Рассказ о пульсарах - shikardos.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Рассказ о пульсарах - страница №1/1




Краткий рассказ о пульсарах

Введение На протяжении веков единственным источником сведений о звездах иВселенной был для астрономов видимый свет. Наблюдая невооруженным глазомили с помощью телескопов, они использовали только очень небольшой интервалволн из всего многообразия электромагнитного излучения, испускаемогонебесными телами. Астрономия преобразилась с середины нашего века, когдапрогресс физики и техники предоставил ей новые приборы и инструменты,позволяющие вести наблюдения в самом широком диапазоне волн – от метровыхрадиоволн до гамма-лучей, где длины волн составляют миллиардные долимиллиметра. Это вызвало нарастающий поток астрономических данных, в томчисле и открытие пульсаров. Открытие Летом 1967 г. в Кембриджском университете (Англия) вошел в строй новыйрадиотелескоп, специально построенный Э. Хьюишем и его сотрудниками дляодной наблюдательной задачи - изучения мерцаний космическихрадиоисточников. Новый радиотелескоп позволял производить наблюдениябольших участков неба, а аппаратура для обработки сигналов была способнарегистрировать уровень радио-потока через каждые несколько десятых долейсекунды. Эти две особенности их инструмента и позволили кембриджскимрадиоастрономам открыть нечто совершенно новое - пульсары. Открытиепульсаров отмечено Нобелевской премией по физике в 1978 г. Интерпретация: нейтронные звезды В астрономии известно немало звезд, блеск которых непрерывно меняется,то возрастая, то падая. Имеются звезды, их называют цефеидами со строгопериодическими вариациями блеска. Усиление и ослабление яркости происходиту разных звезд этого класса с периодами от нескольких дней до года. Но допульсаров никогда еще не встречались звезды со столь коротким периодом, каку первого «кембриджского» пульсара. Вслед за ним в очень короткое время было открыто несколько десятковпульсаров, и периоды некоторых из них были еще короче. Сейчас известнооколо четырех сотен пульсаров. Очень короткие периоды пульсаров послужилипервым и самым веским аргументом в пользу интерпретации этих объектов каквращающихся нейтронных звезд. Происхождение быстрого вращения нейтронныхзвезд-пульсаров несомненно вызвано сильным сжатием звезды при еепревращении из «обычной» звезды в нейтронную. Когда звезда сжимается, еевращение убыстряется. Здесь действует один из основных законов механики -закон сохранения момента импульса. Из него следует, что при измененииразмеров вращающегося тела, изменяется и скорость его вращения. Болеебыстрое исходное вращение дает и еще более короткие периоды. Сейчасизвестны не только пульсары, излучающие в радиодиапазоне, - их называютрадиопульсарами, но и рентгеновские пульсары, излучающие регулярныеимпульсы рентгеновских лучей. Но и радиопульсары, и рентгеновские пульсарыотличаются от барстеров в одном принципиальном отношении: они обладаюточень сильными магнитными полями, которые вместе с быстрым вращением исоздают эффект пульсаций, хотя и действуют эти поля по-разному врадиопульсарах и пульсарах рентгеновских. Рентгеновские пульсары Рентгеновские пульсары — это тесные двойные системы, в которых одна иззвезд является нейтронной, а другая — яркой звездой-гигантом. Известнооколо двух десятков этих объектов. Первые два рентгеновских пульсара — всозвездии Геркулеса и в созвездий Центавра. Пульсар в Геркулесе посылаетимпульсы с периодом 1,24 с. Это период вращения нейтронной звезды. Междупрочим, наблюдение рентгеновских затмений для барстеров до последнеговремени не удавалось. Пульсар в созвездии Центавра имеет период пульсаций4,8 с. В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновскихпульсарах является яркая голубая звезда-гигант. Этим они отличаются отбарстеров, которые содержат слабые звезды-карлики. Есть все основанияполагать, что нейтронные звезды рентгеновских пульсаров обладают оченьсильным магнитным полем, достигающим значений магнитной индукции B( 108 –109 Тл, что в 1011- 1012 раз больше среднего магнитного поля Солнца. Нотакие поля естественно получаются в результате сильного сжатия припревращении обычной звезды в нейтронную. По своей структуре, т. е. по геометрии силовых линий, магнитное полепульсара похоже, как можно ожидать, на магнитное поле Земли или Солнца: унего имеются два полюса, из которых в разные стороны расходятся силовыелинии. Такое поле называют дипольным. От рентгеновских пульсаров никогда не наблюдали вспышек, подобныхвспышкам барстеров. С другой стороны, от барстеров никогда не наблюдалирегулярных пульсаций. Магнитное поле нейтронных звезд в барстерах заметнослабее, чем в пульсарах. Различие в магнитном поле связано, вероятно, сразличием возраста барстеров и пульсаров. Следовательно, барстеры - этостарые системы, в которых магнитное поле успело со временем в какой-тостепени ослабнуть, а пульсары - это относительно молодые системы и потомумагнитные поля в них сильнее. Радиопульсары Распределение радиопульсаров на небесной сфере позволяет заключитьпрежде всего, что эти источники принадлежат нашей Галактике: они очевиднымобразом концентрируются к ее плоскости служащей, экватором галактическойкоординатной сетки. Если радиопульсары располагаются вблизи галактическойплоскости, среди самых молодых звезд Галактики, то разумно полагать, что исами они являются молодыми. Строгая периодичность следования импульсов,расположение в плоскости Галактики и молодость - все это сближаетрадиопульсары с рентгеновскими пульсарами. Но во многих других отношенияхони резко отличаются друг от друга. Дело не только в том, что однииспускают радиоволны, а другие рентгеновские лучи. Важнее всего то, чторадиопульсары - это одиночные, а не двойные звезды. Физика радиопульсаровдолжна быть совсем иной, чем у барстеров или рентгеновских пульсаров.Принципиально иным должен быть источник их энергии. Излучение пульсараКрабовидной туманности регистрируется во всех диапазонах электромагнитныхволн - от радиоволн до гамма-лучей. Больше всего энергии он испускаетименно в области гамма-лучей:E ( 10-11 Вт / м2 Но большинство радиопульсаров регистрируются благодаря излучению врадиодиапазоне. Расстояние до Крабовидной туманности: d = 6*1019 м,следовательно, можно найти светимость пульсара: Источник энергии Периодичность импульсов радиопульсара выдерживается с удивительнойточностью. Это самые точные часы в природе. Характерное время измененияпериода составляет для большинства пульсаров приблизительно миллион лет. Вращение замедляется со временем, следовательно, тратится энергиявращения. Кинетическую энергию вращения звезды можно получить по формуле:где М — масса звезды, V — характерная скорость вращения. При типичномпериоде 1 с и радиусе нейтронной звезды 10000 м:E = 3*1039 Дж.Таков запас энергии вращения. Кинетическая энергия вращения нейтроннойзвезды достаточно велика и она способна служить резервуаром, из которогоизлучение 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 осивращения нейтронной звезды, как и у рентгеновского пульсара. Магнитно-дипольное излучение давно изучено в электродинамике. Итак, вращающаясянейтронная звезда с наклонным магнитным полем способна излучатьэлектромагнитные волны. При этом энергия ее вращения преобразуется вэнергию излучения. Магнитосфера Магнитосфера – вращающееся облако заряженных частиц, окружающеенейтронную звезду. Возможность и даже необходимость существования такогооблака доказали американские астрофизики-теоретики П. Голдрайх и В.Джулиан. Рождение и ускорение частиц, образующих магнитосферу, требуетзначительной энергии, которая черпается из кинетической энергии вращениянейтронной звезды. Теоретический анализ, проделанный П. Голдрайхом и В.Джулианом, показывает, что на это тратится приблизительно столько жеэнергии, 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, такимобразом, мощным источником частиц высоких энергий. С течением временипульсар теряет свою энергию вращения и магнитную энергию, так чтопостепенно и частота вращения, и магнитное поле нейтронной звезды убывают.Радиопульсары - это одиночные нейтронные звезды, а не члены тесных двойныхсистем. И тем не менее свечение, хотя и довольно слабое, все же можетвозникать:L = 1024 Вт Пульсары и космические лучи Еще в 1934г. В. Бааде и Ф. Цвикки указали на возможную связь междувспышками сверхновых, нейтронными звездами и космическими лучами -частицами высоких энергий, приходящими на Землю из космическогопространства. Наибольшая энергия частицы, зарегистрированная в космическихлучах:E = 1020 эВ ( 10 ДжСредняя концентрация частиц космических лучей в межзвездном пространственашей Галактики оценивается величиной:n ( 10-4 м3Средняя энергия частицы:E ( 10-9 Дж ( 1010 эВПлотность 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. Открытиепульсаров, анализ их электродинамики, данные о частицах высокой энергии вКрабовидной туманности — все это указывает на пульсары как на эффективныйисточник космических лучей. Заключение За открытие пульсаров Энтони Хьюишу в 1974 году была присужденаНобелевская премия по физике. Открытие действительно было выдающемся, илишь название оказалось не точным. Пульсары вовсе не пульсируют. Этоназвание дали им тогда, когда еще полагали, что это звезды, которые,подобно цефеидам, периодически расширяются и сжимаются. Теперь мы знаем,что пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды. Однако названиеприжилось.-----------------------[pic][pic][pic][pic]