до рідкого стану дуже низької в'язкості). Ще більш умоглядною є природа надщільного ядра зірки. Ми могли б зустріти там піони (частинки, що складаються з двох зв’язаних кварків) або, навіть, з кварків.

Як зробити пульсар з нейтронною зіркою?

Ми знаємо, що електрично заряджені частинки (наприклад, електрони) можуть прискорюватися в магнітному полі і що вони потім випромінюють випромінювання, що називається синхротроном. Властивості випромінювання, яке ми вловлюємо від пульсарів, насправді вказують на те, що ми маємо справу, принаймні частково, з синхротронним випромінюванням. Більше того, напрям, який здається найбільш природним (але який не єдиний можливий), як тільки передбачається магнітне поле, це напрямок його осі. Ця магнітна вісь, будучи здатною бути, як це спостерігається, крім того, у випадку з нашою планетою, відмінною від осі обертання, вона може ідеально змітати простір очікуваним чином. За сценарієм, вже уявленим у 1968 році Томасом Голдом, випромінюючими зарядженими частинками будуть частинки, що віддаляються від зірки вздовж магнітної осі. Потім залишається пояснити, звідки взялися б заряджені частинки.

У 1975 р. М.Рудерман та П.Сузерленд запропонували досить заплутану, але привабливу модель, в якій динамо, утворене нейтронною зіркою, генерує гігантське електричне поле (кілька мільярдів вольт) товщиною в кілька десятків метрів над поверхня зірки. У регіонах, близьких до магнітної осі - іншими словами, полярних шапок - електричні сили тоді потужніші, ніж гравітація, і, отже, можуть відірвати масивно заряджені частинки від залізної поверхні зірки. Явище впливає на електрони набагато більше, ніж на протони, майже у 2000 разів масивніше, а тому важче рухатись. Звідси випливає, що зірка набуває позитивного заряду на своїй поверхні і що вона опиняється в оточенні хмари негативних зарядів (магнітосфери). Поверхня і магнітосфера розділені порожньою областю.

У цій ситуації наша зірка має кілька причин випромінювати у напрямку, близькому до магнітної осі. Без сумніву, до всіх них слід звертатися різною мірою, щоб врахувати спостережуване різноманіття пульсарів.

У зоряних парах кожна зірка еволюціонує тим швидше, чим масивнішою вона була на початку. Отже, подвійні системи, що містять нейтронну зірку, можуть народитися після того, як наймасивніша зірка вибухне як наднова. Супутник ще чекав деякий час, перш ніж набухнути в червоного велетня. Якщо, коли ця друга зірка таким чином розширить свою оболонку, остання потрапляє під гравітаційний зріз нейтронної зірки. Газ супутника буквально всмоктується. Нагрітий до високої температури і, отже, іонізований (тобто електрично заряджений), цей газ буде спрямовуватися магнітним полем нейтронної зірки і буде спускатися на їх поверхню, саме на рівні полярних шапок. Тоді ми опиняємось, хоча механізм і відрізняється, в ситуації, подібній до тієї, яка щойно була сказана про нагрівання полюсів. Випромінювання, яке буде випромінюватися, буде переважно в домені X і виправдовує те, що назви бінарного пульсара та X пульсара є синонімами.

Еволюція пульсарів

Друге життя мілісекундних пульсарів

10000 тесла). Характеристика, яку можна було б очікувати лише від пульсарів, яким кілька мільярдів років.

Щоб пояснити цю ситуацію, астрономи, не бажаючи відмовлятися від своїх теоретичних знань, уявляли, що мілісекундні пульсари - це справді дуже старі пульсари, але що вони повернулись у свою ранню молодість завдяки внесенню зовнішньої енергії, що дозволило знову прискоритися. Це теорія переробки.

Чи є дивні зірки?

Перші пульсари були виявлені в 1967 році. Сьогодні кілька тисяч з цих об’єктів нараховано в Чумацькому Шляху. Ті, кого знайшли дуже близько до галактичної площини, відокремлені і їм десять мільйонів років. Бінарні пульсари, як правило, старші і набагато більш розпорошені по обидва боки галактичного диска. Додамо, що з 1993 року ми також знаємо пульсари у Великій Магеллановій Хмарі (Дораде).