Нейтронные звезды

Тифон

В древних преданиях неоднократно встречается упоминание об инфернальном событии, когда над Землей пролетел странный космический объект, называвшийся вторым Солнцем. Отталкиваясь от разных доводов, возможно предположить, что в нашей Солнечной системе присутствует небесное тело исполинских размеров, что движется вокруг центрального светила с периодичностью в 4-5 тысяч лет. Народы древности именовали его Тифоном, Огненным Змеем, Медузой Горгоной и т. д.

По всей видимости, оно относится к нейтронным звездам типа «пропеллер», чья материя сгорела в результате эволюционных процессов, а масса снизилась после эмиссии нейтронов с ее коры.

Сделанный телескопом «Чандра» рентгеновский снимок пульсара PSR J0357+3205, примечательного своим хвостом, достигающим в попречнике 4 световых лет / NASA/CXC/IUSS/DSS

Описание приближения Тифона к Земле, изложенное Аполлодором в 146 году до н. э., рисует образ мифического опоясанного кольцами дыма и задевающего макушкой звезды стоглавого чудища-дракона. Перевернувшего горы и простершего руки на запад и восток. Согласно записям древнего автора, Тифон был необъятных размеров и разбрасывал камни, окаймленные огнем.

Плиний в «Естественной истории» 77 года н. э. писал про устрашающую комету, что наблюдали люди Эфиопии и Египта. Она вращалась словно юла, пугая народ и вводя в ужас. Тифон, владыка того времени, поручил назвать огненный шар своим именем.

Приведенные упоминания – только часть из того, что говорили древние люди о космическом теле, что пугало и заставляло всматриваться в небо. Нейтронная звезда – возможно, как раз она стала причиной страха народов древности

Так или иначе, звезды и другие космические объекты всегда приковывали к себе внимание человечества, возбуждали воображение, очаровывали и заставляли думать, что в бескрайнем космосе еще масса неизвестного и нуждающегося в познании

1. Общие сведения

Массы большинства известных нейтронных звёзд близки к 1,44 массы Солнца, что равно значению предела Чандрасекара. Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 1,4 до примерно 2,5 солнечных масс, однако эти значения в настоящее время известны весьма неточно. Самая массивная нейтронная звезда из открытых Vela X-1 имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс (на уровне 1σ, что соответствует уровню значимости α≈34 %). Сейчас кандидатом на звание самой тяжёлой нейтронной звезды является PSR J1614-2230 (окт. 2010 г.). Силы тяготения в нейтронных звёздах уравновешиваются давлением вырожденного нейтронного газа, максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова, численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды. Существуют теоретические предпосылки того, что при ещё большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые.

Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 1012—1013 Гс (для сравнения — у Земли около 1 Гс), именно процессы в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. Начиная с 1990-х годов, некоторые нейтронные звёзды отождествлены как магнитары (реже пишут также магнетары) — звёзды, обладающие магнитными полями порядка 1014 Гс и выше. Такие поля (превышающие «критическое» значение 4,414×1013 Гс, при котором энергия взаимодействия электрона с магнитным полем превышает его энергию покоя m_ec²) привносят качественно новую физику, так как становятся существенны специфические релятивистские эффекты, поляризация физического вакуума и т. д.

Состав нейтронных звёзд

Состав этих объектов (по понятным причинам) изучен пока только в теории и математических расчетах. Однако, известно уже многое. Как и следует из названия, состоят они преимущественно из плотно упакованных нейтронов.

Атмосфера нейтронной звезды имеет толщину всего несколько сантиметров, но в ней сосредоточено все её тепловое излучение. За атмосферой находится кора, состоящая из плотно упакованных ионов и электронов. В середине находится ядро, состоящее из нейтронов. Ближе к центру достигается максимальная плотность вещества, которая в 15 раз больше ядерной. Нейтронные звезды — самые плотные объекты во вселенной. Если попытаться и далее увеличивать плотность вещества произойдет коллапс в черную дыру, или образуется кварковая звезда.

Сейчас эти объекты изучают путем вычисления сложных математических моделей на суперкомпьютерах.

Звёзды главной последовательности

Главная последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рассела, это то место, где звёзды проводят большую часть своей эволюции. Причём продолжительность их «жизни» зависит от доли содержащихся в составе звёзд элементов тяжелее гелия. Включает в себя такие спектральные классы звёзд как:

• голубые (О);
• бело-голубые (В);
• белые (А);
• жёлто-белые (F);
• жёлтые (G);
• оранжевые (К);
• красные (М).

Все звёзды главной последовательности объединяться одинаковыми ядерными реакциями в их ядре, это синтез (превращение) водорода в гелий, так называемый CNO-цикл (см. терминологию сайта). Вследствие этого их температура (ну и спектральный класс конечно) и светимость всецело зависят от массы звезды.

Массы звёзд на главной последовательности варьируют от, приблизительно, 0,07 масс Солнца, у красных карликов, до 50 – в голубых звёздах.

Структурное строение

• Нейтронная звезда традиционно имеет 5 слоев:
• атмосфера (представлена тонким плазматическим слоем, имеющим толщину от нескольких десятков сантиметров до пары миллиметров, она способствует формированию излучения);
• кора внешняя (состоит из электронов, ионов, по толщине равняется нескольким сотням метров, в области тонкого слоя присутствует невырожденный газ электронного типа, а в более глубоких частях содержится вырожденное вещество, которое с погружением в глубину становится релятивистским);
• кора внутренняя (в составе преобладают электроны, нейтроны свободного типа, ядра атомные, по мере увеличения глубины содержание этих веществ увеличивается, а что касается атомных ядер, наоборот, происходит уменьшение);
• ядро извне (в структуре в основном присутствуют нейтроны, а также имеется незначительная примесь протонов, электронов);
• ядро изнутри (имеет неизученный состав, однако подразумевает сразу несколько гипотез: ядро, включающее кварки, барионы, мезоны).

Строение нейтронной звезды

Состав

Состав их неизвестен, предполагают, что они могут состоять из сверхтекучей нейтронной жидкости. Они обладают чрезвычайно сильным гравитационным притяжением, гораздо больше, чем у Земли и даже у Солнца. Это гравитационные силы особенно впечатляют, поскольку она имеет небольшой размер. Все они вращаются вокруг оси. При сжатии, угловой момент вращения сохраняется, а из-за уменьшения размеров, скорость вращения возрастает.

Нейтронные звезды в одной картинке

Из-за огромной скорости вращения, внешняя поверхность, представляющая собой твердую «кору» периодически трескается и происходят «звездотрясения», которые замедляют скорость вращения и сбрасывают «излишки» энергии в космос.

Ошеломляющее давление, которое существуют в ядре, может быть похоже на то, которое существовало в момент большого взрыва, но к сожалению, его нельзя смоделировать на Земле. Поэтому эти объекты являются идеальными природными лабораториями, где мы можем наблюдать энергии недоступные на Земле.

Литература

• Шапиро С.Л., Тьюколски С.А. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды — rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=1877134 / Пер. с англ. под ред. Я. А. Смородинского. — М.: Мир, 1985. — Т. 1—2. — 656 с.
• С. Б. Попов, М. Е. Прохоров. Астрофизика одиночных нейтронных звёзд: радиотихие нейтронные звезды и магнитары — www.astronet.ru/db/msg/1177217/index.html ГАИШ МГУ, 2002
• Haensel P., Potekhin A.Y., Yakovlev D.G. Neutron Stars — books.google.com/books?id=iIrj9nfHnesC&printsec=frontcover#PPA12,M1. — New York: Springer, 2007. — Т. 1. — 619 с. — ISBN 978-0-387-33543-8
• А. Ю. Потехин Физика нейтронных звёзд — ufn.ru/ufn10/ufn10_12/Russian/r1012b.pdf   // УФН. — 2010. — Т. 180. — С. 1279—1304.

Коричневые карлики

Коричневые карлики, это вид звёзд, в которых потери энергии на излучение не компенсируются их ядерными реакциями.

Ранее считалось, что это гипотетические объекты, так как такие объекты, по всей видимости, должны существовать. И в 2004 году был открыт 2М1207 – коричневый карлик, в созвездии Гидры.

Коричневые карлики имеют очень и очень малые размеры, где-то в 12,5-80,3 раз больше Юпитера. В их ядрах протекают ядерные реакции с участием ядер легких элементов – дейтерия, бора, бериллия и лития. После их исчерпания термоядерная реакция прекращается, и звезда полностью потухнет, превратившись в некий планетоподобный объект.

Коричневые карлики имеют свои спектральные классы, различающиеся поверхностной температурой: L – температура от 1500 K до 2000 К; Т – 700 К-1500 К; Y – очень холодные, с температурой до 700 К.

Нейтронные звёзды

Category:Коротко и ясно о самом интересном

Нейтронная звезда в разрезе (v.uecdn.es).
 Магнитар (тип нейтронных звёзд с исключительно сильным магнитным полем). Рисунок (ESO/L. Calçada).
 Джоселин Белл Бернелл, первооткрыватель пульсаров (alchetron.com).
 Нейтронная звезда EXO 0748-676 (синяя сфера в изображении) вращается вокруг общего центра масс вместе с обычной звездой. Художник показал, как вещество обычной звезды перетекает на нейтронную звезду под действием её сильной гравитации (NASA).
 Кассиопея A – остаток сверхновой в созвездии Кассиопея, на расстоянии 11 тысяч световых лет от Солнца. В результате взрыва, который произошёл примерно в 1680 году, образовалась нейтронная звезда – самая молодая из наблюдаемых нейтронных звёзд нашей Галактики. Изображение составлено из трёх фотографий. Красный цвет – данные в инфракрасном диапазоне (телескоп «Спитцер»), оранжевый – видимый диапазон (телескоп «Хаббл»), зелёный и синий – рентгеновский диапазон (телескоп «Чандра»). На врезке – иллюстрация художника (X-ray: NASA / CXC / UNAM / Ioffe / D.Page, P.Shternin et al; Optical: NASA / STScI; Illustration: NASA / CXC / M.Weiss).

Следующее важное открытие шестидесятых годов – нейтронные звезды. Нейтронными звёздами я занимаюсь профессионально, у меня даже есть про них популярная книжка «Суперобъекты: звезды размером с город»

Открыты они были совершенно случайно, и это открытие в 1974 году было отмечено Нобелевской премией. Интересно, что девушка, которая их, собственно, и открыла, не была включена в число лауреатов – это считается одной из самых больших ошибок Нобелевского комитета. Нейтронные звёзды вобрали в себя всю физику, и это очень легко объяснить. Мы берём любой объект, начинаем его сжимать, и он становится всё концентрированнее. Выше температура, плотность, магнитные поля, гравитационные – всё интереснее и интереснее. Мы приближаемся к экстремальному режиму. Если вы пережмёте, то всё упадёт в чёрную дыру. И тогда информация к нам из-под горизонта не попадёт. А нейтронная звезда – это там, где природа вовремя остановилась. Часть процессов нам видна напрямую, если это происходит вблизи поверхности, часть не видна, потому что это происходит под поверхностью и в центре, но косвенными методами мы можем это вытаскивать. И это чрезвычайно важная, интересная область физики и астрофизики. Есть большая популяция самых разных нейтронных звёзд, их любят за эти экстремальные свойства. Пульсары используют для проверок теория гравитации, за открытие первой двойной нейтронной звезды (нейтронная звезда плюс нейтронная звезда) тоже дали Нобелевскую премию по физике. Это стало на тот момент лучшим тестом для проверки Общей теории относительности. Сейчас мы ждём, когда будут открыты слияния нейтронных звёзд и гравитационные волны от этого события. Это крайне интересно потому, что мы всё-таки хотим в деталях узнать, что находится внутри нейтронной звезды. Чтобы узнать, что находится внутри какого-то предмета, его надо разобрать. Чтобы разломать нейтронную звезду, нужна другая нейтронная звезда. Поэтому самый лучший способ это сделать – попытаться увидеть, как две нейтронные звезды сольются, при этом произойдёт яркая вспышка. И, по всей видимости, вспышки мы такие наблюдаем. Много важной информации приходит с гравитационными волнами. И мы ждём, пока детектор LIGO или достигнет такой чувствительности, чтобы точно за несколько месяцев увидеть это событие, или просто нам повезёт, и на расстоянии меньше, чем 100 млн световых лет произойдёт такое слияние, и тогда LIGO сможет это увидеть. Тогда мы сможем узнать, из чего состоят нейтронные звёзды. Это очень важный вопрос, важный не только для астрономии. То есть снова мы говорим о том, что важное астрономическое открытие выходит за рамки просто астрономии. В данном случае это будет важно для ядерной физики, и отчасти для физики элементарных частиц.

Это – глава из стенгазеты, выпущенной благотворительным проектом «Коротко и ясно о самом интересном». Нажмите на миниатюру газеты ниже и читайте остальные статьи по интересующей вас тематике. Спасибо!

Материал выпуска любезно предоставил Сергей Борисович Попов – астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. Штернберга Московского государственного университета, лауреат нескольких престижных премий в области науки и просвещения. Надеемся, что знакомство с выпуском будет полезно и школьникам, и родителям, и учителям – особенно сейчас, когда астрономия снова вошла в список обязательных школьных предметов (приказ №506 Минобрнауки от 7 июня 2017 года).

Ближайшая к нам

Скорей всего тебе стало интересно, на каком расстоянии находится ближайшая к нам нейтронная звезда. Еще в 2007 году ученые обнаружили сильное рентгеновское излучение в созвездии Малой Медведицы. Оно находится на расстоянии 250 — 1000 световых лет от Земли. Оказалось, что такое излучение дает нейтронная звезда. В итоге ученые решили, что это самая близко расположенная, так как ближе пока не найдено. Из-за того, что космос еще мало изучен, это является лишь предположением. Позднее она получила от ученых имя Кальвера, после выхода на экраны фильма “Великолепная семерка”.

В отличии от других наблюдаемых, Кальвера относится к группе изолированных, так как она не имеет ни компаньона, ни остатка от сверхновой звезды, той, что образуется, при взрыве которой образуется нейтронная.

Следуя, из этих сведений, нельзя точно сказать, что Кальвера — самая близкая к нам. Но, наука не стоит на месте, когда- нибудь , возможно, мы сможем найти что-то ближе, или же подтвердить, что Кальвера является самой близкой.

Открытый вопрос

Всего на сегодняшний день астрономы обнаружили около 1 200 нейтронных звезд. Из них более 1 000 являются радиопульсарами, а остальные просто рентгеновскими источниками. За годы исследований ученые пришли к выводу, что нейтронные звезды настоящие оригиналы. Одни очень яркие и спокойные, другие периодически вспыхивающие и видоизменяющиеся звездотрясениями, третьи существующие в двойных системах. Эти звезды относятся к самым загадочным и неуловимым астрономическим объектам, соединяющим в себе сильнейшие гравитационные и магнитные поля и экстремальные плотности и энергии. И каждое новое открытие из их бурной жизни дает ученым уникальные сведения, необходимые для понимания природы Материи и эволюции Вселенной.

Вселенкий эталон Послать что-нибудь за пределы Солнечной системы очень даже непросто, поэтому вместе с направившимися туда 30 лет назад космическими кораблями «Пионер-10 и -11» земляне отправили и послания братьям по разуму. Нарисовать нечто такое, что будет понятно Внеземному Уму, задача не из простых, более того, еще нужно было указать обратный адрес и дату отправки письма… Насколько доходчиво все это сумели сделать художники, человеку понять трудно, но сама идея использования радиопульсаров для указания места и времени отправки послания гениальна. Прерывистые лучи различной длины, исходящие из точки, символизирующей Солнце, указывают направление и расстояние до ближайших к Земле пульсаров, а прерывистость линии это не что иное, как двоичное обозначение периода их обращения. Самый длинный луч указывает на центр нашей Галактики Млечный Путь. В качестве единицы времени на послании принята частота радиосигнала, испускаемого атомом водорода при смене взаимной ориентации спинов (направление вращения) протона и электрона.

Знаменитые 21 см или 1420 МГц должны знать все разумные существа во Вселенной. По этим ориентирам, указывающим на «радиомаяки» Вселенной, можно будет отыскать землян даже через много миллионов лет, а сравнив записанную частоту пульсаров с текущей, можно будет прикинуть, когда эти мужчина и женщина благословляли в полет первый космический корабль, покинувший пределы Солнечной системы.

Николай Андреев

Сверхновые

Сверхновая – это звезда, которая вследствие своего сжатия, на определённом этапе своей эволюции, взрывается. Такой взрыв, для постороннего наблюдателя, будет выглядеть как спонтанное, очень сильное увеличение яркости такого светила. И наблюдать такой эффект можно на очень больших расстояниях.

Увеличение светимости в сверхновых может продлиться до десятка суток. Зарегистрированы такие случаи, когда сверхновую звезду можно было видеть днём, невооружённым взглядом.

Отличаются сверхновые звёзды от новых силой происходящего взрыва.

Сверхновые звёзды могут отличаться друг от друга, наличием линий водорода, в спектре такой вспышки. Если водород отсутствует, то звезда I типа, а если есть, то сверхновая II типа.

Нейтронные звёзды

Это ядра взорвавшихся звёзд, в которых дальнейшее сжатие приводит к тому, что это ядро полностью будет состоять из нейтронов. Массы таких звёзд составляют, приблизительно от 1,44 масс Солнца (предел Чандрасекара), до предела Оппенгеймера-Волкова (см. терминологию сайта), который будет разный для каждой звезды. Радиусы таких звёзд ничтожно малы, около 10-20 км.

Нейтронные звёзды обладают сильным магнитным полем и неимоверно быстрым вращением, около тысячи оборотов за секунду! Вследствие этого существуют такие виды звёзд нейтронного типа, как: рентгеновские пульсары и радиопульсары. Излучают они соответственно в рентгеновском и радио- диапазонах длин волн.

Считается, что нейтронные звёзды рождаются вследствие взрыва сверхновой звезды.

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.

Самая быстрая вращается со скоростью 716 раз в секунду

Они вращаются с впечатляющей скоростью. На сегодняшний день самая быстрая вращается со скоростью 716 раз в секунду. Просто, представь себе это. А ведь, по статистике взрывов в нашей галактике, которая называется Млечный Путь, должно находиться, как минимум сто миллионов точно таких же быстрых. На данный момент изучено намного меньше половины таких объектов. Всего лишь какая-то небольшая часть. А ведь, может быть такая, которая движется еще быстрее. Человеку трудно представить такую огромную скорость.

Судя по исследованиям, самая быстрая имеет массу чуть меньшую, чем две массы солнца, а ее радиус равен почти 16 километров.

Красные гиганты и сверхгиганты

Это два вида звёзд, характеризуются небольшими поверхностными температурами, от 3000 К до 5000 К, но большими светимостями. В их недрах происходит горение гелия, который превращается в углерод, так называемая тройная гелиевая реакция или же тройной альфа процесс (см. терминологию сайта).

Эти виды звёзд включают в себя звёзды двух спектральных классов М и К, то есть красные и оранжевые. На диаграмме Герцшпрунга-Рассела находятся выше главной последовательности.

Имеют диаметры от 100 до 800 солнечных. Но есть и исключения, например, YV Большого Пса имеет диаметр в 1024 диаметров Солнца.

3.1. Основные особенности нейтронной звезды

Как было сказано выше, нейтронная звезда – это компактный объект, вещество которого состоит в основном из нейтронов. Типичный радиус НЗ составляет 10-20 км, а плотность достигает (и превосходит) ядерную плотность ρ_я~2,8*1014 г/см3. Масса НЗ заключена во вполне определенных пределах.

Минимальная наблюдаемая масса НЗ равна примерно 1 М_ʘ. Максимальная масса называется пределом Оппенгеймера-Волкова, ее значение точно неизвестно, но оно не превосходит 3 М_ʘ, потому что при больших массах давление нейтронного газа уже не способно скомпенсировать гравитационные силы, и объект превращается в черную дыру.

Существуют различные гипотезы, уточняющие границы диапазона масс, но ни одна из них не имеет достаточного экспериментального подтверждения. Таким образом, можно считать, что масса НЗ заключена в пределах 1 М_ʘ≤М_НЗ≤3 М_ʘ.

НЗ могут возникать не только в результате взрыва сверхновой, но и в результате т.н. «тихого коллапса» — в результате перетекания вещества на белый карлик в двойной системе его масса растет, и после преодоления предела Чандрасекара белый карлик превращается в нейтронную звезду.

Еще одна важная особенность НЗ определяется законами сохранения углового момента и магнитного потока. Вследствие того, что исходная звезда вращалась и обладала неким магнитным полем, она обладала угловым моментом L=Iω~R2ω, и ее поле имело поток Ф~BR. Если R уменьшается до 10-20 км, то угловая скорость и магнитное поле значительно увеличиваются. НЗ обладают периодом обращения от сотых долей секунды до нескольких секунд, а их магнитные поля имеют напряженность B~1010-1014 Гс.

Таким образом, НЗ оказывается очень быстро вращающимся объектом с колоссальным магнитным полем. Эти факторы определяют особенности наблюдения НЗ – НЗ наблюдаются как пульсары – источники, излучение которых фиксируется на Земле как строго периодические импульсы постоянной продолжительности. Поясним механизм возникновения такого излучения.

На рис.1 схематично изображена нейтронная звезда и силовые линии ее магнитного поля. Заряженные частицы, образующиеся на поверхности звезды, разгоняются ее магнитным полем, но не могут покинуть поверхность нигде, кроме точек на оси поля, образуя небольшой телесный угол, в который уходит излучение. Таким образом, ось, вдоль которой распространяется излучение, вращается (т.к. ось вращения звезды и ось поля не совпадают). «Луч» от НЗ как бы скользит по Земле, поэтому мы регистрируем периодическое появление сигнала. Его период соответствует периоду вращения НЗ.

рис. 1. Модель пульсара

Звезды красных гигантов и сверхгигантов

Как не существует абсолютно идентичных людей, так нет и одинаковых звезд во Вселенной. Среди них выделяют группу звезд-гигантов, которые излучают в тысячи раз больше света, чем Солнце. Такие объекты имеют значительные размеры (от 10 до 1 000 радиусов нашего Светила) и невысокую плотность (около 10-2 — 10-4 кг/м3). Кроме того, с поверхности ряда гигантов происходит интенсивное истечение газового вещества.

К одним из самых уникальных и интересных представителей больших звезд относятся красные гиганты. Эти звезды имеют низкую температуру. Температура красных гигантов  достигает в среднем 3 000 — 5 000С, а их радиус в сотни раз превосходит радиус Солнца. Отмечено, что светимость красных гигантов где-то в 100 раз больше, чем у нашей Звезды. Максимальное количество энергии излучения такого объекта приходится на красную и инфракрасную части спектра. Как следует из теории звездной эволюции, образование красных гигантов происходит из звезд главной последовательности после того, как в их центральной части произойдет практически полное выгорание водорода.

К тому времени, как вполне обычное светило превратится в красного гиганта, его структура успевает измениться: внутри образуется плотное, богатое гелием ядро. Вокруг ядра тонкий энерговыделяющий слой и протяженная оболочка. Масса красного гиганта составляет от 1,5 до 15 масс Солнца и плотность менее 0,001 г/см3, что намного меньше плотности нашей звезды. В астрономии к красным гигантам относятся:

• Альдебаран;
• Арктур;
• Гакрукс;
• Мира.

Среди этой категории светил встречаются особо крупные объекты, которые были выделены в отдельный класс красных сверхгигантов. Пока что таких звезд обнаружено совсем немного. Они отличаются достаточно большими размерами, а их светимость достигает 105 светимостей Солнца. Интересно, что такие объекты тяжелее нашего светила в 50 раз. Зато их радиусы достигают тысячи радиусов Солнца. Температура красного сверхгиганта 3 000 — 5 000С. Спектры этих объектов имеют молекулярные полосы поглощения, максимальное излучение приходится на спектральные области: красную, а также инфракрасную. Спектральный класс красного сверхгиганта К и М. Самым известным сверхгигантом является Бетельгейзе.

Океан и лёд

Земные океаны сейчас не замерзают, за исключением Северного Ледовитого. Этим они отличаются от океана Европы. Там бы давно начали искать жизнь, если бы не надо было тащить в окрестности Юпитера буровую установку: вся Европа покрыта толстым слоем льда — как старушка Европа на Земле в разгар ледникового периода. Может ли быть самый странный лёд на поверхности самого странного океана?
Да.

Но. Для этого нужно, чтобы нейтронная звезда была ещё более странной — чтобы она была магнитаром.

Про магнитары надо запомнить, во‑первых, что они пишутся через букву «и» (если, конечно, вы по какой-либо причине не пишете «магнЕтосфера»). А во‑вторых, что вблизи поверхности у них всегда сильное магнитное поле. Примерно в миллион миллиардов раз больше, чем на Земле. И такое поле начинает «руководить» веществом.

Рассмотрим молодой магнитар. На поверхности у него жарко: три-четыре миллиона градусов. Но поверхность твёрдая. Начинаем углубляться — температура быстро растёт. Уже на глубине семь сантиметров (меньше штыка лопаты) она такая высокая, что может расплавить вещество. Значит, у такого магнитара есть океан, который сверху покрыт тонким (но очень плотным) льдом.

Железные «воды» подо льдом темны и неспокойны. Внешняя часть ­океана бурлит — тепло горячих недр передаётся поверхности конвекцией. Если магнитар вспыхивает, то, веро­ятно, лёд ломается, и на поверхности океана плавают «льдины» плотностью в тысячи раз больше, чем у стали.

Классификация

Разумеется, нейтронные звезды, как и любые другие объекты, делятся на виды. Хотя учёные установили, что они могут за свою жизнь изменяться.

В основном на их развитие влияют скорость вращения вокруг своей оси и магнитное поле. Так как собственное вращение со временем тормозится, а магнитное поле слабеет, то другие свойства и процессы также меняются.

Нейтронные звезды, их типы и примеры

Радиопульсары или, по-другому, эжекторы обладают высокой вращательной скоростью и сильными магнитными полями. Они, так сказать, выталкивают заряженные релятивистские частицы, излучаемые в радиодиапазоне. Кстати, первым из данного вида звёздных тел открыли радиопульсар PSR B1919+21.

Пульсар

Пропеллеры, напротив, не выделяют заряженные частицы. Однако из-за высокой скорости вращения и силы магнитной области вещество поддерживается над поверхностью. Правда, данный тип светил сложно обнаружить и он мало изучен.

Рентгеновский пульсар или аккретор отличается тем, что в нём вещество попадает на поверхность. Потому как небольшой темп оборотов позволяет ему спускаться, но уже в состоянии плазмы. В свою очередь, она нагревается благодаря магнитному полю. Как следствие, это вещество ярко светится в рентгеновском диапазоне.

А вот пульсация возникает в результате вращения, при котором происходит затмение горячей материи. К примеру, первый аккретор — Центавр X-3 не только имел пульсацию своей яркости, но и постоянно менял период колебаний.

Рентгеновский пульсар

Георотатор имеет малую вращательную скорость, что вызывает приращение массы тела с помощью силы гравитации вещества (газа) из окружающего пространства. Такой процесс, между прочим, называется аккрецией.

Несмотря на это, границы области вокруг небесного тела позволяют магнитному полю удерживать плазму до того, как она окажется на поверхности.

Георотатор

Эргозвезда, на самом деле, представляет собой теоретически возможный тип. По мнению учёных, такой объект может сформироваться при слиянии или столкновении нейтронных звёзд.

Предполагают, что в ней имеется эргосфера, то есть область пространства-времени, расположенная рядом с чёрной дырой. Она, по идее, лежит где-то между горизонтом событий и пределом статичности. Проще говоря, подобные объекты имеют место быть, но это не точно.

Вспышка

Колоссальная рентгеновская вспышка 5 марта 1979 года, оказывается, произошла далеко за пределами нашей Галактики, в Большом Магеллановом Облаке — спутнике нашего Млечного Пути, находящемся на расстоянии 180 тыс. световых лет от Земли. Совместная обработка гамма-всплеска 5 марта, зафиксированного семью космическими кораблями, позволила достаточно точно определить положение данного объекта, и то, что он находится именно в Магеллановом Облаке, сегодня практически не вызывает сомнений. Событие, случившееся на данной далекой звезде 180 тыс. лет назад, трудно представить, но вспыхнула она тогда, как целых 10 сверхновых звезд, более чем в 10 раз превысив светимость всех звезд нашей Галактики. Яркая точка в верхней части рисунка — это давно и хорошо известный пульсар, а неправильный контур — наиболее вероятное положение объекта, вспыхнувшего 5 марта 1979 года.

Примечания

1. H. Quaintrell и др. The mass of the neutron star in Vela X-1 and tidally induced non-radial oscillations in GP Vel — adsabs.harvard.edu/abs/2003A&A…401..313Q // Astronomy and Astrophysics. — апрель 2003. — № 401. — С. 313—323.
2. P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts & J. W. T. Hessels A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay — dx.doi.org/10.1038/nature09466  (англ.) // Nature. — 2010. — Т. 467. — С. 1081—1083.
3. Викиновости. Открыта самая тяжёлая из известных нейтронная звезда — ru.wikinews.org/wiki/Открыта_самая_тяжёлая_из_известных_нейтронная_звезда
4. «Сверхтяжелая» нейтронная звезда отрицает теорию «свободных» кварков — www.rian.ru/science/20101029/290413568.html  , РИА Новости (29 октября 2010).
5. Рождению странных звезд помогает темная материя? // Elementy.ru, 2010 — elementy.ru/news/431437
6. В. М. Липунов Астрофизика нейтронных звёзд. — Наука. — 1987. — С. 90.

Черная вдова

Взрыв сверхновой звезды достаточно часто сообщает новорожденному пульсару немалую скорость. Такая летящая звезда с приличным собственным магнитным полем сильно возмущает ионизированный газ, заполняющий межзвездное пространство. Образуется своеобразная ударная волна, бегущая впереди звезды и расходящаяся широким конусом после нее. Совмещенное оптическое (сине-зеленая часть) и рентгеновское (оттенки красного) изображение показывает, что здесь мы имеем дело не просто со светящимся газовым облаком, а с огромным потоком элементарных частиц, испускаемых данным миллисекундным пульсаром. Линейная скорость Черной Вдовы равна 1 млн. км/ч, оборот вокруг оси она делает за 1,6 мс, лет ей уже около миллиарда, и у нее есть звезда-компаньон, кружащаяся около Вдовы с периодом 9,2 часа.

Свое название пульсар В1957+20 получил по той простой причине, что его мощнейшее излучение просто сжигает соседа, заставляя «кипеть» и испаряться образующий его газ. Красный сигарообразный кокон позади пульсара — это та часть пространства, где испускаемые нейтронной звездой электроны и протоны излучают мягкие гамма-кванты.

Результат компьютерного моделирования позволяет очень наглядно, в разрезе, представить процессы, происходящие вблизи быстро летящего пульсара. Расходящиеся от яркой точки лучи — это условное изображение того потока лучистой энергии, а также потока частиц и античастиц, который исходит от нейтронной звезды. Красная обводка на границе черного пространства вокруг нейтронной звезды и рыжих светящихся клубов плазмы — это то место, где поток релятивистских, летящих почти со скоростью света, частиц встречается с уплотненным ударной волной межзвездным газом. Резко тормозя, частицы испускают рентгеновское излучение и, потеряв основную энергию, уже не так сильно разогревают налетающий газ.