Сверхновые звезды и пульсары: Страница 2

Оглавление статей
Сверхновые звезды и пульсары
Страница 2

Страница 2 из 2

 

 

 

Поскольку расстояние внешних частей звезды от оси вращения больше, чем внутренних, основной вклад в момент количества движения принадлежит внешним слоям звезды. При вспышке сверхновой звезда теряет значительную часть массы, заключенную во внешних слоях. Поэтому момент количества движения звездного остатка может быть существенно меньше приведенного значения. Так, например, если бы звезда с массой и скоростью вращения, как у Солнца, потеряла при вспышке 2/3 своей массы, то энергия вращения звездного остатка была бы около 1050 эрг. Поэтому полученный порядок энергии 1052 эрг нужно рассматривать как близкий к наибольшему возможному значению.

При катастрофическом уменьшении размеров звезды, обладающей магнитным полем, напряженность поля сильно возрастает. Причина возрастания поля заключается в том, что плазма при своем движении увлакает магнитные силовые линии. Число силовых линий сохраняется, а их плотность («густота»), определяющая напряженность поля, увеличивается, так как сокращается объем, занимаемый полем. Значение поля в нейтронной звезде зависит от ряда обстоятельств: величины первоначального поля, его конфигурации, характера сжатия и т. п. Однако оно может быть порядка 109 эрстед. Согласно некоторым оценкам, магнитное поле в нейтронной звезде достигает совершенно исключительной по земным масштабам величины — 1012 эрстед, что в сотни миллионов раз превосходит напряженность поля в солнечных пятнах.

Источником энергии излучения пульсара является, вероятно, энергия его вращения. О предполагаемых механизмах преобразования кинетической энергии вращения в излучение мы здесь говорить не будем, так как, во-первых, они очень сложны и, во-вторых, оставляют неясными многие стороны явления. По-видимому, в излучении в радиодиапазоне, а может быть, и в оптическом существенную роль играют сильные магнитные поля.

Колебания излучения — пульсации объясняются тем, что из некоторой небольшой области на поверхности пульсара испускается направленный пучок излучения. Так как пульсар вращается, то мы видим лишь периодически повторяющиеся вспышки, подобно тому как на море виден луч от вращающегося маяка. «Окнами», из которых выходит излучение пульсара, многие исследователи считают области, расположенные у магнитных полюсов — точек пересечения магнитной оси с его поверхностью. При этом предполагается, что магнитная ось не совпадает с осью вращения. Подобная модель позволяет объяснить также наблюдаемую в ряде случаев сильную поляризацию излучения.

Пульсар растрачивает энергию вращения на излучение. Поэтому скорость его вращения должна уменьшиться, а период — промежуток времени между пульсами излучения, определяемый скоростью вращения,- должен расти. Выше говорилось о том, что у всех пульсаров наблюдается постепенное уменьшение периода. Этот факт убедительно подтверждает правильность модели пульсара как вращающейся нейтронной звезды.

Скорость изменения периода зависит как от количества излучаемой энергии, так и от начальной энергии вращения. Энергию, излучаемую во всех длинах волн, мы знаем только для пульсара NP 0532 в Крабовидной туманности. У других же пульсаров наблюдается только излучение в радиодиапазоне. Используя данные о теперешней скорости потери энергии пульсаром NP 0532, скорости изменения его периода и зная его возраст (он образовался в 1054 г.), можно оценить первоначальную энергию его вращения.

В оптическом диапазоне пульсар NP 0532 испускает 6 x 1033 эрг/сек, что более чем в сто раз превосходит мощность его радиоизлучения. Особенно сильно излучение пульсара в рентгеновской области спектра, где он излучает около 1036 эрг/сек.

Однако эти величины не характеризуют еще полной потери энергии пульсаром. Вероятно, наблюдаемое излучение Крабовидной туманности во всех длинах волн обусловлено синхротронным механизмом. Релятивистские электроны, создающие это излучение при движении в магнитном поле туманности, выбрасываются из остатка сверхновой, т. е. из пульсара. Так как Крабовидная туманность излучает около 1038 эрг/сек, то такая же энергия должна поступать в туманность в форме релятивистских электронов. Следовательно, в настоящее время пульсаром NP 0532 ежесекундно теряется энергия не менее 1038 эрг.

Скорость изменения периода пульсара NP 0532 сейчас составляет приблизительно 0,04% за год. При такой скорости период за 2500 лет должен удвоиться и, следовательно, угловая скорость вращения должна уменьшиться вдвое. Кинетическая энергия, пропорциональная, как мы знаем (см. формулу (19)), квадрату угловой скорости, за это время станет меньше в четыре раза.

Если считать, что теперешняя скорость потери энергии пульсаром на излучение всех видов сохранится в течение 2500 лет, то общая потеря энергии за это время составит 1038хЗ,2×107х2500 ≈1049 эрг. Эта величина, согласно сказанному выше, должна составлять три четверти его энергии вращения в настоящее время. Примерно столько же энергии он должен был потерять и с момента своего образования. Таким образом, начальная энергия вращения пульсара NP 0532 была порядка 2 x 1049 эрг.

Период у других пульсаров уменьшается гораздо медленнее, чем у NP 0532. Это можно понять, предположив, что они значительно «старше» пульсара в Крабовидной туманности. Поскольку излучение пульсара обеспечивается запасом энергии вращения, естественно считать, что с замедлением вращения уменьшается и скорость потери энергии. При постоянной убыли энергии пульсар NP 0532 израсходовал бы всю энергию вращения за 3200 лет. Если же скорость потери энергии уменьшается, то около трех четвертей он потеряет за 2500 лет, такую же долю оставшейся энергии — еще за 2500 лет и так далее. Например, через 10 000 лет его энергия будет составлять (1/4)4 от теперешней. Угловая скорость при этом уменьшится в 16 раз, а период во столько же раз увеличится и будет близким к 0,5 сек.

Поскольку периоды пульсаров уменьшаются, то, по-видимому, пульсары с большими периодами — от 1 сек и более — это уже старые пульсары, потерявшие большую часть своей первоначальной вращательной энергии. Энергия их излучения сравнительно мала, а чем меньше излучаемая энергия, тем труднее наблюдать пульсары. Вероятно, с этим обстоятельством связано отсутствие среди известных пульсаров таких, у которых период превышал бы 4 сек. Можно подсчитать, что на достижение пульсаром такого значения периода в зависимости от его начальной энергии потребуется 105-107 лет.

Число наблюдаемых пульсаров — около 60, и они содержатся в объеме, составляющем приблизительно 1/1000 объема Галактики. Отсюда, считая, что пульсары распределены в Галактике равномерно, а также что нам известны все близкие пульсары, получаем общее количество их в Галактике в данный момент порядка 105. Так как «время жизни» пульсара (в фазе, когда он может наблюдаться с современными средствами) 105-107 лет, то за сто лет в Галактике рождается l÷100 пульсаров. Хотя эта оценка и груба, но она показывает, что по порядку величины частота появления пульсаров совпадает с частотой вспышек сверхновых звезд в Галактике. Как можно полагать, многие из вспышек сверхновых приводят к образованию пульсаров. Однако имеющихся в настоящее время данных недостаточно для того, чтобы утверждать, что при каждой вспышке сверхновой возникает пульсар или что пульсары образуются только в результате вспышек сверхновых.

Пульсар в Крабовидной туманности является мощным источником рентгеновского излучения и как таковой наблюдался еще в 1967 г., до открытия пульсаров. Только впоследствии было обнаружено, что его излучение имеет характер пульсов. Природа многих из обнаруженных источников рентгеновского излучения до сих пор не выяснена. Не исключена возможность того, что среди них некоторые излучают подобно пульсарам, но их излучение в радиодиапазоне незаметно.

В ряде случаев источники рентгеновского излучения оказываются переменными во времени. Характер переменности заставляет подозревать, что они входят в состав двойных звездных систем. Проверка этого затруднительна, так как она требует длительных систематических наблюдений, а рентгеновское излучение до поверхности Земли не доходит. Приходится использовать данные сравнительно неточных и, как правило, кратковременных внеатмосферных наблюдений. Работа по исследованию таких объектов лишь начинается, и трудно предсказать ее результаты. Однако заметим, что обнаружение источников рентгеновского излучения в составе двойных систем и установление их природы оказалось бы чрезвычайно важным для всей теории строения и эволюции звезд. Присутствие нейтронной звезды в двойной системе позволило бы установить, всегда ли процесс нейтронизации протекает катастрофически, с потерей большой массы, или имеются и другие возможности. Наконец, тогда может быть открыт путь для развития представлений о нейтронных звездах как ядрах обычных звезд. Возможность существования внутри звезд на некоторых этапах их эволюции очень плотных вырожденных ядер не является чем-то новым для астрономии. Однако сколько-нибудь детально предположение о существовании нейтронных ядер у звезд до сих пор не изучалось.

« Предыдущая — След.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: