100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Астрономы обнаружили необычное поведение пульсара

Ученые обнаружили еще одно необычное свойство пульсаров

Ученые обнаружили еще одно необычное свойство пульсаров

Радиопульсары — странные создания. Это разновидность объекта, известного как нейтронная звезда: плотного сколлапсировавшего ядра ​​массивной звезды, которая превратилась в сверхновую.

Многие нейтронные звезды ничем не примечательны, но пульсары. Что ж, они в самом деле пульсируют. Эти объекты вращаются с огромной скоростью, испуская струи радиоизлучения со своих полюсов; когда эти струи ориентируются, чтобы пролететь мимо Земли, создается эффект пульсации, словно в небе светит космический маяк, мерцающий со скоростью в считанные миллисекунды.

Не все пульсары ведут себя одинаково. Некоторые из них испускают те самые гигантские радиоимпульсы — чрезвычайно короткие, миллисекундные импульсы радиоизлучения, которые намного сильнее обычных излучений мертвой звезды.

Крабовидный пульсар в центре живописной Крабовидной туманности — это звезда, которая стала сверхновой чуть менее 1000 лет назад. Это один из самых молодых известных нам пульсаров с периодом вращения 30 раз в секунду.

Это также мощный генератор гигантских импульсов, и это единственный известный нам объект, для которого эти гигантские импульсы сопровождаются увеличением излучения за пределами радиоволнового спектра. В случае Крабовидного пульсара увеличивается даже оптический спектр света.

Поэтому международная группа астрономов во главе с Теруаки Эното из кластера новаторских исследований RIKEN в Японии отправилась на поиски волн других длин. Со всего мира они координировали одновременные наблюдения пульсара с помощью радио- и рентгеновских телескопов, чтобы увидеть, смогут ли они обнаружить увеличение рентгеновского излучения в гигантских радиоимпульсах.

Спустя три года ученые наконец-то обнаружили сигнал, достаточно сильный и ясный, чтобы подтвердить, что пульсар в Крабовидной форме действительно испускал около 4% дополнительного рентгеновского излучения. Это позволяет предположить, что мы сильно недооценили силу этого явления.

«Наши измерения, — сказал Эното, — показывают, что эти гигантские импульсы в сотни раз более энергичны, чем считалось ранее».

На самом деле мы не знаем, что вызывает гигантские радиоимпульсы, поэтому это очень интересная информация. По словам исследователей, это 4-процентное увеличение соответствует увеличению оптического излучения, а значит излучение с более высокой энергией имеет такое же спектральное распределение этой самой энергии, что и обычные импульсы. Уже одно данное обстоятельство помогает сузить круг поисков.

Эффект, который наблюдала команда, согласуется с магнитным пересоединением — высвобождением энергии, которое возникает, когда силовые линии магнитного поля вокруг звезды ломаются и соединяются снова. Это то, что Солнце делает все время; в результате возникают солнечные вспышки.

Гигантские радиоимпульсы также были предложены в качестве низкоэнергетической версии загадочных радиосигналов из других галактик, известных как быстрые радиовсплески (FRB). Как и гигантские радиоимпульсы, быстрые радиовсплески (в основном) случайны и длятся всего миллисекунды, но при том намного мощнее.

В прошлом году астрономы впервые обнаружили FRB, исходящий из нашей собственной галактики и излучаемый магнитаром — это тип нейтронной звезды с действительно очень сильным магнитным полем. Между пульсарами и магнитарами на удивление мало пересечений, хотя некоторые астрономы полагают, что магнитары могли развиться из пульсаров.

Возможно, существует более одного механизма, производящего FRB, поэтому загадка все еще далека от разгадки. Однако новое исследование добавляет к ней еще один возможный ключ. Некоторые FRB повторяются; если бы они производились с помощью механизма, аналогичного системе гигантских радиоимпульсов, звезды тускнели бы слишком быстро. А это означает, что, по крайней мере, за некоторыми быстрыми радиовсплесками стоит какой-то другой механизм, но мы не можем полностью исключить гигантские радиовсплески пульсаров для других.

Читайте так же:
Как газон на футбольном поле делают полосатым?

Кстати, у «Популярной механики» появился новый раздел «Блоги компаний». Если ваша организация хочет рассказать о том, чем занимается — напишите нам

Астрономы зафиксировали необычную активность одного из мощнейших магнетаров

Астрономы из Центра передового опыта по открытию гравитационных волн ARC (OzGrav) и CSIRO зафиксировали необычное поведение «громкого» в радиодиапазоне магнетара. Это редкий тип нейтронной звезды и один из самых сильных магнетаров во Вселенной. Изучаемый магнетар продемонстрировал радиоизлучение, отличное от радиоизлучения большинства ему подобных и больше напоминающее излучение пульсара.

Результаты наблюдений предполагают, что магнетары имеют более сложные магнитные поля, чем считалось ранее. Это, в свою очередь, может поставить под сомнение теории о том, как появляются и развиваются такие звезды.

К настоящему времени астрономы обнаружили 30 магнетаров в Млечном Пути и вокруг него. Они использовали рентгеновские телескопы. Было замечено, что магнетары излучает радиоимпульсы, подобные пульсарам.

В марте 2020 года был обнаружен новый магнетар Swift J1818.0-1607, который испустил яркую рентгеновскую вспышку. В ходе оперативных наблюдений были обнаружены радиоимпульсы, исходящие от магнетара. Любопытно, что появление радиоимпульсов от J1818 сильно отличалось от тех, что были зарегистрированы от других радиогромких магнетаров.

Большинство радиоимпульсов от магнетаров поддерживают постоянную яркость в широком диапазоне наблюдаемых частот. Однако импульсы от J1818 были намного ярче на низких частотах, чем на высоких частотах — аналогично импульсам пульсаров.

Группа ученых наблюдала магнетар восемь раз с помощью радиотелескопа CSIRO Parkes (также известного как Murriyang) в период с мая по октябрь 2020 года. Если в мае магнетар еще излучал необычные пульсароподобные импульсы, то к июню он начал колебаться между пульсароподобными и магнитарными радиоимпульсами. Мерцание достигло пика в июле. Затем характер импульсов стал магнетароподобным.

Когда ученые ​​сравнили свои наблюдения с теоретической моделью 50-летней давности, то они обнаружили, что магнитная ось J1818 не совмещена с осью вращения. У большинства других магнетаров магнитные поля выровнены с их осями вращения.

1 августа было замечено, что луч радиоволн магнетара на короткое время переключился на совершенно другой магнитный полюс, расположенный в его северном полушарии. Исследователи предполагают, что это свидетельство того, что радиоимпульсы от J1818 происходят из петель силовых линий магнитного поля, соединяющих два близко расположенных полюса.

Это не похоже на большинство обычных нейтронных звезд, которые, как ожидается, будут иметь северный и южный полюса на противоположных сторонах звезды, которые связаны магнитным полем. Своеобразную конфигурацию магнитного поля подтверждает независимое исследование импульсов рентгеновского излучения от J1818, которые были обнаружены телескопом NICER на борту Международной космической станции. Рентгеновские лучи, по-видимому, исходят из одной искаженной области магнитного поля. Они выходят из поверхности магнетара или из двух небольших, но близко расположенных областей.

Эти открытия имеют потенциальное значение для компьютерного моделирования того, как магнетары рождаются и развиваются в течение длительных периодов времени. Наблюдение за необычным магнетаром также может дать первую возможность нанести на карту его магнитное поле.

Читайте так же:
Все ли рыбы немы?

В ноябре астрономы Северо-Западного университета в Чикаго сообщили, что, вероятно, смогли впервые наблюдать рождение магнетара. Вспышка, которая может указывать на возникновение небесного тела, произошла 22 мая 2020 года. Исследователи рассказали, что видели килоновую — слияние двух нейтронных звёзд околосолнечных масс, подобное взрыву.

Почти самый быстрый волчок Вселенной: обнаружен пульсар с рекордной скоростью вращения

Если бы мы могли увидеть радиоволны, в небе сияло бы пять солнц. Остатки вспышек сверхновых в созвездиях Кассиопеи и Тельца, галактика в созвездии Девы и квазар в Лебеде заливают Землю радиосиянием не хуже нашего родного светила.

Вообще же радиоастрономы наблюдают сотни тысяч объектов, в основном, конечно же, очень тусклых. От любого космического радиоисточника приходит во много раз меньше энергии, чем от обыкновенных земных радиостанций. Именно это заставляет астрономов строить огромные антенны. Так, диаметр "тарелки" в Обсерватории Аресибо (Arecibo) превышает 300 метров. Также приходится работать на специально выделенных частотах, свободных от земного радиовещания.

Наблюдаемые объекты разнообразны. Квазары, галактики, природные мазеры (они же лазеры, излучающие радиоволны) на месте будущих звёзд, облака межзвёздного водорода… Распахнув в середине XX века радиоокно во Вселенную, астрономы узнали о ней много нового.

Захватывающая история произошла в 1967 году в Кембриджском университете. Аспирантка Джоселин Белл Бёрнелл (Jocelyn Bell Burnell) обнаружила сигнал, периодичность импульсов которого демонстрировала невероятную точность. Как выяснилось впоследствии, по этому показателю он даже может поспорить с атомными часами! Вместе с тем загадочные импульсы явно имели космическое происхождение. Может быть, это маяки. Первые открытые радиопульсары обозначались аббревиатурой LGM (Little Green Men, или маленькие зелёные человечки) — так они поразили астрономов своими характеристиками. Учёным попросту не верилось, что сигналы имеют природное происхождение.

Сейчас пульсаров известно уже несколько тысяч. Нет сомнений, что это не творение инопланетян, а нейтронные звёзды, которые очень быстро вращаются. Такой объект обладает огромной плотностью (сотни миллионов тонн в кубическом сантиметре) и мощнейшим магнитным полем.

Электроны в этом магнитном поле разогнаны почти до световой скорости. На таких скоростях, как было известно ещё Эйнштейну, пространство и время ведут себя непривычно – впрочем, научным миром их фокусы давно поняты и описаны. В частности, частицы в атмосфере пульсара излучают радиоволны равномерно во все стороны – но для нас, наблюдателей с Земли, их "во все стороны" сворачивается в чрезвычайно узкий конус, похожий на луч маяка.

В тот краткий миг, когда этот луч направлен на Землю, радиотелескоп принимает яркий импульс излучения. Но пульсар вращается вокруг своей оси, и луч вскоре “отворачивается” от нашей планеты. Наступает молчание на время одного полного оборота. Период между радиосигналами пульсара – это всего лишь период его вращения.

Главная загадка пульсаров давно разгадана, но это не значит, что у них не осталось других тайн. Некоторые из этих объектов демонстрируют очень необычное поведение. Загадочные перебои в ходе "космических часов", высокоинтенсивные импульсы, нестандартные спектры – вопросов по-прежнему больше, чем ответов. К тому же плотность вещества и напряжённость магнитного поля нейтронной звезды не могут быть воссозданы в лаборатории, а значит, не могут быть и исследованы экспериментальной наукой.

Читайте так же:
Как из «нивы» сделать «форд»

Поэтому пульсары сами могут сыграть роль лабораторий, в которых открываются новые законы физики. Наконец, есть к ним и чисто практический интерес – они могут служить эталонами времени и точками отсчёта в пространстве для систем навигации. Поэтому интерес к ”галактическим маякам” не ослабевает.

И вот недавно NASA сообщило, что сеть радиотелескопов LOFAR обнаружила пульсар, который делает 707 оборотов в секунду. Новичка назвали PSR J0952-0607 (здесь PSR – сокращение от английского слова pulsar, а остальные символы обозначают координаты объекта). Он находится в созвездии Секстанта. Расстояние до него трудно определить точно, оно составляет от 3200 до 5700 световых лет.

Скорость вращения этого объекта уникальна, известен только один его "коллега", который вращается быстрее – PSR J1748-2446ad, делающий за секунду около 717 оборотов.

Отметим, что пульсары делятся на две группы – секундные и миллисекундные. Нейтронные звёзды из первой группы, как явствует из названия, делают один оборот за несколько секунд. Именно такие пульсары и составляют подавляющее большинство. Их тоже нельзя назвать сонными и медлительными – всё-таки подобное тело имеет массу порядка солнечной, а ведь нашему светилу на полный оборот требуется около месяца. Но есть ещё небольшая группа нейтронных звёзд, считающих, что в жизни нужно крутиться как можно быстрее. Их луч описывает окружность всего за несколько миллисекунд, поэтому и называются они миллисекундными пульсарами.

Пока ещё не вполне ясно, откуда берутся такие "торопыжки". Предполагается, что каждый из них когда-то был благовоспитанным секундным пульсаром, но у него была звезда-компаньон. Этого, правда, ещё не достаточно для разгона. Ведь на самом деле большинство звёзд в Галактике – двойные или кратные. Одиночное Солнце – исключение, а не правило, хоть нам и кажется правилом всё, к чему мы привыкли.

Чтобы пульсар стал миллисекундным, звезда-компаньон должна быть расположена довольно близко. Достаточно близко, чтобы он стал стягивать вещество с его поверхности. Такие пульсары иногда образно называют "чёрными вдовами" – в честь вида пауков, самки которого съедают самца после спаривания.

Поведение нейтронной звезды в тесной паре тоже иначе как каннибализмом не назовёшь. Например, от звезды-компаньона PSR J0952-0607 осталось, по расчётам, всего 20 масс Юпитера. Для сравнения: Солнце тяжелее Юпитера примерно в тысячу раз.

По мере того как пульсар поглощает плазму звезды-партнёра, увеличивается его момент импульса, а потому и скорость вращения.

Вещество, высасываемое нейтронной звездой из ни в чём не повинного партнёра, разогревается до огромных температур. А такое горячее вещество всегда излучает рентгеновские и гамма-фотоны. Вот и PSR J0952-0607 был вначале обнаружен орбитальным телескопом Fermi как источник жёсткого излучения. Но в тот момент ещё не была ясна его природа.

Между тем инструменты, объединённые в сеть LOFAR, способны принимать радиоволны метровой длины: импульсы PSR J0952-0607 были приняты на длине волны около двух метров.К слову, таких радиотелескопов в мире не так уж и много. Чаще радиоастрономы работают на более коротких волнах (например, сантиметровых), где гораздо меньше сказываются помехи, влияние ионосферы и фоновое излучение Галактики.

Читайте так же:
О пользе медитации — разбираемся в общих чертах

Однако некоторые пульсары очень важно наблюдать именно в метровом диапазоне, потому что с уменьшением длины волны их радиосветимость быстро падает (специалисты называют такие спектры крутыми). На сантиметровых волнах их может быть уже попросту не видно.

Возможно, именно этим объясняется факт, давно интересующий астрономов. Они отчего-то не находят ещё более быстрые пульсары, хотя их существование предсказано теоретически. Так, скорость нынешних рекордсменов составляет всего 60% от теоретического максимума. Где же объекты, которые вертятся ещё быстрее?

Возможно, дело именно в том, что их можно обнаружить только на длинноволновых инструментах. Авторы исследования полагают, что самые быстрые пульсары имеют самые крутые спектры, а значит, на большинстве радиотелескопов мира их просто невозможно наблюдать.

Тем ценнее нынешние наблюдения LOFAR. Не исключено, что в будущем к изучению необычайно быстрого "космического волчка" подключатся и российские радиотелескопы. Ведь, к слову, два телескопа, работающих на метровых волнах – БСА и ДКР-1000 – имеются в Пущинской радиоастрономической обсерватории в Московской области.

Научная статья с результатами исследования была опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Новый взгляд на старые пульсары

Магнитосфера пульсара в представлении художника. Изображение W.Becker/MPI с сайта www.universetoday.com

Четыре десятка лет тому назад астрономы из Кембриджского университета Джоселин Белл (Jocelyn Bell Burnell) и Энтони Хьюиш (Anthony Hewish) обнаружили странный космический радиоисточник, который выдавал строго периодические импульсы (через 1,3373011 секунды) продолжительностью 0,3 секунды на частоте 81,5 МГц. В первую очередь это наводило на мысль о послании внеземных цивилизаций, поэтому сначала для этих сигналов ввели обозначение LGM (little green men — «маленькие зеленые человечки»). Делались серьезные попытки распознать какой-либо код в принимаемых импульсах. Но никакого кода обнаружить не удалось, поскольку источник сигналов был естественного происхождения. Так были открыты первые радиопульсары. И вот спустя десятилетия рентгеновский космический телескоп XMM-Newton предоставил ученым новые любопытные факты из жизни самых плотных звезд.

Самым известным пульсаром является объект в Крабовидной туманности (М1), который имеет обозначение PSR J0535+2200 (буква J указывает на координаты эпохи 2000 года). Период его вращения составляет 0,033 с, а образовался этот пульсар после взрыва сверхновой звезды в 1054 году, что было отмечено во многих китайских и японских летописях. Этот пульсар отождествляется со звездой 16,5 m (то есть звездной величины 16,5), находящейся в центре туманности М1, поэтому его вполне могут зафиксировать фотографическими методами даже любители астрономии, обладающие крупными телескопами. Но чтобы разглядеть саму Крабовидную туманность (в созвездии Тельца), достаточно небольшого любительского телескопа, так как блеск ее равен 9 m . На приведенном рисунке показано положение М1 на небосводе. Таким образом, каждый из вас сможет увидеть место, где находится один из самых таинственных объектов во Вселенной.

Пульсар (нейтронная звезда) обладает значительным магнитным полем, а ось поля наклонена к оси вращения нейтронной звезды. Система силовых линий магнитного поля вращается с огромной угловой скоростью, с какой вращается сама нейтронная звезда. На поверхности нейтронной звезды нейтроны могут распадаться на протоны и электроны. Сильное магнитное поле подхватывает легкие электроны и разгоняет их до околосветовых скоростей вдоль магнитных силовых линий. Так появляется эмиссия от заряженных частиц. Но частицы могут поступать извне, если рядом с пульсаром находится другое массивное тело (звезда). Такие частицы бомбардируют поверхность пульсара у полюсов, поэтому здесь образуется яркое (горячее) пятно излучения. Поскольку магнитная ось нейтронной звезды наклонена к оси вращения, горячее пятно на поверхности пульсара периодически появляется и исчезает, а быстровращающаяся нейтронная звезда превращается в пульсирующий источник. Излучение пульсаров носит нетепловой характер, никак не связанный с нагревом нейтронной звезды, с температурой, с тепловыми процессами на ее поверхности. Таковы были представления ученых до последнего времени.

Читайте так же:
Почему при сжигании дров образуется зола или угли?

Теоретические выкладки постепенно подтверждались вводом в строй космических телескопов. Наблюдения на этих телескопах показали, что рентгеновские лучи от охлаждающихся нейтронных звезд исходят из трех областей пульсаров. Во-первых, это сама поверхность. После рождения пульсара она так горяча, что испускает рентгеновские лучи. Во-вторых, заряженные частицы в магнитном поле пульсара. В-третьих, молодые пульсары излучают в рентгене из горячих точек на полюсах.

Из полутора тысяч пульсаров рентгеновские выделяются в особую группу. Они обладают еще более сильным магнитным полем, чем радиопульсары, которое достигает значений 10 8 –10 9 Тл (тесла), что в триллион раз больше средней величины магнитного поля Солнца!

Вновь образовавшиеся нейтронные звезды имеют температуру порядка миллиарда градусов и более. Как только они рождаются, то сразу же начинают охлаждаться. Но охлаждение звезды не должно сводить к минимуму излучение горячих точек пульсаров в их полярных областях, так как магнитное поле по-прежнему поддерживает взаимодействие частиц с поверхностью.

Пульсар PSR_J0535+2200 глазами рентгеновского телескопа XMM-Newton (изображение W.Becker с сайта www.esa.int)

Но чрезвычайно чувствительная аппаратура XMM-Newton вывила новые подробности в поведении нейтронных звезд. Этот космический телескоп детально изучил рентгеновскую эмиссию у пяти старых пульсаров, возраст которых достигает нескольких миллионов лет. Никакой другой рентгеновский телескоп не смог бы проделать эту работу. Результаты оказались крайне любопытными. XMM-Newton не обнаружил никакого подтверждения ни эмиссии c поверхности, ни эмиссии c полярных горячих точек, хотя эмиссия, связанная с ускорением частиц в магнитном поле, всё же имела место.

Вообще, недостаток эмиссии c поверхности не является сюрпризом. За миллионы лет после своего образования пульсары охладились на миллиарды градусов, и их температура уже не превышает полумиллиона градусов. Это значит, что поверхностная рентгеновская эмиссия должна быть весьма слаба.

Тем не менее отсутствие полярных горячих точек в старых пульсарах — большой космический подарок астрономам. Значит, нагрев полярных областей пульсара бомбардировкой частиц происходит недостаточно эффективно, чтобы воспроизвести достаточно сильный для обнаружения рентгеновский свет. У пульсара PSR B1929+10, возрастом три миллиона лет, излучающая способность горячей точки составляет не более 7% от излучения вновь сформированного пульсара.

Для объяснения этого факта необходима альтернативная теория, доказывающая, что полярные горячие точки в молодых пульсарах получают энергию преимущественно от самого пульсара, а не от бомбардировки частицами извне. Следовательно, механизм такой эмиссии сходен с эмиссией поверхностной.

Через сорок лет после открытия пульсаров, похоже, начинаются новые открытия, связанные с этими удивительными объектами.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию