Пульсары — нейтронные звезды
Еще в 1932 году молодой советский физик-теоретик Лев Давидович Ландау (1908—1968) сделал вывод о существовании во Вселенной, сверхплотных нейтронных звезд. Представим себе, что звезда величиной с наше Солнце сжалась бы до размеров нескольких десятков километров, а ее вещество превратилось бы в нейтроны,— это и есть нейтронная звезда.
Как показывают теоретические расчеты, звезды с массой ядра, более чем в 1,2 раза превышающей солнечную массу, после исчерпания ядерного горючего взрываются и с огромной скоростью сбрасывают сбои наружные оболочки. А внутренние слои взорвавшейся звезды, которым уже не препятствует газовое давление, под действием сил тяготения обрушиваются к центру. За несколько секунд объем звезды уменьшается в 1015 раз! В результате чудовищного гравитационного сжатия происходит как бы вдавливание свободных электронов в ядра атомов. Они соединяются с протонами и, нейтрализуя их заряд, образуют нейтроны. Лишенные электрического заряда, нейтроны под нагрузкой вышележащих слоев начинают быстро сближаться. Но давление вырожденного нейтронного газа останавливает дальнейшее сжатие. Возникает нейтронная звезда, практически полностью состоящая из нейтронов. Ее размеры — около 20 км, а плотность в недрах достигает 1 млрд т/см3, то есть близка к плотности атомного ядра.
Итак, нейтронная звезда подобна гигантскому ядру атома, перенасыщенному нейтронами. Только в отличие от атомного ядра нейтроны удерживаются не внутриядерными силами, а гравитационными. Согласно расчетам, такая звезда быстро остывает, и уже через несколько тысяч лет, протекших после ее образования, температура ее поверхности должна понизиться до 1 млн К, что подтверждают также измерения, сделанные в космосе. Конечно, сама по себе эта температура еще очень высока (в 170 раз выше температуры поверхности Солнца), но поскольку нейтронная звезда сложена исключительно плотным веществом, то температура его плавления много больше 1 млн К. В результате поверхность нейтронных звезд должна быть... твердой! Такие звезды обладают хотя и раскаленной, но твердой корой, прочность которой во много раз превышает прочность стали.
Сила тяжести на поверхности нейтронной звезды настолько велика, что если бы человеку все же удалось достичь поверхности необычной звезды, то он был бы раздавлен ее чудовищным притяжением до толщины следа, который остается на конверте от почтового отправления.
Летом 1967 года аспирантка Кембриджского университета (Англия) Джоселина Белл приняла весьма странные радиосигналы. Они поступали короткими импульсами ровно через каждые 1,33730113 секунды. Исключительно высокая точность следования радиоимпульсов наводила на мысль: а не посылают ли эти сигналы представители разу мной цивилизации?
Однако в течение нескольких последующих лет на небе было обнаружено много подобных объектов с быстрым пульсирующим радиоизлучением. Они были названы пульсарами, то есть пульсирующими звездами.
Когда радиотелескопы были направлены на Крабовидную туманность, то в ее центре тоже обнаружили пульсар с периодом 0,033 секунды. С развитием внеатмосферных наблюдений было установлено, что он излучает и рентгеновские импульсы, причем рентгеновское излучение — основное и в согни раз сильнее всех других излучений.
Вскоре исследователи догадались, что причиной строгий периодичности пульсаров является быстрое вращение каких-то особых звезд. Но столь короткие периоды пульсаций, которые заключены в пределах от 1,6 миллисекунды до 5 секунд, можно объяснить быстрым вращением лишь очень малых и очень плотных звезд (большую звезду центробежные силы неизбежно разорвут!). А если так, то пульсары — это не что иное, как нейтронные звезды!
Но почему нейтронным звездам присуще столь быстрое вращение? Вспомним: экзотическая звезда рождается в результате сильного сжатия огромного светила. Поэтому в соответствии с заколом сохранения момента количества движения скорость вращения звезды должна резко увеличиться, а период вращения — сократиться. Кроме того, нейтронная звезда еще сильнейшим образом намагничена. Напряженность магнитного поля па се поверхности в триллион (1012) раз превосходит напряженность магнитного поля Земли! Мощное магнитное поле тоже результат сильного сжатия звезды — уменьшения ее поверхности и сгущения магнитных силовых линий. Однако истинным источником активности пульсаров (нейтронных звезд) служит не само магнитное поле, ci энергия вращения звезды. И теряя энергию на электромагнитное и корпускулярное излучение, пульсары постепенно замедляют свое вращение.
Если радиопульсары представляют собой одиночные нейтронные звезды, то рентгеновские пульсары — это компоненты двойных систем. Поскольку сила тяготения на поверхности нейтронной звезды в миллиарды рая болите, чем на Солнце, она «стягивает на себя» газ соседней (обычной) звезды. Частички газа с большой скоростью надают на нейтронную звезду, разогреваются при ударе о ее поверхность и испускают рентгеновские лучи. Нейтронная звезда может стать источником рентгеновского излучения и в том случае, если она «забредет» и облако межзвездного газа.
Из чего же складывается механизм пульсации нейтронной звезды? Не следует думать, что звезда просто пульсирует. Дело обстоит совсем иначе. Как уже говорилось, пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда. На ее поверхности, по-видимому, существует активная область в виде «горячего пятна», излучающего узкий, строго направленный пучок радиоволн. И в тот момент, когда тот пучок устремлен к земному наблюдателю, последний отметит импульс излучения. Иными словами, нейтронная звезда подобна радиомаяку, и период ее пульсации ранен периоду вращения этого «маяка». Исходя из такой модели, можно попять, почему в ряде случаен на месте вспышки сверхновой, где пульсар должен непременно находиться, он не был обнаружен. Наблюдаются лишь те пульсары, излучение которых удачно ориентировано по отношению к Земле.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |