Объясните механизм радиоизлучения пульсара кратко

Обновлено: 05.07.2024

ПУЛЬСАР, астрономический объект, испускающий мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения в основном в радиодиапазоне. Энергия, излучаемая в импульсах, составляет лишь малую долю его полной энергии. Почти все известные пульсары находятся в нашей Галактике. У каждого пульсара свой период пульсаций; они лежат в диапазоне от 640 импульсов в секунду до одного импульса каждые 5 с. Периоды большинства пульсаров составляют от 0,5 до 1 с. Точные измерения показывают, что обычно период между импульсами возрастает на одну миллиардную долю секунды в сутки; как раз этого следует ожидать при замедлении вращения звезды, теряющей энергию в процессе излучения.

Открытие пульсаров в 1967 было большой неожиданностью, поскольку такие явления не предсказывались ранее. Вскоре стало ясно, что это явление связано либо с радиальными пульсациями, либо с вращением звезд. Но ни обычные звезды, ни даже белые карлики не могут естественным образом пульсировать с такой высокой частотой. Не могут они и вращаться так быстро – центробежная сила разорвет их. Это может быть только очень плотное тело, состоящее из вещества, предсказанного Л.Д.Ландау и Р.Оппенгеймером в 1939. В этом веществе ядра атомов вплотную прижаты друг к другу. Сжать вещество до такой степени может только гигантская сила тяжести, которой обладают лишь очень массивные тела, такие, как звезды. При огромной плотности ядерные реакции превращают большинство частиц в нейтроны, поэтому такие тела называют нейтронными звездами.

Обычные звезды, такие, как Солнце, состоят из газа со средней плотностью чуть больше, чем у воды. Белый карлик с такой же массой, но диаметром около 10 000 км имеет в центре плотность ок. 40 т/см 3 . У нейтронной звезды масса тоже близка к солнечной, но ее диаметр всего ок. 30 км и плотность ок. 200 млн. т/см 3 . Если бы до такой плотности сжать Землю, то ее диаметр составил бы ок. 300 м; при такой плотности все человечество уместилось бы в наперстке. По-видимому, нейтронная звезда может образоваться из центральной части массивной звезды в момент ее взрыва как сверхновой. При таком взрыве оболочка массивной звезды сбрасывается, а ядро сжимается в нейтронную звезду. См. также ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС; СВЕРХНОВАЯ ЗВЕЗДА.

При подробном анализе у субимпульсов обнаруживается тонкая структура: каждый импульс состоит из сотен микроимпульсов. Область излучения такого микроимпульса на поверхности пульсара имеет размер менее 300 м. При этом мощность излучения сравнима с солнечной.

Механизм действия пульсара.

Пока существует лишь приближенная картина действия пульсара. Его основой служит вращающаяся нейтронная звезда с мощным магнитным полем. Вращающееся магнитное поле захватывает вылетающие с поверхности звезды ядерные частицы и ускоряет их до очень высоких энергий. Эти частицы испускают электромагнитные кванты в направлении своего движения, формируя вращающиеся пучки излучения. Когда пучок оказывается направленным на Землю, мы принимаем импульс излучения. Не совсем ясно, почему эти импульсы имеют столь четкую структуру; возможно, лишь небольшие области поверхности нейтронной звезды выбрасывают частицы в магнитное поле. Частицы максимально высокой энергии не могут быть ускорены по отдельности; по-видимому, они образуют пучки, содержащие, возможно, 10 12 частиц, которые ускоряются как единая частица. Это помогает понять и резкие границы импульсов, каждый из которых, вероятно, связан с отдельным пучком частиц.

Открытие.

Строение пульсара.

Двойные пульсары.

Пульсар PSR 1913+16 стал первым, обнаруженным в двойной системе. Его орбита сильно вытянута, поэтому он очень близко подходит к своему соседу, который может быть только компактным объектом – белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой. Высокая стабильность импульсов пульсара позволяет по доплеровскому смещению частоты их прихода очень точно изучать его орбитальное движение. Поэтому двойной пульсар был использован для проверки выводов общей теории относительности, согласно которой большая ось его орбиты должна поворачиваться в год примерно на 4 ° ; именно это и наблюдается.

Расстояние до пульсаров.

Проходя от пульсара до Земли, радиоволны преодолевают межзвездную среду; взаимодействуя в ней со свободными электронами, они замедляются – чем больше длина волны, тем сильнее замедление. Измерив задержку длинноволнового импульса относительно коротковолнового (которая достигает нескольких минут) и зная плотность межзвездной среды, можно определить расстояние до пульсара.

Как показывают наблюдения, в среднем в межзвездной среде приходится ок. 0,03 электрона на кубический сантиметр. Основанные на этой величине расстояния до пульсаров в среднем составляют несколько сотен св. лет. Но есть и более удаленные объекты: упомянутый выше двойной пульсар PSR 1913+16 удален на 18 000 св. лет.

Ученые из ИТМО объяснили радиоволновое излучение пульсаров переходами электронов между уровнями энергии, возникающими из-за отталкивания заряженных частиц от двойного электрического слоя и гравитационного притяжения звезды. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

Группа ученых из Университета информационных технологий, механики и оптики предложила еще один механизм генерации радиоизлучения пульсарами, предполагающий, что расположенные над поверхностью звезды электроны переходят между возникающими в гравитационном поле уровнями энергии. По словам ученых, этот механизм хорошо согласуется с наблюдаемыми частотами радиоизлучения, приходящего от пульсаров.

Схема образования связанных состояний электронов в гравитационном поле нейтронной звезды

N. Tepliakov et al. / The Astrophysical Journal

В результате электроны могут переходить не только между соседними гравитационными уровнями в рамках одного уровня Ландау, но и между гравитационными и магнитными уровнями одновременно. Первый тип переходов отвечает электро-дипольному излучению, направленному перпендикулярно направлению магнитного поля, второй тип — магнитно-дипольному, излучаемому вдоль оси звезды. Впрочем, второй тип излучения может возникать только в пульсарах со слабым магнитным полем (менее 10 11 гаусс), поскольку он требует высокой населенности уровней Ландау.

Направление электро-дипольного (ED) и магнитно-дипольного (MD) излучения (a), переходы между уровнями, которые отвечают различным типам излучения (b)

1. Чем отличаются физические переменные звёзды от затменно-двойных звёзд?

В отличие от затменно-двойных звёзд физически переменные звёзды меняют свою светимость в ходе физических процессов, происходящих непосредственно в самих звёздах.

2. Какова причина пульсаций цефеид?

Пульсация происходит благодаря слою звезды, в котором частично ионизован гелий. Этот слой играет роль клапанного механизма, который задерживает часть излучения внутренних слоёв из-за непрозрачности наружных слоёв звезды. Нейтральный гелий непрозрачен к ультрафиолетовому излучению звезды, которое задерживается, нагревает и расширяет газ, вследствие чего ионизированный гелий делает слой снова прозрачным, увеличивая поток выходящего излучения. Это приводит к обратному процессу: охлаждению и сжатию. Гелий снова становится нейтральным, и весь процесс повторяется снова.

3. В чём состоит отличие новой звезды от сверхновой?

Вспышка новой не сопровождается внутренней перестройкой звезды и может повторяться неоднократно. Вспышка сверхновой свидетельствует о гибели звезды.

4. Как образовалась Крабовидная туманность?

В 1054 г. в созвездии Тельца была замечена звезда, которая казалась ярче Венеры. Вскоре обнаруженная звезда начала тускнеть, а затем и вовсе пропала из поля зрения. Сейчас в этом месте наблюдается туманность, которая напоминает плывущего краба, из-за чего и получила своё название — Крабовидная. Туманность расширяется — это может свидетельствовать о том, что Крабовидная туманность — остаток взрыва сверхновой 1054 г.

5. Каковы причины взрыва новых и сверхновых звёзд?

Новые звёзды вспыхивают из-за обмена вещества между компонентами тесных двойных пар, к которым принадлежат все бывшие новые звёзды. Звёзды могут вспыхивать повторно, такие звёзды называют повторными новыми.

Сверхновые звезды вспыхивают из-за схлопывания своего ядра в ходе проходящих в нём термоядерных реакций. Сначала водород превращается в гелий, затем гелий — в углерод и т.д. до образования ядер элементов группы железа (Fe, Ni, Co). Звезда начинает расслаиваться. При этом подобные химические процессы поглощают энергию светила, охлаждая и сжимая звезду. Это приводит к обрушению внутренних слоёв к центру звезды и термоядерному взрыву, который создаёт ударную волну. Все наружные слои с большой скоростью устремляются в разные стороны, что и создаёт вспышку.

6. Объясните механизм радиоизлучения пульсара.

Пульсары — это источники узконаправленного пульсирующего радиоизлучения, возникающего в результате взаимодействия плазмы с быстровращающейся сильно намагниченной нейтронной звездой.

7. Какой объект называют чёрной дырой? Какими свойствами обладает чёрная дыра?

8. Определите среднюю плотность цефеиды, если её период пульсаций составляет 20 сут.

Период пульсация определяется по формуле:

Тогда найдём реднюю плотность:

$ρ = \left(\dfrac\right)^2=0.000036$ средней плотности Солнца.

Космос

Что такое пульсар?

Пульсары – это космические источники радио-, оптического, рентгеновского и/или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов).

Пульсар — это маленькая вращающаяся звезда. На поверхности звезды есть участок, который излучает в пространство узконаправленный пучок радиоволн. Наши радиотелескопы принимают это излучение тогда, когда источник повернут в сторону Земли. Звезда вращается, и поток излучения прекращается. Следующий оборот звезды — и мы снова принимаем ее радио послание.

Структура пульсара

Как действует пульсар?

Так же действует маяк с вращающимся фонарем. Издали мы воспринимаем его свет как пульсирующий. То же самое происходит и с пульсаром. Мы воспринимаем его излучение, как пульсирующий с определенной частотой источник радио волнового излучения. Пульсары относятся к семейству нейтронных звезд. Нейтронная звезда — это звезда, которая остается после катастрофического взрыва гигантской звезды.

Как действует пульсар?

Пульсар – нейтронная звезда

Звезда средней величины, например Солнце, размерами в миллион раз превосходит такую планету, как Земля. Гигантские звезды в поперечнике в 10, а иногда и в 1000 раз больше Солнца. Нейтронная звезда — это гигантская звезда, сжатая до размера крупного города. Это обстоятельство и делает поведение нейтронной звезды очень странным. Каждая такая звезда равна по массе гигантской звезде, но эта масса стиснута в чрезвычайно малом объеме. Одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весит миллиард тонн.

Как образуются пульсары?

Вот как это происходит. После того как звезда взрывается, ее остатки сжимаются под действием гравитационных сил. Ученые называют этот процесс коллапсом звезды. По мере развития коллапса сила гравитации растет, а атомы вещества звезды все теснее и теснее прижимаются друг к другу. В нормальном состоянии атомы находятся на значительном расстоянии друг от друга, потому что электронные облака атомов взаимно отталкиваются. Но после взрыва гигантской звезды атомы так сильно прижаты и спрессованы, что электроны буквально впрессовываются в ядра атомов.

Жизненный цикл звезд, образование пульсаров

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Электроны, втиснутые в ядро, реагируют с протонами, и в результате образуются нейтроны. С течением времени все вещество звезды становится гигантским клубком спрессованных нейтронов. Рождается нейтронная звезда.

Когда возникли пульсары?

Ученые полагают, что пульсары звезды существуют с незапамятных времен. Во всяком случае, они были задолго до того, как их открыли. Первые свидетельства их существования получены в ноябре 1967 года, когда несколько радиотелескопов в Англии нащупали в небе неведомый ранее источник излучения. В космосе есть много источников радиоволн. Например, молекулы воды и аммония, дрейфующие в межзвездном пространстве, излучают радиоволны. Эти волны улавливаются тарелочными антеннами радиотелескопов.

Почему пульсары пульсируют?

Ученые считают, что причина в их быстром вращении. Все звезды, подобно планетам, вращаются вокруг своей оси. Например, Солнце совершает один оборот за один месяц. При уменьшении размера вращающегося тела оно начинает вращаться быстрее. Представьте себе фигуриста, который вращается на льду. Когда он прижимает руки к телу, вращение резко ускоряется. То же происходит со сверхплотными звездами. Пульсар размером с Лос-Анджелес вращается со скоростью один оборот в секунду. Другие пульсары могут вращаться еще быстрее. Пульсары могут вращаться со скоростью до 1000 оборотов в секунду

Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре изображения — нейтронная звезда, кривые линии обозначают линии магнитного поля пульсара, голубые конусы — потоки излучения пульсара

В этом вращении и кроется причина пульсирующего излучения. Пульсары окружены сильным магнитным полем. Вдоль силовых линий этого магнитного поля перемещаются протоны и электроны. Как известно, сила магнитного поля возрастает у северного и южного магнитных полюсов. В этих точках скорость перемещения протонов и электронов становится очень большой. При таком разгоне частицы выделяют кванты энергии в диапазоне от рентгеновских лучей до радиоволн. Так как пульсар вращается, а источник излучения вращается вместе с ним, то мы воспринимаем излучение пульсара только в тот момент, когда источник повернут в сторону Земли. Точно так же мы воспринимаем свет маяка с вращающимся фонарем.

Интересное видео о пульсарах

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Пульсары - новый класс релятивистских объектов во Вселенной

Рис.1. Первая запись радиоизлучения пульсара PSR B1919+21 на радиотелескопе ДКР-1000 ПРАО ФИАН. По оси ординат время. Стрелками обозначены интервалы, равные периоду повторения импульсов.

В отличие от работ, проводившихся за рубежом, исследования пульсаров на ПРАО ФИАН велись на более низких частотах, что значительно расширяло частотный диапазон исследования радиоизлучения этих необычных объектов и открыло возможность исследования верхней области магнитосферы, линейная скорость вращения которой близка к скорости света. Наблюдения пульсаров в метровом диапазоне оказались наиболее эффективными и для исследования межзвездной среды Галактики на основе анализа распространения их импульсного излучения.
Для расширения экспериментальных возможностей, по инициативе В.В.Виткевича был создан специальный радиотелескоп большой эффективной площади БСА ФИАН В создание этого уникального инструмента, помимо В.В.Виткевича, большой вклад внесли А.А.Глушав, Ю.П. Илясов, А.Д.Кузьмин, С.М.Кутузов, И.А.Алексеев, В.Д.Бунин, Г.Ф.Новоженов, Г.А.Павлов, Н.С.Соломин, М.М.Тяптин. Подробнее о радиотелескопах ДКР и БСА см. в статье "Уникальные радиотелескопы диапазона метровых волн ФИАН.
Ниже дан краткий обзор основных результатов исследования пульсаров в Пущинской радиоастрономической обсерватории (ПРАО АКЦ ФИАН).

Поиск новых пульсаров

В декабре 1968г. В.В.Виткевичем, Ю.И.Алексеевым, В.Ф.Журавлевым и Ю.П.Шитовым был обнаружен первый Пущинский пульсар PSR B0943+10 [1]. Отличительной особенностью этого пульсара оказались длительные интервалы выключения радиоизлучения, названные впоследствии "нулингами". В ходе дальнейших работ было обнаружено еще 10 новых радиопульсаров. Среди них PSR B0320+39, PSR B1632+24, PSR B1839+56 и PSR B2110+27 [2].
Дальнейшие поисковые работы были ориентированы на наиболее интересные редкие группы пульсаров, выделяющиеся по своим характеристикам из всей совокупности "нормальных" пульсаров. Это изолированные нейтронные звезды, обнаруженные в рентгеновском диапазоне, которые до недавнего времени называли "радиомолчащими". Одним из наиболее ярких результатов, полученным в ПРАО ФИАН в последние годы, является обнаружение периодического радиоизлучения от нескольких объектов, входящих в эти группы.
Первым из таких объектов оказался один из наиболее интересных астрономических объектов - Геминга. Обнаруженный в 1975 г (более 30 лет назад) как один из первых и наиболее ярких источников гамма - излучения, этот объект долгое время не отождествлялся ни с одним из известных астрономических объектов.

Рис.2. Изображение окрестности Геминги в рентгеновском диапазоне, полученное на космической обсерватории Чандра. Видны два кометоподобных хвоста из высокоэнергичных электронов, свидетельствующие о быстром движении нейтронной звезды в межзвездной среде.

Рис.3. Средний импульс пульсара PSR J0633+1746 (Геминга): (верхний) обнаруженный в радиоизлучении, (нижний)- известный в гамма- излучении.

Рис 4. Интегральный профиль PSRJ1308+21 на двух частотах: (а) частота 87,7 МГц, суммировано 2 дня и 14 периодов пульсара; (б) частота 61,8 МГц, суммировано 3 дня и 100 периодов.

Для всех новых радиопульсаров, кроме основных параметров - период, его производная и форма импульса, измерены также меры дисперсии, позволяющие определить расстояния до этих пульсаров. Обнаружение радиоизлучения от нескольких AXP и SCR показало, что, либо для них не верна модель радиоизлучения, либо эти объекты имеют существенно меньшие магнитные поля. В этой связи предложена новая модель для объяснения наблюдаемых особенностей AXP и SCR (10).
Большой интерес представляет еще один выделенный класс пульсаров - пульсары с гигантскими импульсами радиоизлучения. Гигантские импульсы - кратковременное очень большое вспышечное увеличение интенсивности индивидуальных импульсов. Это особая форма радиоизлучения пульсаров - нейтронных звезд. Для обычных пульсаров изменения интенсивности от импульса к импульсу не превышает примерно 10-ти раз. Гигантские импульсы резко выделяются из последовательности обычных импульсов пульсара превышением среднего уровня в сотни и тысячи раз и являются наиболее яркими источниками радиоизлучения среди известных астрономических объектов.
Это редкое необычное явление, наблюдающееся только у нескольких из более 1500 известных пульсаров.
А.Д.Кузьмин, А.А.Ершов и Б.Я.Лосовский обнаружили четыре новых пульсара с гигантскими импульсами: PSR B0031-07 (11), PSR B0656+14 (12),PSR B1112+50 (13) и PSR J1752+2359 (14), увеличив число известных в мире объектов этого класса в полтора раза.
Пример одного из обнаруженных гигантских импульсов пульсара PSR B0656+14 в сравнении со средним импульсом показан на Рис.5.
Пиковая плотность потока гигантского импульса (выделен красным) 120 Янских в 600 раз превышает пиковую плотность потока среднего импульса (выделен синим) 0.2 Янских. Для удобства сравнения средний профиль на рисунке увеличен в 500 раз, а плотности потоков гигантского и среднего импульсов указаны раздельно на левой и правой шкалах осей ординат.

Рис.5. Гигантский импульс пульсара PSR B0656+14.

Имея все характерные особенности известных ранее пульсаров с гигантскими импульсами, обнаруженные пущинские пульсары с гигантскими импульсами не относятся к группе пульсаров с экстремально сильными магнитными полями на световом цилиндре. Возможно это новый класс гигантских импульсов.
Гигантские импульсы значительно короче средних импульсов пульсара и группируются в стабильном узком временном интервале внутри среднего импульса. Обнаружено, что у пульсара PSR B0031-07 гигантские импульсы группируются в двух различных временных интервалах, расстояние между которыми изменяется с частотой (15). Подобие этого явления частотному изменению ширины средних импульсов указывает, что излучение гигантских импульсов также, как и средних импульсов, формируется в нижней магнитосфере пульсара, а не около светового цилиндра, как это считалось раньше.
Исследования природных процессов радиоизлучения гигантских импульсов пульсаров возможно инициирует новые радиофизические способы генерации сверхмощного радиоизлучения.

Наблюдаемые свойства и модели радиоизлучения пульсаров

Межзвездное пространство нашей Галактики не пусто. Оно содержит сильно разреженный газ, частично ионизированный излучением звезд. Скорость распространения электромагнитного (радио) излучения в такой среде отличается от скорости света и зависит от частоты излучения. Поэтому время прихода наблюдаемых импульсов пульсаров также зависит от частоты - более низкочастотные импульсы запаздывают относительно более высокочастотных. Это явление называется дисперсией радиоволн. Величина запаздывания определяется не только частотой, но и так называемой мерой дисперсии DM, которая пропорциональна расстоянию до пульсара и концентрации заряженных частиц на пути распространения излучения от пульсара до наблюдателя.
Пущинские радиоастрономы (В.А.Извекова, А.Д.Кузьмин, Ю.П.Шитов) в совместных наблюдениях с английскими коллегами обнаружили дополнительное "сверхдисперсионное" запаздывание импульсов радиоизлучения пульсаров на низких частотах (16). Предложена интерпретация этого явления скручиванием магнитных силовых линий, обусловленного быстрым вращением пульсара. Показано, что такое запаздывание может наблюдаться на достаточно низких частотах, излучение которых генерируется в области магнитосферы, близкой к так называемому световому цилиндру, где линейная скорость вращения магнитосферы приближается к скорости света.
Предложен метод и определены углы наклона магнитной оси к оси вращения пульсаров. Обнаружено вековое сближение магнитной оси с осью вращения (А.Д.Кузьмин и И.М.Дагкесаманская (17), И.Ф.Малов (18)).
Важной характеристикой радиоизлучения пульсаров является степень поляризации наблюдаемых импульсов и зависимость этой характеристики от частоты. Однако, радиотелескопы ДКР-1000 и БСА ПРАО АКЦ ФИАН из-за их конструктивных особенностей принимают в метровом диапазоне радиоизлучение лишь одной линейной поляризации. В.В.Виткевичем и Ю.П.Шитовым был разработан и реализован оригинальный метод измерения поляризации радиоизлучения пульсаров на линейно поляризованной антенне, основанный на использовании эффекта Фарадея в межзвёздной магнитоактивной плазме (19). Впервые на метровых волнах ими измерена степень линейной поляризации пульсара и оценена напряженность продольной составляющей межзвёздного магнитного поля. С использованием и дальнейшим развитием этого метода С.А.Сулеймановой с коллегами была измерена степень линейной поляризации 22 пульсаров, на основании чего был проведен статистический анализ поляризационных свойств пульсаров в длинноволновом участке радиодиапазона (20). Степень поляризации оказалась выше, чем на более коротких волнах и много выше, чем у космических источников любого другого класса.
С.А.Сулеймановой совместно с Дж.Ренкин (США) обнаружено коррелированное изменение формы импульса радиоизлучения и скорости дрейфа субимпульсов пульсара В0943+10, приводящее к радикальному изменению формы интегрального импульса в рамках одной моды (21). Вспышки импульсного излучения (вспышечная B-мода излучения) всегда сопровождаются регулярно дрейфующими по фазе субимпульсами, в то время как после исчезновения явления дрейфа интенсивность излучения падает и форма интегрального профиля импульса при этом изменяется, переключаясь в другую моду (слабая Q-мода). Выявлено, что, начиная с момента возникновения вспышки, скорость дрейфа субимпульсов претерпевает заметное экспоненциальное уменьшение своей величины в течение около 4-х часов. Характерное время изменения скорости дрейфа составляет 1 час 15 минут, при амплитуде изменений её величины около 5%. В то же время, когда дрейф субимпульсов не проявляется, форма интегрального профиля импульса излучения в соответствующей Q-моде остается постоянной в течение около 1.5 часов.
Полученный результат приводит к необходимости пересмотра общепринятой модели регулярного дрейфа субимпульсов. Обнаруженный процесс не имеет аналогов у других пульсаров.
Проведен сравнительный анализ основных наблюдательных характеристик обычных и так называемых "миллисекундных" пульсаров (период следования импульсов меньше 30 миллисекунд). Обнаружено различие частотных зависимостей ширины средних профилей и частотных зависимостей интенсивности излучения (спектров) обычных и миллисекундных пульсаров (А.Д.Кузьмин, Б.Я.Лосовский (22), (23)). Оказалось, что у обычных пульсаров ширина среднего профиля уменьшается с частотой в соответствии с моделью полого конуса, а у миллисекундных пульсаров практически не зависит от частоты. Спектры миллисекундных пульсаров не имеют типичного для нормальных пульсаров низкочастотного "завала". Указанные различия удалось объяснить отличием структуры магнитного поля в излучающей области от дипольной или большей компактностью излучающей области миллисекундных пульсаров.
И.Ф.Маловым показано, что у пульсаров с длинными и короткими периодами излучение формируется за счет различных механизмов (22). В объектах с периодом вращения порядка 1 сек заметную роль играет излучение кривизны, а само излучение генерируется вблизи поверхности нейтронной звезды, в то время как в источниках с периодом меньше 0.1 сек - процессы генерации осуществляются на периферии магнитосферы за счёт синхротронного механизма. В рамках этих представлений у короткопериодических пульсаров не должно быть низкочастотного завала в спектре.
Мы уже писали, что пульсар можно представить в виде вращающегося прожектора. Ширина луча этого "прожектора" составляет несколько градусов. При вращении пульсара наблюдатель принимает излучение в течение времени порядка нескольких процентов от периода (десятки миллисекунд для периода 1 секунда). При изменении момента (фазы) импульсы центр излучающей области смещается, и через линию наблюдатель-источник проходят разные излучающие области пульсара. Т.В. Смирнова, В.И. Шишов и В.М. Малофеев измерили смещение пространственного положения линии наблюдатель-источник при изменении момента (фазы) импульса (33, 34) для четырех пульсаров. Измерения были основаны на анализе наблюдений межзвездных мерцаний пульсаров, проведенных на радиотелескопе БСА ФИАН. Было получено, что при изменении фазы импульса меняется пространственное положение источников излучения, которые распределены в узкой полоске шириной порядка нескольких сот и длиной порядка нескольких тысяч километров. Линейное разрешение 1000 км соответствует рекордному угловому разрешению порядка 10 наносекунд дуги.

Механизмы радиоизлучения пульсаров

И.Ф.Маловым совместно с Г.З.Мачабели (ААО АН Грузии) проанализирована возможность объяснения особенностей излучения некоторых типов пульсаров в рамках синхротронного механизма излучения. Так например, синхротронный механизм естественно объясняет обнаруженное немецкими радиоастрономами уплощение спектра ряда пульсаров на очень высоких частотах (выше 30 ГГц), а также наблюдаемые особенности некоторых пульсаров, в частности, Геминги и пульсара J0205+6449 в остатке сверхновой 3С58. Более того, привлечение синхротронного механизма излучения оказалось эффективным не только для описания наблюдаемых особенностей короткопериодических пульсаров радиодиапазоне, но также и при объяснении оптического и рентгеновского излучения этих источников (25).
Этими же авторами получено решение кинетических уравнений для магнитосферной плазмы, из которых вычислены значения лоренц-факторов излучающих частиц и оценены синхротронные светимости радиопульсаров. На основе этих оценок составлен список объектов, у которых с современной чувствительностью приборов должно регистрироваться рентгеновское излучение (26, 27) .
Предложена альтернативная дрейфовая модель "магнетара" - нейтронной звезды с предполагаемым магнитным полем порядка 1014 - 1015 Гс. Для объяснения феномена AXP и SGR используются существующие во внешних слоях магнитосферы нейтронной звезды дрейфовые волны, приводящие к периодическому изменению кривизны силовых линий магнитного поля. В предлагаемой модели нет необходимости постулировать сверхвысокие магнитные поля и можно объяснить основные особенности AXP и SGR при обычных для радиопульсаров полях порядка 1011 - 1013 Гс (28).

Исследования стабильности вращения нейтронных звезд. Пульсарное время.

Сбои регулярности следования импульсов - инструмент исследования нейтронной звезды

Не меньший интерес представляют пульсары, у которых наблюдаются отклонения от регулярного замедления вращения звезды. Эти отклонения наблюдаются в виде сбоев периода, а также т.н. "пульсарного шума" и являются важным источником информации о внутреннем строении нейтронной звезды, о возможном прецессионном движении оси вращения пульсара или о наличии спутников нейтронной звезды. Сотрудником ПРАО ФИАН Т.В.Шабановой в результате длительных регулярных высокоточных измерений периодов вращения пульсаров, обнаружено новое, неизвестное ранее, явление- медленные сбои периода (30). Три таких сбоя периода в моментах прихода импульсов пульсара PSR В1822-09 показаны на Рис.6.

Рис.6 Изменение со временем скорости торможения вращения пульсара PSR В1822-09 и уклонений частоты вращения на полном интервале наблюдений с 1985 по 2006 годы.

Характерной чертой медленных сбоев является постепенное увеличение частоты вращения звезды в течение 200-300 дней без последующей релаксации. Процесс ускорения вращения звезды сопровождается уменьшением скорости торможения вращения и последующим возвратом ее к исходной величине за тот же промежуток времени, исчисляемый сотнями дней. Сбои периода такого вида могут указывать на вариации размера полярной шапки или скачкообразные изменением угла наклона между осью вращения нейтронной звезды и осью магнитного диполя.
Т.В.Шабановой обнаружены также циклические уклонения моментов прихода импульсов пульсара PSR В1642-03 (31) и PSR B0329+54 (32) (см. Рис.7).

Рис. 7. Остаточные уклонения пульсара В0329+54 на интервале времени с 1969 по 2006 гг.

Такой вид уклонений можно интерпретировать как результат качания оси вращения пульсара с углом прецессии около 0.8 градусов. Ось вращения изолированного пульсара может прецессировать вокруг оси симметрии, если форма нейтронной звезды не является сферической и ее ось вращения не совпадает с осью симметрии тела звезды.

Пульсары- зонды межзвездной среды Галактики

Измерение эффектов распространения импульсного поляризованного радиоизлучения пульсаров (мерцаний, рассеяния) на пути от пульсара до наблюдателя открыло большие возможности изучения межзвездной среды нашей Галактики. Оценены распределение и характерные размеры неоднородностей межзвездной плазмы
Эффекты рассеяния импульсного радиоизлучения большой группы пульсаров в межзвездной среде исследованы А.Д.Кузьминым и Б.Я. Лосовским. Совместно с В.А. Извековой был разработан и реализован метод восстановления исходной формы импульса пульсара, искаженного рассеянием в межзвездной среде (33).
Подробнее об исследованиях межзвездной среды по наблюдениям пульсаров, которые ведутся в ПРАО АКЦ ФИАН, см. в статье Шишова В.И. "Исследование межзвездной и межпланетной плазмы".

Читайте также: