Планеты солнечной системы, затейливый арт
астрономия магнетар песочница
Магнетар – это тип нейтронной звезды, обладающей очень мощным магнитным полем, часто достигающим 10 гигатесла – в квадриллионы раз мощнее, чем магнитное поле, окружающее Землю, и в миллионы раз мощнее, чем поле любого искусственного магнита, когда-либо созданного человечеством. Даже на расстоянии в 1000 километров от магнетара сила магнитного поля этого объекта настолько велика, что оно способно разорвать на части человеческие ткани. При распаде магнитное поле испускает высокоэнергетическое рентгеновское и гамма-излучение.
Первые зарегистрированные лучи, предположительно, идущие от магнетаров, наблюдались в 1979 г. Основная теория функционирования магнетара была предложена в 1979 г. Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном, чтобы объяснить наблюдаемые явления.
Согласно этой теории, при взрыве сверхновой звезда, коллапсирущая в нейтронную звезду, которая и так обладает мощным магнитным полем, может дополнительно усилить его, превращая механическую энергию, полученную при сжатии, в электромагнитную энергию. Этот механизм получил название «динамо», отсылающее к хорошо известным электрическим генераторам.
Оценки указывают на то, что примерно одна из десяти сверхновых может стать магнетаром.
Рождение магнетара
Нормальные нейтронные звёзды образуются, когда массивная звезда израсходует запасы своего водородного топлива, и становится неспособной более поддерживать горение своего ядра. В результате целого ряда событий звезда взрывается ослепительной вспышкой сверхновой, после которой остаётся лишь нейтральное ядро.
Во время этого процесса магнитное поле звезды усиливается в соответствии с физическим принципом, известным как условие сохранения потока. По сути, сжатие звезды в более компактную форму заставляет силу магнитного поля возрастать, с тем, чтобы на больших расстояниях от звезды поле оставалось неизменным.
В случае магнетаров, однако, условия сжатия в некоторой степени отличаются. И уникальная комбинация вращательного движения, температуры и силы магнитного поля превращает часть тепла и вращательной энергии звёзд в дополнительную энергию поля.
Ближайшее к Земле звёздное сверхскопление Вестерланд 1, находящееся на расстоянии примерно в 16000 световых лет от нас, содержит некоторые из наиболее массивных звёзд главной последовательности во Вселенной. Радиусы некоторых из этих гигантов сравнимы с орбитой Сатурна, а некоторые сравнимы по светимости с миллионами Солнц.
В центре этого сверхскопления был обнаружен гигантский магнетар – в то время как обычно нейтронные звёзды (а следовательно, и магнетары) образуются из звёзд с начальными массами в 10-25 масс Солнца, начальная масса этого объекта составляла около 40 солнечных масс.
Пока учёным неясно точно, почему эта звезда не сжалась до чёрной дыры – выдвигалось предположение, что наличие компаньона у звезды могло объяснить некоторую потерю массы, но этот компаньон не был обнаружен. Возможно, звезда-компаньон была уничтожена при взаимодействии со звездой, ставшей впоследствии магнетаром. В любом из случаев, решение этого вопроса пока не представляется очевидным.
Первые зарегистрированные лучи, предположительно, идущие от магнетаров, наблюдались в 1979 г. Основная теория функционирования магнетара была предложена в 1979 г. Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном, чтобы объяснить наблюдаемые явления.
Согласно этой теории, при взрыве сверхновой звезда, коллапсирущая в нейтронную звезду, которая и так обладает мощным магнитным полем, может дополнительно усилить его, превращая механическую энергию, полученную при сжатии, в электромагнитную энергию. Этот механизм получил название «динамо», отсылающее к хорошо известным электрическим генераторам.
Оценки указывают на то, что примерно одна из десяти сверхновых может стать магнетаром.
Рождение магнетара
Нормальные нейтронные звёзды образуются, когда массивная звезда израсходует запасы своего водородного топлива, и становится неспособной более поддерживать горение своего ядра. В результате целого ряда событий звезда взрывается ослепительной вспышкой сверхновой, после которой остаётся лишь нейтральное ядро.
Во время этого процесса магнитное поле звезды усиливается в соответствии с физическим принципом, известным как условие сохранения потока. По сути, сжатие звезды в более компактную форму заставляет силу магнитного поля возрастать, с тем, чтобы на больших расстояниях от звезды поле оставалось неизменным.
В случае магнетаров, однако, условия сжатия в некоторой степени отличаются. И уникальная комбинация вращательного движения, температуры и силы магнитного поля превращает часть тепла и вращательной энергии звёзд в дополнительную энергию поля.
Ближайшее к Земле звёздное сверхскопление Вестерланд 1, находящееся на расстоянии примерно в 16000 световых лет от нас, содержит некоторые из наиболее массивных звёзд главной последовательности во Вселенной. Радиусы некоторых из этих гигантов сравнимы с орбитой Сатурна, а некоторые сравнимы по светимости с миллионами Солнц.
В центре этого сверхскопления был обнаружен гигантский магнетар – в то время как обычно нейтронные звёзды (а следовательно, и магнетары) образуются из звёзд с начальными массами в 10-25 масс Солнца, начальная масса этого объекта составляла около 40 солнечных масс.
Пока учёным неясно точно, почему эта звезда не сжалась до чёрной дыры – выдвигалось предположение, что наличие компаньона у звезды могло объяснить некоторую потерю массы, но этот компаньон не был обнаружен. Возможно, звезда-компаньон была уничтожена при взаимодействии со звездой, ставшей впоследствии магнетаром. В любом из случаев, решение этого вопроса пока не представляется очевидным.
астрономия песочница
Во Вселенной существует не малое количество объектов, заслуживающих к себе внимания своим необычным поведением. Дело в том, что в середине XX века с развитием лабораторной техники в космосе стали обнаруживаться объекты посылающие в пространство периодические импульсы в оптическом, радиоволновом и рентгеновском спектрах. Это были пульсары.
Пульсары были открыты в июне 1967 г. Джоселин Белл, аспирантом Э.Хьюиша. За этот выдающийся результат Хьюиш получил в 1974 году нобелевскую премию. Результаты наблюдений были засекречены на полгода. Это было связано с предположением искусственности строго периодических импульсов радиоизлучения. Пульсар, представляет собой нейтронную звезду. Она испускает узконаправленные потоки злучения. В результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени — так образуются импульсы пульсара.
Каким же образом пульсары излучают электромагнитные волны? При сжатии звезды увеличивается не только её плотность. При коллапсе огромной массивной звезды до размеров порядка нескольких десятков километров период вращения уменьшается до сотых и даже тысячных долей секунды, т. е. до характерных периодов переменности пульсаров. Помимо этого сильно уплотняется и магнитное поле звезды.
На поверхности нейтронной звезды, где давление не столь велико как в центре, нейтроны могут опять распадаться на протоны и электроны. Сильное магнитное поле разгоняет электроны до скоростей, близких к скорости света, и выбрасывает их в околозвёздное пространство. Заряженные частицы движутся только вдоль магнитных силовых линий, поэтому электроны покидают звезду именно от её магнитных полюсов, где силовые линии выходят наружу. Перемещаясь вдоль силовых линий, электроны испускают излучение в направлении своего движения. Это излучение представляет собой два узких пучка электромагнитных волн.
Во внешнем слое нейтронной звезды происходят и другие необычные явления. Там, где плотность вещества ещё недостаточно велика для разрушения ядер, они могут образовывать кристаллическую структуру. И звезда покрывается жёсткой коркой, подобной земной коре, но только в невообразимое число раз плотнее. При замедлении вращения пульсара в этой твердой корке создаются напряжения. После того, как они достигнут определенной величины, корка начинает раскалываться. Это явление называется звездотрясением по аналогии с земными тектоническими процессами. Возможно, такими звездотрясениями объясняются скачкообразные изменения периодов некоторых пульсаров.
Пульсары и квазары
Несколько похоже проявляют себя "новые" звезды - звёзды, светимость которых внезапно увеличивается в несколько тысяч раз. Все новые звёзды являются тесными двойными системами, состоящими из белого карлика и звезды-компаньона. В таких системах происходит перетекание вещества внешних слоев звезды-компаньона на белый карлик, перетекающее вещество образует вокруг белого карлика аккреционный диск, скорость аккреции на белый карлик постоянна и определяется параметрами звезды-компаньона и отношением масс звёзд - компонентов двойной системы. Газ, попадающий на белый карлик на 90% состоит из водорода. По мере накопления газа он начинает нагреваться и в какой-то момент в этом газе начинают идти термоядерные реакции. Из-за особенностей взаимодействия двух звезд скорость термоядерной реакции быстро увеличивается, а с ней растет и температура. В результате этого формируется ударная волны выбрасывающая остатки водорода в космос.
Вскоре после вспышки начинается новый цикл аккреции на белый карлик и накопления водородного слоя и, через некоторое время, определяемое темпами аккреции и свойствами белого карлика, вспышка повторяется. Интервал между вспышками составляет от десятков до тысяч лет.
Несмотря на все паразительность пульсаров и новых звезд, пожалуй, самими загадочными из подобных являются квазары. Квазары это класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от — звёзд.
Впервые квазары обнаружили в 1960 году как мощные радиоисточники. Очень сложно определить точное число обнаруженных на сегодняшний день квазаров. Это объясняется, с одной стороны, постоянным открытием новых квазаров, а с другой — некоторой размытостью границы между квазарами и некоторыми типами активных Галактик. В 2005 году группа астрономов использовала в своём исследовании данные о 195 000 квазаров.
Ближайший и наиболее яркий квазар находится на расстоянии около 2 млрд световых лет, а самые далёкие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость нормальных Галактик, видны на расстоянии более 10 млрд световых лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.
Внятного ответа на вопрос, что же такое квазары пока нет. Разумеется, существует множество теорий, но на сегодняшний день нет ни одной состоятельной из них.
Пульсары были открыты в июне 1967 г. Джоселин Белл, аспирантом Э.Хьюиша. За этот выдающийся результат Хьюиш получил в 1974 году нобелевскую премию. Результаты наблюдений были засекречены на полгода. Это было связано с предположением искусственности строго периодических импульсов радиоизлучения. Пульсар, представляет собой нейтронную звезду. Она испускает узконаправленные потоки злучения. В результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени — так образуются импульсы пульсара.
Каким же образом пульсары излучают электромагнитные волны? При сжатии звезды увеличивается не только её плотность. При коллапсе огромной массивной звезды до размеров порядка нескольких десятков километров период вращения уменьшается до сотых и даже тысячных долей секунды, т. е. до характерных периодов переменности пульсаров. Помимо этого сильно уплотняется и магнитное поле звезды.
На поверхности нейтронной звезды, где давление не столь велико как в центре, нейтроны могут опять распадаться на протоны и электроны. Сильное магнитное поле разгоняет электроны до скоростей, близких к скорости света, и выбрасывает их в околозвёздное пространство. Заряженные частицы движутся только вдоль магнитных силовых линий, поэтому электроны покидают звезду именно от её магнитных полюсов, где силовые линии выходят наружу. Перемещаясь вдоль силовых линий, электроны испускают излучение в направлении своего движения. Это излучение представляет собой два узких пучка электромагнитных волн.
Во внешнем слое нейтронной звезды происходят и другие необычные явления. Там, где плотность вещества ещё недостаточно велика для разрушения ядер, они могут образовывать кристаллическую структуру. И звезда покрывается жёсткой коркой, подобной земной коре, но только в невообразимое число раз плотнее. При замедлении вращения пульсара в этой твердой корке создаются напряжения. После того, как они достигнут определенной величины, корка начинает раскалываться. Это явление называется звездотрясением по аналогии с земными тектоническими процессами. Возможно, такими звездотрясениями объясняются скачкообразные изменения периодов некоторых пульсаров.
Пульсары и квазары
Несколько похоже проявляют себя "новые" звезды - звёзды, светимость которых внезапно увеличивается в несколько тысяч раз. Все новые звёзды являются тесными двойными системами, состоящими из белого карлика и звезды-компаньона. В таких системах происходит перетекание вещества внешних слоев звезды-компаньона на белый карлик, перетекающее вещество образует вокруг белого карлика аккреционный диск, скорость аккреции на белый карлик постоянна и определяется параметрами звезды-компаньона и отношением масс звёзд - компонентов двойной системы. Газ, попадающий на белый карлик на 90% состоит из водорода. По мере накопления газа он начинает нагреваться и в какой-то момент в этом газе начинают идти термоядерные реакции. Из-за особенностей взаимодействия двух звезд скорость термоядерной реакции быстро увеличивается, а с ней растет и температура. В результате этого формируется ударная волны выбрасывающая остатки водорода в космос.
Вскоре после вспышки начинается новый цикл аккреции на белый карлик и накопления водородного слоя и, через некоторое время, определяемое темпами аккреции и свойствами белого карлика, вспышка повторяется. Интервал между вспышками составляет от десятков до тысяч лет.
Несмотря на все паразительность пульсаров и новых звезд, пожалуй, самими загадочными из подобных являются квазары. Квазары это класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от — звёзд.
Впервые квазары обнаружили в 1960 году как мощные радиоисточники. Очень сложно определить точное число обнаруженных на сегодняшний день квазаров. Это объясняется, с одной стороны, постоянным открытием новых квазаров, а с другой — некоторой размытостью границы между квазарами и некоторыми типами активных Галактик. В 2005 году группа астрономов использовала в своём исследовании данные о 195 000 квазаров.
Ближайший и наиболее яркий квазар находится на расстоянии около 2 млрд световых лет, а самые далёкие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость нормальных Галактик, видны на расстоянии более 10 млрд световых лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.
Внятного ответа на вопрос, что же такое квазары пока нет. Разумеется, существует множество теорий, но на сегодняшний день нет ни одной состоятельной из них.
