Человека испокон веков манили звёзды. Современный учёные знают о небесных телах достаточно много – и об их типах, и о их строении. Но при этом астрофизики неуклонно выдвигают теории о существовании все новых разновидностей звезд, и зачастую их предположения подтверждаются. В нашем обзоре 10-ка самых невероятных звёзд, которые теоретически действительно могут существовать.
1. Кварковые звезды
Как известно, звезда в конце своей жизни может "схлопнуться" в черную дыру, в белого карлика или нейтронную звезду. Если звезда была достаточно плотной перед коллапсом в сверхновую, остаток звездной материи образует нейтронную звезду. Когда это происходит, звезда становится очень горячей и плотной, после чего пытается сколлапсироваться.
Этому, однако, мешают фермионы (в данном случае, нейтроны), которые подчиняются принципу Паули. Это означает, что нейтроны не могут быть сжаты до такого же квантового состояния и они отталкиваются от коллапсирующей материи, тем самым уравновешивая звездную материю в текущем состоянии. На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что нейтронная звезда так и будет пребывать в равновесии.
Но, с развитием квантовой теории, астрофизики предположили возможность существования нового типа звезды, который образуется в случае прекращения дегенеративного давления нейтронного ядра. Назвали ее кварковой звездой. При увеличении давления массы звезды, нейтроны будут распадаться на свои составляющие - кварки, которые в условиях сильного давлениея и огромного количества энергии будут в состоянии существовать в свободном состоянии. Названный "странной материей", этот суп из кварков будет невероятно плотным, гораздо плотнее обычной нейтронной звезды.
2. Электрослабые звезды
Казалось бы, кварковые звезды - последний этап жизни звезды перед ее смертью и превращении в черную дыру. Однако, физики недавно предположили существование еще одного теоретического типа звезды, которая может существовать между кварковой звездой и черной дырой. Так называемая электрослабая звезда теоретически смогла поддерживать состояние равновесия благодаря сложным взаимодействиям между слабой ядерной силой и электромагнитной силой, известной как электрослабая сила.
В электрослабой звезде энергия от массы звезды давила бы на ядро звезды из "странной материи". При увеличении энергетического воздействия электромагнитная и слабая ядерная энергии "смешивались" бы, становясь практически неразличимыми. При таком уровне энергии кварки в ядре начали бы растворяться в лептонах, таких как электроны и нейтрино. Фактически большая часть "странной" материи превратилась бы в нейтрино, а высвобождающаяся энергия препятствовала бы коллапсу звезды.
3. Объекты Торна-Житковой
В 1977 году Кип Торн и Анна Житкова опубликовали свою работу, в которой было подробное описание нового типа звезды, названной "Объект Торна-Житковой". Это гибридная звезда, которая образуется в результате столкновения между красным сверхгигантом и небольшой, плотной нейтронной звездой. Поскольку красный сверхгигант является чрезвычайно огромной звездой, нейтронной звезде понадобятся сотни лет, чтобы просто пробиться через ее внутреннюю атмосферу.
По мере погружения нейтронной звезды в красного сверхгиганта, орбитальный центр (так называемый барицентр) двух звезд будет двигаться в направлении центра сверхгиганта. В конце концов, две звезды сольются, в результате чего возникнет большая сверхновая и, в конечном итоге, черная дыра.
4. Замороженные звезды
Стандартная звезда сжигает водородное топливо, создает гелий и поддерживает свое существование энергией и давлением, которые создаются во время этого процесса. Тем не менее, водород не вечен, и в конце концов звезда начнет сжигать более тяжелые элементы. К сожалению, энергия, высвобождающаяся при сгорании этих тяжелых элементов, не настолько обильна, как при сгорании водорода, и звезда начинает охлаждаться. Когда звезда в конечном счете становится сверхновой и взрывается, то она буквально "засеивает" вселенную молекулами металла, которые затем играют существенную роль в формировании новых звезд и планет.
Поскольку Вселенная становится все старше, все больше и больше звезд взрываются, а соответственно и в пространстве становится все больше металла. В прошлом в звездах почти не было металла, но со временем это количество все растет. В будущем, при старении Вселенной, будут образовываться новые и необычные виды металлических звезд, в том числе и гипотетические замороженные звезды, которые смогут поддерживать ядерный синтез при нулю градусов по Цельсию.
5. Магнитосферические вечно коллапсирующие объекты
С черными дырами связано непонятных явлений и парадоксов. Теоретики предположили существование различных звездообразных объектов. К примеру, в 2003 году ученые предположили, что черные дыры на самом деле не являются сингулярностями (как считалось ранее), а они - экзотический тип звезд, которые были названы "магнитосферический вечно коллапсирующий объект". Подобный объект якобы должен разрешить парадокс, при котором материя коллапсирующей черной дыры в конце концов начинает двигаться быстрее скорости света.
Изначально магнитосферический вечно коллапсирующий объект образуется, как обычная черная дыра - под воздействием гравитации материя начинает "схлопываться" внутрь звезды. Но энергия, возникающая при столкновении частиц, создает субатомное внешнее давление, которое противостоит давлению, вызванному синтезом в ядре звезды. Это позволяет подобному объекту оставаться относительно стабильным. Он никогда не достигнет горизонта событий и никогда полностью не разрушится.
6. Звезды III населения
Как прогнозируют ученые, ближе к закату Вселенной появятся холодные металлические звезды. Однако, а как же обстоят дела с звездами на другом конце спектра? Эти звезды, состоящие из первичного газа, оставшегося от Большого Взрыва, были названы звездами III населения. Схема населения звезд была разработана Вальтером Бааде в 1940 году, а в ней было описано содержание металла в звезде. Чем выше число "населения", тем в звезде выше содержание металла. Долгое время разделяли только два вида звезд (логически названные звездами населения I и II).
Однако, современные астрофизики начали серьезно исследовать тип звезд, которые должны были существовать сразу после Большого Взрыва. В них не было тяжелых элементов, а состояли они полностью из водорода и гелия, с возможными вкраплениями лития. Звезды III населения были абсурдно яркими и гигантскими, больше, чем большинство нынешних звезд. В ядрах не только синтезировались обычные элементы, они также питались от реакции аннигиляции темной материи.
Существование подобных звезд было очень недолгим, всего около двух миллионов лет. В конце концов, эти звезды сожгли весь свой водород и гелий, начали синтезировать более тяжелые металлические элементы и взорвались, рассеяв их по всей вселенной.
7. Квазизвезды
Не стоит путать квазизвезды с квазарами (объектом, который выглядит, как звезда, но на самом деле не является ей). Квазизвезда - теоретический тип звезды, которые мог бы существовать только на заре Вселенной. Как и объекты Торна-Житковой, они были бы "каннибалами", но вместо того, чтобы скрывать еще одну звезду в центре, там была бы черная дыра. Квазизвезды должны были образовываться из массивных звезд III населения.
При коллапсе обычных звезд они становятся сверхновыми и оставляют после себя черную дыру. В квазизвезде плотный внешний слой ядерного материала должен был впитать энергию взрыва от коллапса, которая бы не вышла за пределы сверхновой. Таким образом, внешняя оболочка звезды осталась бы нетронутой, в то время как внутри ее образовалась бы черная дыра. Равновесие существования такой звезды поддерживалось бы противостоянием энергии, излучаемой из ядра черной дыры, и энергии гравитационного коллапса.
8. Преонные звезды
Философы на протяжении веков вели прения относительно того, что является наименьшим возможным делением материи. Обнаружив протоны, нейтроны и электроны, ученые посчитали, что они нашли базовую структуру Вселенной. Однако, с ходом развития науки, были найдены более мелкие частицы, что заставило пересмотреть всю концепцию нашей Вселенной.
Гипотетически, деление может продолжаться вечно, но некоторые теоретики считают, что так называемые преоны являются наименьшими частицами в природе. Теоретически преонные звезды были бы величиной от горошины до футбольного мяча. В столь крошечном объеме содержалась бы масса примерно равная Луне. Существование преонных звезд могло бы дать разгадку огромного содержания во Вселенной так называемой темной материи.
9. Звезды Планка
Один из самых интересных вопросов о черных дыр - как же они выглядят изнутри. Часто центр черной дыры описывается как сингулярность с бесконечной плотностью и без пространственного измерения, но что это означает на самом деле? Современные теоретики предположили, что в центре черных дыр находятся так называемые звезды Планка. Якобы звезда Планка - очень странное явление, которое поддерживается обычным ядерным синтезом. Она была названа так, поскольку должна иметь плотность энергии близкую к планковской плотности (т. е. - 5,15 х 10^96 килограммов на кубический метр).
10. Пушистый клубок
Физики любят придумывать забавные названия для сложных концепций. "Пушистый клубок" - симпатичное название для смертельной области космоса, которая моментально убивает все рядом. Теория пушистого клубка - по сути попытка описать черную дыру, используя теорию струн. По существу, пушистый клубок не настоящая звезда в обычном понимании, это не шар плазмы, поддерживаемый термоядерным синтезом. Скорее, это область запутанных струн энергии, поддерживаемых их собственной внутренней энергией. Подобный объект попросту испарял бы любое вещество, приближающееся к нему.
Тем, кого интересует непознанное, интересно будет узнать и про .
Звёзды, у которых масса в 1,5-3 раза больше, чем у Солнца не смогут в конце жизни остановить своё сжатие на стадии белого карлика. Мощные силы гравитации сожмут их до такой плотности, при которой произойдёт "нейтрализация" вещества: взаимодействие электронов с протонами привёдёт к тому, что почти вся масса звезды будет заключена в нейтронах. Образуется нейтронная звезда . Наиболее массивные звёзды могут обратиться в нейтронные, после того как они взорвутся как сверхновые.Концепция нейтронных звезд
Концепция нейтронных звёзд не нова: первое предположение о возможности их существования было сделано талантливыми астрономами Фрицем Цвикки и Вальтером Баарде из Калифорнии в 1934г. (несколько раньше в 1932г. возможность существования нейтронных звёзд была предсказана известным советским учёным Л. Д. Ландау.) В конце 30-х годов она стала предметом исследований других американских учёных Оппенгеймера и Волкова. Интерес этих физиков к данной проблеме был вызван стремлением определить конечную стадию эволюции массивной сжи- мающейся звезды. Так как роль и значение сверхновых вскрылись примерно в то же время, было высказано предположение, что нейтронная звезда может оказаться остатком взрыва сверхновой. К несчастью, с началом второй мировой войны внимание учёных переключилось на военные нужды и детальное изучение этих новых и в высшей степени загадочных объектов было приостановлено. Затем, в 50-х годах, изучение нейтронных звёзд возобновили чисто теоретически с целью установить, имеют ли они отношение к проблеме рождения химических элементов в центральных областях звёзд.остаются единственным астрофизическим объектом, существование и свойства которых были предсказаны задолго до их открытия.
В начале 60-х годов открытие космических источников рентгеновского излучения весьма обнадёжило тех, кто рассматривал нейтронные звёзды как возможные источники небесного рентгеновского излучения. К концу 1967г. был обнаружен новый класс небесных объектов - пульсары, что привело учёных в замешательство. Это открытие явилось наиболее важным событием в изучении нейтронных звёзд, так как оно вновь подняло вопрос о происхождении космического рентгеновского излучения. Говоря о нейтронных звёздах, следует учитывать, что их физические характеристики установлены теоретически и весьма гипотетичны, так как физические условия, существующие в этих телах, не могут быть воспроизведены в лабораторных экспериментах.
Свойства нейтронных звезд
Решающее значение на свойства нейтронных звёзд оказывают гравитационные силы. По различным оценкам, диаметры нейтронных звёзд составляют 10-200 км. И этот незначительный по космическим понятиям объём "набит" таким количеством вещества, которое может составить небесное тело, подобное Солнцу, диаметром около 1,5 млн. км, а по массе почти в треть миллиона раз тяжелее Земли! Естественное следствие такой концентрации вещества - невероятно высокая плотность нейтронной звезды. Фактически она оказывается настолько плотной, что может быть даже твёрдой. Сила тяжести нейтронной звезды столь велика, что человек весил бы там около миллиона тонн. Расчёты показывают, что нейтронные звёзды сильно намагничены. Согласно оценкам, магнитное поле нейтронной звезды может достигать 1млн. млн. гаусс, тогда как на Земле оно составляет 1 гаусс. Радиус нейтронной звезды принимается порядка 15 км, а масса - около 0,6 - 0,7 массы Солнца. Наружный слой представляет собой магнитосферу, состоящую из разрежённой электронной и ядерной плазмы, которая пронизана мощным магнитным полем звезды. Именно здесь зарождаются радиосигналы, которые являются отличительным признаком пульсаров. Сверхбыстрые заряженные частицы, двигаясь по спиралям вдоль магнитных силовых линий, дают начало разного рода излучениям. В одних случаях возникает излучение в радиодиапазоне электромагнитного спектра, в иных - излучение на высоких частотах.Плотность нейтронной звезды
Почти сразу же под магнитосферой плотность вещества достигает 1 т/см3, что в 100 000 раз больше плотности железа. Следующий за наружным слой имеет характеристики металла. Этот слой "сверхтвёрдого" вещества, находящегося в кристаллической форме. Кристаллы состоят из ядер атомов с атомной массой 26 - 39 и 58 - 133. Эти кристаллы чрезвычайно малы: чтобы покрыть расстояние в 1 см, нужно выстроить в одну линию около 10 млрд. кристалликов. Плотность в этом слое более чем в 1 млн. раз выше, чем в наружном, или иначе, в 400 млрд. раз превышает плотность железа.Двигаясь дальше к центру звезды, мы пересекаем третий слой. Он включает в себя область тяжёлых ядер типа кадмия, но также богат нейтронами и электронами. Плотность третьего слоя в 1 000 раз больше, чем предыдущего. Глубже проникая в нейтронную звезду, мы достигаем четвёртого слоя, плотность при этом возрастает незначительно - примерно в пять раз. Тем не менее при такой плотности ядра уже не могут поддерживать свою физическую целостность: они распадаются на нейтроны, протоны и электроны. Большая часть вещества пребывает в виде нейтронов. На каждый электрон и протон приходится по 8 нейтронов. Этот слой, по существу, можно рассматривать как нейтронную жидкость, "загрязнённую" электронами и протонами. Ниже этого слоя находится ядро нейтронной звезды. Здесь плотность примерно в 1,5 раза больше, чем в вышележащем слое. И тем не менее даже такое небольшое увеличение плотности приводит к тому, что частицы в ядре движутся много быстрее, чем в любом другом слое. Кинетическая энергия движения нейтронов, смешанных с небольшим количеством протонов и электронов, столь велика, что постоянно происходят неупругие столкновения частиц. В процессах столкновения рождаются все известные в ядерной физике частицы и резонансы, которых насчитывается более тысячи. По всей вероятности, присутствует большое число ещё не известных нам частиц.
Температура нейтронной звезды
Температуры нейтронных звёзд сравнительно высоки. Этого и следует ожидать, если учесть, как они возникают. За первые 10 - 100 тыс. лет существования звезды температура ядра уменьшается до нескольких сотен миллионов градусов. Затем наступает новая фаза, когда температура ядра звезды медленно уменьшается вследствие испускания электромагнитного излучения.Были предсказаны в начале 30-х гг. XX в. советским физиком Л. Д. Ландау, астрономами В. Бааде и Ф. Цвикки. В 1967 г. были открыты пульсары, которые к 1977 г. были окончательно отождествлены с нейтронными звёздами.
Нейтронные звёзды обра-зовываются в результате взрыва сверхновой на последней стадии эволюции звезды большой массы.
Если масса остатка сверхновой (т. е. то, что остаётся пос-ле сброса оболочки) больше 1,4 M ☉ , но меньше 2,5 M ☉ , то сжатие его продолжается и после взрыва до тех пор, пока плотность не достигнет ядерных значений. Это приведёт к то-му, что электроны будут «вдавлены» в ядра, и образуется ве-щество, состоящее из одних нейтронов. Возникает нейтронная звезда.
Радиусы нейтронных звёзд, как и радиусы белых карли-ков, уменьшаются при увеличении массы. Так, нейтронная звезда массой 1,4 M ☉ (минимальная масса нейтронной звезды) имеет радиус 100—200 км, а при массе 2,5 M ☉ (максималь-ная масса) — всего 10—12 км. Материал с сайта
Схематический разрез нейтрон-ной звезды показан на рисунке 86. Наружные слои звезды (рис. 86, III) состоят из железа, образующего твёрдую ко-ру. На глубине примерно 1 км начинается твёрдая кора из железа с примесью нейтронов (рис. 86), которая перехо-дит в жидкое сверхтекучее и сверхпроводящее ядро (рис. 86, I). При массах, близких к предельным (2,5—2,7 M ☉), в центральных областях нейтронной звезды появля-ются более тяжёлые элементарные частицы (гипероны).
Плотность нейтронной звезды
Плотность вещества в нейтронной звезде сравнима с плот-ностью вещества в атомном ядре: она достигает 10 15 —10 18 кг/м 3 . При таких плотностях самостоятельное существование элек-тронов и протонов невозможно, и вещество звезды состоит практически из одних нейтронов.
Картинки (фото, рисунки)
На этой странице материал по темам:
Астрофизики засняли очень быстро угасающее излучение пульсаров после мощных вспышек - переход в так называемый режим пропеллера. Теоретически предсказанное более сорока лет тому назад явление было впервые достоверно зарегистрировано.
Интернациональная команда астрофизиков, в которую входили российские учёные из Института космических исследований РАН, МФТИ и Пулковской обсерватории РАН, засняла очень быстро угасающее излучение пульсаров после мощных вспышек - переход в так называемый режим пропеллера. Теоретические предсказания этого эффекта были сделаны более сорока лет тому назад, но только сейчас это явление было впервые достоверно зарегистрировано для пульсаров 4U 0115+63 и V 0332+53, излучающих в рентгеновском диапазоне. Результаты измерений, расчёты и выводы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
Пульсары 4U 0115+63 и V 0332+53 принадлежат к особому типу источников - вспыхивающим (или транзиентным) рентгеновским пульсарам. Они то слабо светятся в рентгеновском диапазоне, то ярко вспыхивают, а то и совсем пропадают. По тому, как пульсары переходят из одного состояния в другое, можно судить об их магнитных полях и температурах окружающего вещества. Значения этих параметров столь высоки, что их невозможно получить и измерить напрямую в земных лабораториях.
Название пульсара начинается с буквы, которая обозначает первую нашедшую его обсерваторию, а затем идут цифры - координаты пульсара. «V» - это спутник Vela 5B, военный американский спутник, предназначенный для слежения за территорией СССР. «4U», в свою очередь, расшифровывается, как «4-й каталог UHURU», первой специализированной рентгеновской обсерватории на орбите. А когда открыли первый пульсар, его изначально назвали LGM-1, от «little green men» («маленькие зелёные человечки»): он посылал радиоимпульсы через равные промежутки времени, и исследователи решили, что это может быть сигнал от разумных цивилизаций.
Рентгеновский пульсар представляет собой быстро вращающуюся нейтронную звезду с сильным магнитным полем. Нейтронная звезда может образовывать пару с обычной звездой и перетягивать на себя её газ - астрофизики называют это аккрецией. Газ спиралью закручивается вокруг нейтронной звезды, образуя аккреционный диск, и тормозится на границе магнитосферы нейтронной звезды. Вещество при этом немного проникает внутрь магнитосферы, «вмораживается» в неё и стекает по магнитным линиям к полюсам. Падая на магнитные полюса, оно разогревается до сотен миллионов градусов и излучает в рентгеновском диапазоне. Так как магнитная ось нейтронной звезды находится под углом к оси вращения, рентгеновские лучи вращаются подобно лучам маяка и «с берега» выглядят как повторяющиеся сигналы с периодом от тысячных долей секунды до нескольких минут.
Нейтронная звезда - один из возможных остатков от вспышки сверхновой звезды. В конце эволюции некоторых звёзд их вещество из-за гравитации сжимается настолько сильно, что электроны фактически сливаются с протонами и образуют нейтроны. Магнитное поле нейтронной звезды может превышать максимально достижимое на Земле в десятки миллиардов раз.
Чтобы в системе из двух звёзд наблюдался рентгеновский пульсар, материя должна перетекать с обычной звезды на нейтронную. Обычная звезда при этом может быть гигантом или сверхгигантом и обладать мощным звёздным ветром, то есть выбрасывать в космос много вещества. Или это может быть небольшая звезда наподобие Солнца, которая заполнила свою полость Роша - область, за границей которой вещество уже не удерживается силой притяжения этой звезды и перетягивается гравитацией нейтронной звезды.
Рентгеновские пульсары 4U 0115+63 и V 0332+53 излучают так нестабильно (т. е. демонстрируют вспышки излучения), потому что у каждого из них довольно необычная звезда-компаньон - звезда класса Ве. Ве-звезда вращается вокруг своей оси настолько быстро, что время от времени у неё «поднимается юбка» - вдоль экватора образуется и растёт газовый диск - и звезда заполняет полость Роша. Газ начинает стремительно аккрецировать на нейтронную звезду, интенсивность её излучения резко возрастает, происходит вспышка. Постепенно «юбка» изнашивается, аккреционный диск истощается, и вещество уже не может падать на нейтронную звезду из-за влияния магнитного поля и центробежных сил. Возникает так называемый «эффект пропеллера». В таком режиме аккреция не происходит и рентгеновский источник пропадает.
В астрономии используется термин «светимость», то есть полная энергия, излучаемая небесным телом в единицу времени. Пороговая светимость для источника 4U 0115+63 показана красной линией. Для другого источника (V 0332+53) наблюдается аналогичная картина. Там, где проведены синие линии, расстояние между пульсаром и оптической звездой минимально. В таком положении режим аккреции может временно возобновляться при наличии достаточного количества вещества, что хорошо видно на рисунке.
С рентгеновского телескопа на космической обсерватории Swift российские учёные смогли измерить пороговую интенсивность излучения, то есть, светимость, ниже которой пульсар переходит в «режим пропеллера». Эта величина зависит от магнитного поля и от периода вращения пульсара. Период вращения исследуемых источников известен по измерению времени прихода излучаемых ими импульсов - 3,6 сек для 4U 0115+63 и 4,3 сек для V 0332+53, что позволило рассчитать напряжённость магнитного поля. Результаты совпали со значениями, полученными другими методами. Однако светимость пульсаров упала не в 400 раз, как ожидалось, а всего лишь в 200 раз. Авторы предположили, что либо нагретая вспышкой поверхность нейтронной звезды охлаждается и тем самым служит дополнительным источником излучения, либо эффект пропеллера не может полностью заблокировать перетекание вещества от обычной звезды и существуют другие каналы «утечки».
Переход в режим пропеллера является очень трудно уловимым, поскольку в этом режиме пульсар почти не излучает. Во время прошлых вспышек источников 4U 0115+63 и V 0332+53 уже была попытка поймать этот переход, но из-за низкой чувствительности доступных на тот момент приборов «выключенное состояние» засечь не удалось. Достоверное подтверждение тому, что эти пульсары действительно «выключаются», получено только сейчас. Более того, показано, что информация о переходе в «режим пропеллера» может быть использована для определения напряжённости и структуры магнитного поля нейтронных звёзд.
Александр Лутовинов, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией в Институте космических исследований РАН и преподаватель МФТИ поясняет:
«Одним из фундаментальных вопросов образования и эволюции нейтронных звёзд является структура их магнитных полей. В процессе исследования мы определили для двух нейтронных звёзд дипольную составляющую магнитного поля, которая как раз отвечает за эффект пропеллера. Мы показали, что эту независимо полученную величину можно сравнить с величиной магнитного поля, уже известной по измерениям циклотронных линий, и таким образом оценить вклад других составляющих более высокого порядка, которые входят в структуру поля».
Пульсары 4U 0115+63 и V 0332+53 принадлежат к особому типу источников — вспыхивающим (или транзиентным) рентгеновским пульсарам. Они то слабо светятся в рентгеновском диапазоне, то ярко вспыхивают, а то и совсем пропадают. По тому, как пульсары переходят из одного состояния в другое, можно судить об их магнитных полях и температурах окружающего вещества. Значения этих параметров столь высоки, что их невозможно получить и измерить напрямую в земных лабораториях.
Название пульсара начинается с буквы, которая обозначает первую нашедшую его обсерваторию, а затем идут цифры — координаты пульсара. «V» — это спутник Vela 5B, военный американский спутник, предназначенный для слежения за территорией СССР. «4U», в свою очередь, расшифровывается, как «4-й каталог UHURU», первой специализированной рентгеновской обсерватории на орбите. А когда открыли первый пульсар, его изначально назвали LGM-1, от «little green men» («маленькие зелёные человечки»): он посылал радиоимпульсы через равные промежутки времени, и исследователи решили, что это может быть сигнал от разумных цивилизаций.
Рентгеновский пульсар представляет собой быстро вращающуюся нейтронную звезду с сильным магнитным полем. Нейтронная звезда может образовывать пару с обычной звездой и перетягивать на себя её газ — астрофизики называют это аккрецией. Газ спиралью закручивается вокруг нейтронной звезды, образуя аккреционный диск, и тормозится на границе магнитосферы нейтронной звезды. Вещество при этом немного проникает внутрь магнитосферы, «вмораживается» в неё и стекает по магнитным линиям к полюсам. Падая на магнитные полюса, оно разогревается до сотен миллионов градусов и излучает в рентгеновском диапазоне. Так как магнитная ось нейтронной звезды находится под углом к оси вращения, рентгеновские лучи вращаются подобно лучам маяка и «с берега» выглядят как повторяющиеся сигналы с периодом от тысячных долей секунды до нескольких минут.
Нейтронная звезда — один из возможных остатков от вспышки сверхновой звезды. В конце эволюции некоторых звёзд их вещество из-за гравитации сжимается настолько сильно, что электроны фактически сливаются с протонами и образуют нейтроны. Магнитное поле нейтронной звезды может превышать максимально достижимое на Земле в десятки миллиардов раз.
Чтобы в системе из двух звёзд наблюдался рентгеновский пульсар, материя должна перетекать с обычной звезды на нейтронную. Обычная звезда при этом может быть гигантом или сверхгигантом и обладать мощным звёздным ветром, то есть выбрасывать в космос много вещества. Или это может быть небольшая звезда наподобие Солнца, которая заполнила свою полость Роша — область, за границей которой вещество уже не удерживается силой притяжения этой звезды и перетягивается гравитацией нейтронной звезды.
Рентгеновские пульсары 4U 0115+63 и V 0332+53 излучают так нестабильно (т. е. демонстрируют вспышки излучения), потому что у каждого из них довольно необычная звезда-компаньон — звезда класса Ве. Ве-звезда вращается вокруг своей оси настолько быстро, что время от времени у неё «поднимается юбка» — вдоль экватора образуется и растёт газовый диск — и звезда заполняет полость Роша. Газ начинает стремительно аккрецировать на нейтронную звезду, интенсивность её излучения резко возрастает, происходит вспышка. Постепенно «юбка» изнашивается, аккреционный диск истощается, и вещество уже не может падать на нейтронную звезду из-за влияния магнитного поля и центробежных сил. Возникает так называемый «эффект пропеллера». В таком режиме аккреция не происходит и рентгеновский источник пропадает.
С помощью рентгеновского телескопа на космической обсерватории Swift российские учёные смогли измерить пороговую интенсивность излучения, то есть, светимость, ниже которой пульсар переходит в «режим пропеллера». Эта величина зависит от магнитного поля и от периода вращения пульсара. Период вращения исследуемых источников известен по измерению времени прихода излучаемых ими импульсов — 3,6 сек для 4U 0115+63 и 4,3 сек для V 0332+53, что позволило рассчитать напряжённость магнитного поля. Результаты совпали со значениями, полученными другими методами. Однако светимость пульсаров упала не в 400 раз, как ожидалось, а всего лишь в 200 раз. Авторы предположили, что либо нагретая вспышкой поверхность нейтронной звезды охлаждается и тем самым служит дополнительным источником излучения, либо эффект пропеллера не может полностью заблокировать перетекание вещества от обычной звезды и существуют другие каналы «утечки».
Переход в режим пропеллера является очень трудно уловимым, поскольку в этом режиме пульсар почти не излучает. Во время прошлых вспышек источников 4U 0115+63 и V 0332+53 уже была попытка поймать этот переход, но из-за низкой чувствительности доступных на тот момент приборов «выключенное состояние» засечь не удалось. Достоверное подтверждение тому, что эти пульсары действительно «выключаются», получено только сейчас. Более того, показано, что информация о переходе в «режим пропеллера» может быть использована для определения напряжённости и структуры магнитного поля нейтронных звёзд.
Александр Лутовинов, профессор РАН, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией в Институте космических исследований РАН и преподаватель МФТИ поясняет: «Одним из фундаментальных вопросов образования и эволюции нейтронных звёзд является структура их магнитных полей. В процессе исследования мы определили для двух нейтронных звёзд дипольную составляющую магнитного поля, которая как раз отвечает за эффект пропеллера. Мы показали, что эту независимо полученную величину можно сравнить с величиной магнитного поля, уже известной по измерениям циклотронных линий, и таким образом оценить вклад других составляющих более высокого порядка, которые входят в структуру поля». Результаты измерений, расчёты и выводы опубликованы в журнале
