Реферат на тему пульсары

Обновлено: 04.07.2024

Содержание

Вложенные файлы: 1 файл

контрольная работа тема пульсары.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Центр дистанционного образования

по дисциплине: Концепции современного естествознания

На тему: Пульсары

Ковалева Анжела Ивановна

Механизм действия пульсара………………………………………………. стр.5

Рентгеновские пульсары………………………………………. ………. . стр.6

Расстояние до пульсаров………………………………………………….. .стр.11

Список использованной литературы и источников интернета……….…стр.13

На протяжении веков единственным источником сведений о звездах и Вселенной был для астрономов видимый свет. Наблюдая невооруженным глазом или с помощью телескопов, они использовали только очень небольшой интервал волн из всего многообразия электромагнитного излучения, испускаемого небесными телами. Астрономия преобразилась с середины нашего века, когда прогресс физики и техники предоставил ей новые приборы и инструменты, позволяющие вести наблюдения в самом широком диапазоне волн – от метровых радиоволн до гамма-лучей, где длины волн составляют миллиардные доли миллиметра. Это вызвало нарастающий поток астрономических данных. Фактически все крупнейшие открытия последних лет – результат современного развития новейших областей астрономии, которая стала сейчас всеволновой. Еще с начала 30-х годов, как только возникли теоретические представления о нейтронных звездах, ожидалось, что они должны проявить себя как космические источники рентгеновского излучения. Эти ожидания оправдались через 40 лет, когда были обнаружены барстеры и удалось доказать, что их излучение рождается на поверхности горячих нейтронных звезд. Но первыми открытыми нейтронными звездами оказались все же не барстеры, а пульсары, проявившие себя - совершенно неожиданно - как источники коротких импульсов радиоизлучения, следующих друг за другом с поразительно строгой периодичностью.

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.

Интерпретация Нейтронная звезда.

(Нейтронная звезда, в основном состоящая из нейтронов. Нейтрон – это нейтральная субатомная частица, одна из главных составляющих вещества. Гипотезу о существовании нейтронных звезд выдвинули астрономы В.Бааде и Ф.Цвикки сразу после открытия нейтрона в 1932. Но подтвердить эту гипотезу наблюдениями удалось лишь после открытия пульсаров в 1967.

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной.

(Гравитационный коллапс, быстрое сжатие и распад межзвездного облака или звезды под действием собственной силы тяготения. Гравитационный коллапс – очень важное астрофизическое явление; он участвует как в формировании звезд, звездных скоплений и галактик, так и в гибели некоторых из них.

В межзвездном пространстве существует множество облаков, состоящих в основном из водорода плотностью ок. 1000 ат/см3, размером от 10 до 100 св. лет. Их структура и, в частности, плотность непрерывно изменяются под действием взаимных столкновений, нагрева звездным излучением, давления магнитных полей и т.д. Когда плотность облака или его части становится настолько большой, что гравитация превосходит газовое давление, облако начинает неудержимо сжиматься – оно коллапсирует. Небольшие начальные неоднородности плотности в процессе коллапса усиливаются; в результате облако фрагментирует, т.е. распадается на части, каждая из которых продолжает сжиматься.

При сжатии газа возрастают его температура и давление, что может препятствовать дальнейшему сжатию. Но пока облако прозрачно для инфракрасного излучения, оно легко остывает, и сжатие не прекращается. Однако по мере нарастания плотности отдельных фрагментов их остывание затрудняется, и возрастающее давление останавливает коллапс – так образуется звезда, а вся совокупность превратившихся в звезды фрагментов облака образует звездное скопление.

Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего ок. 10 км.

У нейтронных звезд очень сильное магнитное поле, достигающее на поверхности 1012–1013 Гс (для сравнения: у Земли ок. 1 Гс). С нейтронными звездами связывают небесные объекты двух разных типов.)

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/см3. У нейтронной звезды масса тоже близка к солнечной, но ее диаметр всего ок. 30 км и плотность ок. 200 млн. т/см3. 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.

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, 1012 частиц, которые ускоряются как единая частица. Это помогает понять и резкие границы импульсов, каждый из которых, вероятно, связан с отдельным пучком частиц.

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.

Рентгеновские пульсары — это тесные двойные системы, в которых одна из звезд является нейтронной, а другая — яркой звездой-гигантом. Известно около двух десятков этих объектов. Первые два рентгеновских пульсара — в созвездии Геркулеса и в созвездий Центавра — открыты в 1972 г. (за три года до обнаружения барстеров) с помощью американского исследовательского спутница “Ухуру”). Пульсар в Геркулесе посылает импульсы с периодом 1,24 с. Это период вращения нейтронной звезды. В системе имеется еще один период — нейтронная звезда и ее компаньон совершают обращение вокруг их общего центра тяжести с периодом 1,7 дня. Орбитальный период был определен в этом случае благодаря тому (случайному) обстоятельству, что “обычная” звезда при своем орбитальном движении регулярно оказывается на луче зрения, соединяющем нас и нейтронную звезду, и потому она заслоняет на время рентгеновский источник. Это возможно, очевидно, тогда, когда плоскость звездных орбит составляет лишь небольшой угол с лучом зрения. Рентгеновское излучение прекращается приблизительно на 6 часов, потом снова появляется, и так каждые 1,7 дня.(Наблюдение рентгеновских затмений для барстеров до последнего времени не удавалось. И это было странно: если орбиты двойных систем ориентированы в пространстве хаотически, то нужно ожидать, что из более чем трех десятков барстеров, по крайней мере, несколько имеют плоскости орбитального движения, приблизительно параллельные лучу зрения (как у пульсара в Геркулесе), чтобы обычная звезда могла периодически закрывать от нас нейтронную звезду. Только в 1982 г., т. е. через 7 лет после открытия барстеров, один пример затменного барстера был, наконец, обнаружен.) Длительные наблюдения позволили установить еще один -третий - период рентгеновского пульсара в Геркулесе: этот период составляет 35 дней, из которых II дней источник светит, а 24 дня нет. Причина этого явления остается пока неизвестной. Пульсар в созвездии Центавра имеет период пульсаций 4,8 с . Период орбитального движения составляет 2,087 дня—он тоже найден по рентгеновским затмениям. Долгопериодических изменений, подобных 35-дневному периоду пульсара в созвездии Геркулеса у этого пульсара не находят. Компаньоном нейтронной звезды в двойной системе этого пульсара является яркая видимая звезда-гигант с массой 10-20 Солнц. В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновских пульсарах является яркая голубая звезда-гигант. Этим они отличаются от барстеров, которые содержат слабые звезды-карлики. Но, как и в барстерах, в этих системах возможно перетекание вещества от обычной звезды к нейтронной звезде, и их излучение тоже возникает благодаря нагреву поверхности нейтронной звезды потоком аккрецируемого вещества. Это тот же физический механизм излучения, что и в случае фонового (не вспышечного) излучения барстера. У некоторых из рентгеновских пульсаров вещество перетекает к нейтронной звезде в виде струи (как в барстерах). В большинстве же случаев звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра - исходящего от ее поверхности во все стороны потока плазмы, ионизированного газа. (Явление такого рода наблюдается и у Солнца, хотя солнечный ветер и слабее - Солнце не гигант, а карлик.) Часть плазмы звездного ветра попадает в окрестности нейтронной звезды, в зону преобладания ее тяготения, где и захватывается ею.

Вслед за ним в очень короткое время было открыто несколько десятков пульсаров, и периоды некоторых из них были еще короче.

Краткий рассказ о пульсарах

Авиация, Астрономия, Космонавтика

Другие доклады по предмету

Летом 1967 г. в Кембриджском университете (Англия) вошел в строй новый радиотелескоп, специально построенный Э. Хьюишем и его сотрудниками для одной наблюдательной задачи - изучения мерцаний космических радиоисточников. Новый радиотелескоп позволял производить наблюдения больших участков неба, а аппаратура для обработки сигналов была способна регистрировать уровень радио-потока через каждые несколько десятых долей секунды. Эти две особенности их инструмента и позволили кембриджским радиоастрономам открыть нечто совершенно новое - пульсары. Открытие пульсаров отмечено Нобелевской премией по физике в 1978 г.

Интерпретация: нейтронные звезды

Рентгеновские пульсары

Рентгеновские пульсары это тесные двойные системы, в которых одна из звезд является нейтронной, а другая яркой звездой-гигантом. Известно около двух десятков этих объектов. Первые два рентгеновских пульсара в созвездии Геркулеса и в созвездий Центавра. Пульсар в Геркулесе посылает импульсы с периодом 1,24 с. Это период вращения нейтронной звезды. Между прочим, наблюдение рентгеновских затмений для барстеров до последнего времени не удавалось. Пульсар в созвездии Центавра имеет период пульсаций 4,8 с. В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновских пульсарах является яркая голубая звезда-гигант. Этим они отличаются от барстеров, которые содержат слабые звезды-карлики. Есть все основания полагать, что нейтронные звезды рентгеновских пульсаров обладают очень сильным магнитным полем, достигающим значений магнитной индукции B 108 109 Тл, что в 1011- 1012 раз больше среднего магнитного поля Солнца. Но такие поля естественно получаются в результате сильного сжатия при превращении обычной звезды в нейтронную.

По своей структуре, т. е. по геометрии силовых линий, магнитное поле пульсара похоже, как можно ожидать, на магнитное поле Земли или Солнца: у него имеются два полюса, из которых в разные стороны расходятся силовые линии. Такое поле называют дипольным.

От рентгеновских пульсаров никогда не наблюдали вспышек, подобных вспышкам барстеров. С другой стороны, от барстеров никогда не наблюдали регулярных пульсаций. Магнитное поле нейтронных звезд в барстерах заметно слабее, чем в пульсарах. Различие в магнитном поле связано, вероятно, с различием возраста барстеров и пульсаров. Следовательно, барстеры - это старые системы, в которых магнитное поле успело со временем в какой-то степени ослабнуть, а пульсары - это относительно молодые системы и потому магнитные поля в них сильнее.

Радиопульсары

Распределение радиопульсаров на небесной сфере позволяет заключить прежде всего, что эти источники принадлежат нашей Галактике: они очевидным образом концентрируются к ее плоскости служащей, экватором галактической координатной сетки. Если радиопульсары располагаются вблизи галактической плоскости, среди самых молодых звезд Галактики, то разумно полагать, что и сами они являются молодыми. Строгая периодичность следования импульсов, расположение в плоскости Галактики и молодость - все это сближает радиопульсары с рентгеновскими пульсарами. Но во многих других отношениях они резко отличаются друг от друга. Дело не только в том, что одни испускают радиоволны, а другие рентгеновские лучи. Важнее всего то, что радиопульсары - это одиночные, а не двойные звезды. Физика радиопульсаров должна быть совсем иной, чем у барстеров или рентгеновских пульсаров. Принципиально иным должен быть источник их энергии. Излучение пульсара Крабовидной туманности регистрируется во всех диапазонах электромагнитных волн - от радиоволн до гамма-лучей. Больше всего энергии он испускает именно в области гамма-лучей:

E 10-11 Вт / м2

Но большинство радиопульсаров регистрируются благодаря излучению в радиодиапазоне. Расстояние до Крабовидной туманности: d = 6*1019 м, следовательно, можно найти светимость пульсара:

Источник энергии

Периодичность импульсов радиопульсара выдерживается с удивительной точностью. Это самые точные часы в природе. Характерное время изменения периода составляет для большинства пульсаров приблизительно миллион лет.

Вращение замедляется со временем, следовательно, тратится энергия вращения. Кинетическую энергию вращения звезды можно получить по формуле:

где М масса звезды, V характерная скорость вращения. При типичном периоде 1 с и радиусе нейтронной звезды 10000 м:

E = 3*1039 Дж.

Таков запас энергии вращения. Кинетическая энергия вращения нейтронной звезды достаточно велика и она способна служить резервуаром, из которого излучение черпает свою энергию.

Магнитно-дипольное излучение

Нейтронная звезда может обладать очень значительным магнитным полем. Скорее всего, поле имеет дипольный характер, а его ось наклонена к оси вращения нейтронной звезды, как и у рентгеновского пульсара. Магнитно-дипольное излучение давно изучено в электродинамике. Итак, вращающаяся нейтронная звезда с наклонным магнитным полем способна излучать электромагнитные волны. При этом энергия ее вращения преобразуется в энергию излучения.

Магнитосфера

Магнитосфера вращающееся облако заряженных частиц, окружающее нейтронную звезду. Возможность и даже необходимость существования такого облака доказали американские астрофизики-теоретики П. Голдрайх и В. Джулиан. Рождение и ускорение частиц, образующих магнитосферу, требует значительной энергии, которая черпается из кинетической энергии вращения нейтронной звезды. Теоретический анализ, проделанный П. Голдрайхом и В. Джулианом, показывает, что на это тратится приблизительно столько же энергии, сколько и на магнитно-дипольное излучение.

Основная доля энергии вращения, теряемой нейтронной звездой, преобразуется не в наблюдаемое излучение пульсара, а в энергию частиц, ускоряемых в магнитосфере нейтронной звезды. Радиопульсары являются, таким образом, мощным источником частиц высоких энергий. С течением времени пульсар теряет свою энергию вращения и магнитную энергию, так что постепенно и частота вращения, и магнитное поле нейтронной звезды убывают. Радиопульсары - это одиночные нейтронные звезды, а не члены тесных двойных систем. И тем не менее свечение, хотя и довольно слабое, все же может возникать:

L = 1024 Вт

Пульсары и космические лучи

E = 1020 эВ 10 Дж

Средняя концентрация частиц космических лучей в межзвездном пространстве нашей Галактики оценивается величиной:

n 10-4 м3

Средняя энергия частицы:

E 10-9 Дж 1010 эВ

Плотность энергии космических лучей, т. е. энергия частиц в единице объема:

E 10-13 Дж / м3

Основной же вопрос физики космических лучей с самого начала ее развития природа их высокой энергии. Он до сих пор еще не решен. Открытие пульсаров, анализ их электродинамики, данные о частицах высокой энергии в Крабовидной туманности все это указывает на пульсары как на эффективный источник космических лучей.

Величественное, прекрасное, загадочное, вечное… Оно пугает, завораживает, манит… Все это о нем – о звездном небе. Звездное небо всегда заставляло человечество задумываться над вечными философскими вопросами. Во все времена о нем создавали легенды. Со времен античности и по сей день оно, как и каждое событие, проявляющееся в нем, привлекает к себе повышенное внимание не только профессиональных ученых и любителей астрономии, но и вообще всех людей, для которых астрономия – одна из множества наук. Именно накопленный веками опыт, истоки которого лежат в простом человеческом любопытстве, позволяет нам сейчас с уверенностью говорить если не обо всех, то, по крайней мере, о многих объектах, процессах, событиях, происходящих в бескрайних просторах Вселенной.

Содержание

Введение. 3
1. Краткая характеристика объектов Вселенной. 5
1.1.Звезды. 5
1.2.Галактики. 7
2. Удивительные объекты Вселенной – квазары. 9
2.1. Открытие квазаров. 9
2.2. Гипотезы природы квазаров. 12
3.Удивительные объекты Вселенной — пульсары. 16
3.1 Открытие пульсаров. 16
3.2. Строение пульсаров. 18
3.3. Механизм действия пульсаров. 19
Заключение. 21
Список литературы. 23

Работа содержит 1 файл

Квазары и пульсары.docx

1. Краткая характеристика объектов Вселенной. 5

2. Удивительные объекты Вселенной – квазары. 9

2.1. Открытие квазаров. 9

2.2. Гипотезы природы квазаров. 12

3.Удивительные объекты Вселенной — пульсары. 16

3.1 Открытие пульсаров. 16

3.2. Строение пульсаров. 18

3.3. Механизм действия пульсаров. 19

Список литературы. 23

Но даже в такие переломные моменты астрономы всегда испытывали чувство глубокого уважения к трудам предшественников и рассматривали их вклад как серьезный и важный этап в общем движении к истине.

Без преувеличения можно сказать, что мы первое поколение людей, которое знает, каково расстояние до самых отдаленных объектов видимой Вселенной, и какой они имеют возраст, но это совсем не означает, что будущим поколениям останется только уточнять имеющиеся не сегодняшний день знания о мегамире. Отнюдь. По мере увеличения количества наших знаний растет и число проблем, требующих решения, найти которое и предстоит нашим потомкам.

Астрономия и в наши дни продолжает основываться на наблюдениях, однако современные астрономы уже почти не смотрят в телескопы – их заменяют другие приемники излучения, информация от которых передается прямо в компьютер, что позволяет делать все новые и новые открытия объектов и явлений, нередко невидимых человеческим глазом. Однако современные достижения, очевидно, далеко не предел, но даже имеющиеся на сегодняшний день знания – это колоссальный опыт, который нельзя недооценивать, поскольку именно он лежит в основе всех будущих открытий и, возможно, революционных потрясений в области астрономии.

Итак, приоткроем завесу тайны и попробуем хотя бы немного разобраться в этом удивительном мире Вселенной.

Так что же такое звезда с научной точки зрения?

Звезда – небесное тело, по своей природе похожа на Солнце, является массивным, самосветящимся плазменным шаром. Звезды образуются из газово-пылевой среды (в основном из водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. В них заключена основная масса светящегося вещества в природе.

Звезды, как любое живое существо, рождаются, живут и умирают. Астрономы не в состоянии проследить жизнь хотя бы одной из них от начала до конца. Даже самые короткоживущие звезды существуют миллионы лет – дольше жизни не только одного человека, но и всего человечества. Зато они могут наблюдать за звездами, находящимися на разных стадиях развития – только что родившимися и умирающими.

Звезда начинает свою жизнь как разреженное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения. При сжатии температура газа возрастает. Когда она достигает в ядре нескольких миллионов градусов, начинаются термоядерные реакции и сжатие за счет них прекращается. В этот момент силы гравитационного сжатия уравновешиваются силами, возникающими благодаря термоядерным реакциям. В таком состоянии звезда пребывает большую часть своей жизни, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра.

В нашей Галактике – Млечном пути – более 100 миллиардов звёзд. На фотографиях неба, полученных крупными телескопами, видно огромное количество звёзд. Их так много, что им не только не дают имён, но и не пытаются сосчитать. Но самые яркие звезды имеют свои имена.

Астрономы давно замечали далекие туманные объекты - эти туманности были замечены еще в XVII веке. О знаменитой туманности Андромеды – ближайшей к нам галактике – впервые упомянул современник Галилео Галилея Симон Мариус в 1612 году. Французский астроном Шарль Месье, известный своими открытиями комет, чтобы наблюдатели не путали кометы с туманностями, составил первый список туманностей, содержавший около ста объектов. Но лишь в 20-х годах нашего века удалось установить, что некоторые туманности – это гигантские звездные системы, находящиеся далеко за пределами нашей галактики – Млечного Пути 3 .

Спиральные галактики были открыты первыми. По внешнему виду они напоминают чечевицу или двояковыпуклую линзу. Это сильно сплюснутые системы гораздо большей яркости, чем широко распространенные карликовые эллиптические галактики. Основное различие между обычными спиральными галактиками и спиралями с перемычкой заключается в форме ядра этих систем. Обычные, или нормальные, спирали имеют ядро приблизительно сферической формы, но уряда спиральных галактик в области вытянутого ядра наблюдается перемычка.

Линзовидные галактики так же, как и спиральные, сильно сплюснуты и напоминают чечевицу, но у них нет спиральной структуры.

Большинство галактик образуют большие и малые скопления. Малые насчитывают десятки членов, большие – тысячи. Большое скопление в Волосах Вероники содержит примерно десять тысяч галактик, главным образом эллиптических. Размер этого огромного скопления около четырех мегапарсек. Скопления галактик, в свою очередь, входят в состав еще более крупных структурных образований, которые называются сверхскоплениями. Эти самые крупные структурные ячейки Вселенной имеют размеры до сотни мегапарсек и массы, превышающие 1015 масс Солнца.

Именно галактики являются ключевым элементом в структуре наблюдаемой Вселенной, а проблемы образования галактик и структурирования мира – один из основных вопросов в современной космологии.

История открытия квазаров также заслуживает большого внимания. В первые годы развития положения обнаруженных источников на небе не были известны недостаточно точно. Иногда источник радиоизлучения совпадал с каким – нибудь необычным оптическим объектом, в частности с Крабовидной туманностью. Но даже в большинстве случаев на месте даже ярких радиоисточников ничего примечательного на фотографиях не было. Нужны были точные координаты радиоисточников, чтобы провести более тщательные оптические отождествления.

Астрономы предложили оригинальный способ определения координат некоторых радиоисточников. Иногда Луна, двигаясь по небу, проходит перед радиоисточником и закрывает его. Поскольку положение Луны в любой момент известно с большой точностью, необходимо лишь зафиксировать время, когда источник исчезает за лунным диском и когда он появляется вновь.

Пульсары представляют собою сферические компактные объекты, размеры которых не выходят за границу большого города. Удивительно то, что при таком объеме они по массивности превосходят солнечную. Их используют для исследования экстремальных состояний материи, обнаружения планет за пределами нашей системы и измерения космических дистанций. Кроме того, они помогли найти гравитационные волны, указывающие на энергетические события, вроде столкновений сверхмассивных черных дыр. Впервые обнаружены в 1967 году.

Что такое пульсар?

В центре галактики М82 можно увидеть пульсар (розовый)

Если высматривать на небе пульсар, то кажется обычной мерцающей звездой, следующей по определенному ритму. На самом деле, их свет не мерцает и не пульсирует, и они не выступают звездами.

Пульсар вырабатывает два стойких узких световых луча в противоположных направлениях. Эффект мерцания создается из-за того, что они вращаются (принцип маяка). В этот момент луч попадает на Землю, а затем снова поворачивается. Почему это происходит? Дело в том, что световой луч пульсара обычно не совмещается с его осью вращения.

Если мигание создается вращением, то скорость импульсов отображает ту, с которой вращается пульсар. Всего было найдено 2000 пульсаров, большая часть их которых делает один оборот в секунду. Но есть примерно 200 объектов, умудряющихся за то же время совершать по сотне оборотов. Наиболее быстрые называют миллисекундными, потому что их количество оборотов за секунду приравнивается к 700.

Число найденных пульсаров

Диаметр пульсаров во Вселенной достигает 20-24 км, а по массе вдвое больше солнечной. Чтобы вы понимали, кусочек такого объекта размером с сахарный куб будет весить 1 миллиард тонн. То есть, у вас в руке помещается нечто весом с Эверест! Правда есть еще более плотный объект – черная дыра. Наиболее массивная достигает 2.04 солнечной массы.

Пульсары обладают сильным магнитным полем, которое от 100 миллионов до 1 квадриллиона раз сильнее земного. Чтобы нейтронная звезда начала излучать свет подобный пульсару, она должна обладать правильным соотношением напряженности магнитного поля и частоты вращения. Случается так, что луч радиоволн может не пройти через поле зрения наземного телескопа и остаться невидимым.

Почему пульсары вращаются?

Медлительность для пульсара – одно вращение в секунду. Наиболее быстрые разгоняются до сотен оборотов в секунду и называются миллисекундными. Процесс вращения происходит, потому что звезды, из которых они образовались, также вращались. Но, чтобы добраться до такой скорости, нужен дополнительный источник.

Исследователи полагают, что миллисекундные пульсары сформировались при помощи воровства энергии у соседа. Можно заметить наличие чужого вещества, которое увеличивает скорость вращения. И это не очень хорошо для пострадавшего компаньона, который однажды может полностью поглотиться пульсаром. Такие системы называют черными вдовами (в честь опасного вида паука).

Художественная интерпретация связи между пульсаром и его спутником

Пульсары способны излучать свет в нескольких длинах волн (от радио до гамма-лучей). Но как они это делают? Ученые пока не могут найти точного ответа. Полагают, что за каждую длину волн отвечает отдельный механизм. Маякоподобные лучи состоят из радиоволн. Они отличаются яркостью и узостью и напоминают когерентный свет, где частицы формируют сфокусированный луч.

Чем быстрее вращение, тем слабее магнитное поле. Но скорости вращения достаточно, чтобы они излучали такие же яркие лучи, как и медленные.

Здесь отображены линии магнитного поля, вращающиеся вокруг пульсара. Фиолетовое свечение – гамма-лучи

Во время вращения, магнитное поле создает электрическое, которое способно привести заряженные частицы в подвижное состояние (электрический ток). Участок над поверхностью, где доминирует магнитное поле, называют магнитосферой. Здесь заряженные частицы ускоряются до невероятно высоких скоростей из-за сильного электрического поля. При каждом ускорении они излучают свет. Он отображается в оптическом и рентгеновском диапазоне.

А что с гамма-лучами? Исследования говорят о том, что их источник нужно искать в другом месте возле пульсара. И они будут напоминать веер.

Поиск пульсаров

Главным методом для поиска пульсаров в космосе остаются радиотелескопы. Они небольшие и слабые по сравнению с другими объектами, поэтому приходится сканировать все небо и постепенно в объектив попадают эти объекты. Большая часть была найдена при помощи Обсерватории Паркса в Австралии. Много новых данных можно будет получить с Антенной решетки в квадрантный километр (SKA), стартующий в 2018 году.

В 2008 году запустили телескоп GLAST, который нашел 2050 гамма-излучающих пульсаров, среди которых 93 были миллисекундными. Этот телескоп невероятно полезен, так как сканирует все небо, в то время как другие выделяют лишь небольшие участки вдоль плоскости Млечного Пути.

Небесная карта, отображающая гамма-пульсары, найденные телескопом GLAST

Поиск различных длин волн может сталкиваться с проблемами. Дело в том, что радиоволны невероятно мощные, но могут просто не попадать в объектив телескопа. А вот гамма-излучения распространяются по больше части неба, но уступают по яркости.

Сейчас ученые знают о существовании 2300 пульсаров, найденных по радиоволнам и 160 через гамма-лучи. Есть также 240 миллисекундных пульсаров, из которых 60 производят гамма-излучение.

Использование пульсаров

Пульсары приносят много пользы благодаря точности импульсов. Ученые знают конкретные объекты и воспринимают их как космические часы. Именно так начали появляться догадки о наличии других планет. Фактически, первая найденная экзопланета вращалась вокруг пульсара.

Снимок пульсара PSR B0531+21, сделанный рентгеновской обсерваторией Чандра. В центре вы видите белый пульсар и струи выбрасывающегося материала

Кладбища пульсаров

Постепенно все пульсары замедляются. Излучение питается от магнитного поля, создаваемого вращением. В итоге, он также теряет свою мощность и прекращает посылать лучи. Ученые вывели специальную черту, где еще можно обнаружить гамма-лучи перед радиоволнами. Как только пульсар опускается ниже, его списывают в кладбище пульсаров.

Если пульсар сформировался из остатков сверхновой, то обладает огромным энергетическим запасом и быстрой скоростью вращения. Среди примеров можно вспомнить молодой объект PSR B0531+21. В такой фазе он может пробыть несколько сотен тысяч лет, после чего начнет терять скорость. Пульсары среднего возраста составляют большую часть населения и производят только радиоволны.

Однако, пульсар может продлить себе жизнь, если рядом есть спутник. Тогда он будет вытягивать его материал и увеличивать скорость вращения. Такие изменения могут произойти в любое время, поэтому пульсар способен возрождаться. Подобный контакт называют маломассивной рентгеновской двойной системой. Наиболее старые пульсары – миллисекундные. Некоторые достигают возраста в миллиарды лет.

Нейтронные звезды

Нейтронные звезды – довольно загадочные объекты, превышающие солнечную массу в 1.4 раза. Они рождаются после взрыва более крупных звезд. Давайте узнаем эти формирования поближе.

Когда взрывается звезда, массивнее Солнца в 4-8 раз, остается ядро с большой плотностью, продолжающее разрушаться. Гравитация так сильно давит на материал, что заставляет протоны и электроны сливаться, чтобы предстать в виде нейтронов. Так и рождается нейтронная звезда высокой плотности.

Нейтронные звезды появляются после смерти гигантов в виде сверхновых

Эти массивные объекты способны достигать в диаметре всего 20 км. Чтобы вы осознали плотность, всего одна ложечка материала нейтронной звезды будет весить миллиард тонн. Гравитация на таком объекте в 2 миллиарда раз сильнее земной, а мощности хватает для гравитационного линзирования, позволяющего ученым рассмотреть заднюю часть звезды.

Внутреннее строение пульсара

Толчок от взрыва оставляет импульс, который заставляет нейтронную звезду вращаться, достигая нескольких оборотов в секунду. Хотя они могут разгоняться до 43000 раз в минуту.

К 2010 году было найдено 1800 пульсаров при помощи радиообнаружения и 70 через гамма-лучи. У некоторых экземпляров даже замечали планеты.

Типы нейтронных звезд

У некоторых представителей нейтронных звезд струи материала текут практически со скоростью света. Когда они пролетают мимо нас, то вспыхивают как свет маяка. Из-за этого их прозвали пульсарами.

Когда рентгеновские пульсары отбирают материал у более массивных соседей, то он контактирует с магнитным полем и создает мощные лучи, наблюдаемые в радио, рентгеновском, гамма и оптическом спектре. Так как источник располагается в компаньоне, то их именуют пульсарами с аккрецией.

Строение магнитного поля нейтронной звезды

Вращающиеся пульсары в небе подчиняются вращению звезд, потому что высокоэнергетические электроны взаимодействуют с магнитным полем пульсара над полюсами. Так как вещество внутри магнитосферы пульсара ускоряется, это заставляет его вырабатывать гамма-лучи. Отдача энергии замедляет вращение.

Магнитные поля магнетар в 1000 раз сильнее, чем у нейтронных звезд. Из-за чего заставляют вращаться звезду намного дольше.

Читайте также: