> Магнетары
Узнайте, что такое магнетар : описание нейтронных звезд с мощным магнитным полем, история исследования с фото, сосед Млечного Пути, сколько выбрасывает энергии.
Хотя Вселенная и завораживает своими удивительными объектами, это далеко не самое дружелюбное место. На Земле уходит примерно 80-100 лет, чтобы вас убить. Но есть местечка, где вы умрете за долю секунды. Так что, познакомьтесь с магнетарами .
Когда звезды, превосходящие по массивности, взрываются, на их месте может сформироваться нейтронная звезда. Умирающее небесное тело больше не располагает достаточным световым давлением, чтобы удерживать гравитацию. Сила настолько мощная, что протоны и электроны выталкиваются в пространство, образуя нейтроны. И что же мы имеем? Нейтроны! Сплошная масса нейтронов.
Если сформировалась нейтронная звезда, то мы получает . Ранее накопленная масса сжимается до размеров крошечного «шара», вращающегося сотню раз в секунду. Но это не самое странное. Из десяти появившихся нейтронных звезд всегда найдется одна довольно странная, которую называют магнетаром . Это нейтронные звезды, появившиеся из сверхновых. Но в процессе формирования происходят необычные вещи. Что именно? Магнитное поле становится настолько интенсивным, что ученые не могут понять, откуда оно берется.
Некоторые полагают, что когда вращение, температура и магнитное поле нейтронной звезды собираются в идеальное пятно, вы получаете динамо-двигатель, усиливающий магнитное поле в 1000 раз.
Но недавние открытия дали больше подсказок. Ученые нашли магнетар, удаляющийся от . Нам уже удавалось наблюдать подобные объекты, когда одна звезда в системе взрывается в виде сверхновой. То есть, он был частью двоичной системы.
Во время партнерства, объекты вращались рядом (ближе дистанции Земля-Солнце). Этого расстояния хватало, чтобы обмениваться материалом. Первой начала умирать крупная звезда, отдавая свою массу меньшей. Это заставило ее раскручиваться и отдавать массу обратно. В итоге, меньшая взрывается как сверхновая, выбросив вторую на новую траекторию. Вместо формирования нейтронной звезды мы получили магнетар.
Мощь наблюдаемого магнитного поля просто ошеломляет! У Земли оно занимает 25 гауссов, а на поверхности мы испытываем лишь меньше 0.5 гауссов. У нейтронной звезды – триллион гауссов, но магнетары превосходят эту отметку в 1000 раз!
Чтобы случилось, если бы вы оказались рядом? Ну, в пределах 1000 км магнитное поле настолько сильное, что разорвало бы вас на атомном уровне. Дело в том, что сами атомы деформируются и больше не могут поддерживать вашу форму.
Но вы бы так ничего и не поняли, потому что умерли от интенсивного излучения и смертоносных частиц объекта в магнитном поле.
Еще одна уникальность магнетаров состоит в том, что они способны обладать землетрясением (встряски). Оно напоминает земное, но происходит на звезде. У нейтронной звезды есть внешняя корка, которая может треснуть, напоминая движение земных тектонических плит. Подобное случается, если магнетар создает взрыв.
Наиболее сильное событие случилось с объектом SGR 1806-20, удаленным на 50000 световых лет. За 1/10 секунды одно из землетрясений создало больше энергии, чем Солнце за 100000 лет. И это не сверхновая, а всего лишь одна трещина на поверхности!
К счастью для нас, эти действительно убийственные объекты расположены далеко и нет никакой вероятности, что они могут приблизиться. Чтобы лучше изучить магнетары и узнать больше интересной информации, посмотрите видео.
Магнитары
Астрофизик Сергей Попов о гамма-всплесках, сильных магнитных полях и рентгеновских пульсарах:
«Спрятанные» магнитары
Астрофизик Сергей Попов о магнитарах, взрывах сверхновых и магнитном поле звезд:
Иллюстрация художника, показывающая магнетар в очень богатом и молодом звёздном скоплении. Авторы и права: ESO / L. Calçada.
Возможно вы считаете, что Вселенная идеально подходит для жизни. Однако это не так. Почти вся Вселенная представляет собой ужасное и враждебное место, и нам просто повезло родиться на практически безвредной планете в глухом районе Млечного Пути.
Здесь на Земле вы можете прожить долгую и счастливую жизнь, но во Вселенной есть места, где вы не протяните и пары секунд. Ничто не является более смертоносным, чем объекты, которые оставляют после себя сверхновые: нейтронные звёзды.
Как вы знаете, нейтронные звёзды образуются, когда звёзды более массивные, чем наше Солнце, взрываются как сверхновые. Когда эти звёзды погибают, они не могут противодействовать мощной гравитации и сжимаются до объектов диаметром в несколько десятков километров. В результате такого огромного давления внутри объекта образуются нейтроны.
В большинстве случаев вы получаете нейтронные звёзды первого типа – пульсары. Пульсар – это крошечная нейтронная звезда, которая вращается с огромной скоростью, порой достигающей нескольких сотен оборотов в секунду.
Однако примерно одна из десяти нейтронных звёзд становится чем-то действительно очень странным. Она становится магнетаром – наиболее загадочным и страшным объектом во Вселенной. Вы, наверное, слышали это слово, но что это такое?
Как я уже сказал, магнетары – это нейтронные звёзды, образовавшиеся в результате взрыва сверхновых. Но что же такого необычного происходит во время их формирования, что их магнитное поле превосходит магнитные поля любых других объектов в сотни, тысячи и даже миллионы раз? На самом деле, астрономы точно не знают, что делает магнитные поля магнетаров настолько мощными.
Впечатление художника о слиянии двух нейтронных звёзд. Авторы и права: University of Warwick/Mark Garlick.
Согласно первой теории, если нейтронная звезда формируется быстро вращаясь, то совместная работа конвекции и вращения, которая имеет доминирующее влияние в первые несколько секунд существования нейтронной звезды, может привести к образованию мощного магнитного поля. Этот процесс известен учёным как “активное динамо”.
Однако в результате недавних исследований, астрономами была предложена вторая теория формирования магнетаров. Исследователи обнаружили магнетар, который в будущем покинет нашу галактику. Мы уже видели примеры убегающих звёзд, и все они приобретали свою траекторию в результате взрыва сверхновых в двойной системе. Другими словами, этот магнетар также являлся частью бинарной системы.
В такой системе две звезды вращаются друг около друга ближе, чем Земля вокруг Солнца. Это настолько близко, что материал в звёздах может перетекать туда и обратно. Сперва большая звезда начинает раздуваться и передавать материал меньшей звезде. Это увеличение массы приводит к увеличению размеров меньшей звезды и материал начинает перетекать обратно на первую звезду.
В конце концов одна из звёзд взрывается и выбрасывает другую звезду прочь из Млечного Пути, а на месте взрыва остаётся необычная нейтронная звезда, то есть все эти бинарные взаимодействия превратили нейтронную звезду в магнетар. Возможно это и есть решение загадки магнетара.
Магнитное поле магнетара действительно заставит вас испугаться. Магнитная индукция в центре Земли составляет около 25 Гаусс, а вот на поверхности планеты она не превышает 0,5 Гс. Обычная нейтронная звезда имеет магнитное поле с магнитной индукцией в несколько триллионов Гс. Магнетары же ещё в 1000 раз мощнее, чем нейтронные звёзды.
Звездотрясения, разрушающие поверхность нейтронной звезды в представлении художника. Авторы и права: Darlene McElroy of LANL.
Одной из самых интересных особенностей магнетаров является то, что они могут испытывать звездотрясения. Вы знаете, что существуют землетрясения, но на звёздах – это будут звездотрясения. Когда магнетары образуются, они имеют более плотную внешнюю оболочку. Эта “нейтронная кора” может треснуть, подобно тектоническим плитам на Земле. Когда это происходит магнетар испускает пучок излучения, который мы можем увидеть на огромных расстояниях.
На самом деле, самое мощное из когда-либо зарегистрированных звездотрясений случилось с магнетаром под названием SGR 1806-20, который расположен примерно в 50 000 световых лет от Земли. В десятую долю секунды, этот магнетар выпустил больше энергии, чем Солнце производит за 100 000 лет. И это не был даже взрыв всего объекта, это была просто небольшая трещина на поверхности магнетара.
Магнетары являются удивительными и опасными объектами. К счастью, они находятся очень далеко, и вам не стоит беспокоиться об их влиянии на вашу жизнь.
(до 10 11 Тл). Теоретически существование магнетаров было предсказано в 1992 году , а первое свидетельство их реального существования получено в 1998 году при наблюдении мощной вспышки гамма- и рентгеновского излучения от источника SGR 1900+14 в созвездии Орла . Однако вспышку, которую наблюдали ещё 5 марта 1979 года тоже связывают с магнетаром. Время жизни магнетаров составляет около 1 млн лет . У магнетаров сильнейшее магнитное поле во Вселенной .
Описание
Магнетары являются малоизученным типом нейтронных звёзд по причине того, что немногие находятся достаточно близко к Земле . Магнетары в диаметре насчитывают около 20-30 км, однако массы большинства превышают массу Солнца . Магнетар настолько сжат, что горошина его материи весила бы более 100 миллионов тонн . Большинство из известных магнетаров вращаются очень быстро, как минимум несколько оборотов вокруг оси в секунду . Наблюдаются в гамма-излучении , близком к рентгеновскому , а радиоизлучение они не испускают . Жизненный цикл магнетара достаточно короток. Их сильные магнитные поля исчезают по прошествии примерно 10 тыс. лет, после чего их активность и излучение рентгеновских лучей прекращается. Согласно одному из предположений, в нашей галактике за всё время её существования могло сформироваться до 30 миллионов магнетаров . Магнетары образуются из массивных звёзд с начальной массой около 40 М ☉ .
Первая известная мощная вспышка с последующими пульсациями гамма-излучения была зафиксирована 5 марта 1979 года во время эксперимента «Конус», проводившегося на АМС «Венера-11 » и «Венера-12 » и считается первым наблюдением гамма-пульсара, связываемого ныне с магнетаром :35 . Впоследствии такие выбросы фиксировались различными спутниками в и 2004 годах .
Модель магнетара
Из пяти известных четыре SGR расположены в пределах нашей галактики, ещё один - за её пределами.
Количество энергии, которое выбрасывается при обычной вспышке, длящейся несколько десятых секунды, сравнимо с количеством, которое Солнце излучает за целый год. Эти невероятные выбросы энергии могут быть вызваны «звездотрясениями» - процессами разрыва твердой поверхности (коры) нейтронной звезды и выброса из её недр мощных потоков протонов, которые захватываются магнитным полем и излучают в гамма- и рентгеновских областях электромагнитного спектра.
Для объяснения этих вспышек была предложена концепция магнетара - нейтронной звезды с чрезвычайно мощным магнитным полем. Если нейтронная звезда рождается, быстро вращаясь, то совместное влияние вращения и конвекции, которая играет важную роль в первые несколько секунд существования нейтронной звезды, может создать мощное магнитное поле в результате сложного процесса, известного как «активное динамо» (аналогично тому, как магнитное поле создается внутри Земли и Солнца). Теоретики были удивлены, что такое динамо, работая в горячей (~ 10 10 K) сердцевине нейтронной звезды, может создавать магнитное поле с магнитной индукцией ~ 10 15 Гс. После охлаждения (через несколько десятков секунд), конвекция и динамо прекращают своё действие.
Другим типом объектов, которые излучают мощное рентгеновское излучение во время периодических взрывов, являются так называемые аномальные рентгеновские пульсары - AXP (Anomalous X-ray Pulsars). SGR и AXP характеризуются более длинными периодами обращения (2-12 с), чем большинство обычных радиопульсаров. В настоящее время считается, что SGR и AXP представляют единый класс объектов (на 2015 год известно около 20 представителей этого класса) .
Известные магнетары
По состоянию на март 2016 года было известно одиннадцать магнетаров, и ещё четыре кандидата ожидали подтверждения. Примеры известных магнетаров:
По состоянию на сентябрь 2008, ESO сообщает об идентификации объекта, который изначально считали магнетаром, SWIFT J195509+261406; первоначально он был выявлен по гамма-всплескам (GRB 070610).
Полный список приведён в каталоге магнетаров .
См. также
Примечания
- В современной русскоязычной литературе формы написания через «е» и через «и» конкурируют. В популярной литературе и новостных лентах преобладает калька с английского magnetar - «магне тар », тогда как специалисты в последнее время склоняются к написанию «магни тар » (см., напр., Потехин А. Ю. Физика нейтронных звёзд // Успехи физических наук, т.180, с.1279-1304 (2010)). Аргументы в пользу такого написания приведены, например, в обзоре С. Б. Попова и М. Е. Прохорова (см. список литературы).
- FAQ: Магнитары 10 фактов о самых необычных типах нейтронных звезд от Сергея Попова Известные магнитары
- Звездный гибрид: Пульсар плюс магнетар - Популярная механика
- В реальности вещество не может иметь такую плотность при недостаточно большой массе тела. Если из нейтронной звезды выделить часть размером с горошину и обособить его от всего остального её вещества, то оставшаяся масса не сможет удержать прежнюю плотность, и «горошина» станет взрывообразно расширяться.
- Magnetar (1999) (неопр.) (недоступная ссылка) . Проверено 17 декабря 2007. Архивировано 14 декабря 2007 года.
- «Физический минимум» на начало XXI века Академик Виталий Лазаревич Гинзбург
- Magnetars, Soft Gamma Repeaters and Very Strong Magnetic Fields (неопр.) . Robert C. Duncan, University of Texas at Austin (март 2003). Проверено 4 августа 2009. Архивировано 27 февраля 2012 года.
- How Much Mass Makes a Black Hole? , SpaceRef, 19.08.2010
- Алексей Понятов. Импульсивная // Наука и жизнь . - 2018. - № 10 . - С. 26-37 .
- Potekhin A.Y.., De Luca A., Pons J.A. Neutron Stars-Thermal Emitters (англ.) // Space Sci. Rev. : журнал. - N.Y.: Springer, 2015. - October (vol. 191 , iss. 1 ). - P. 171-206 . - DOI :10.1007/s11214-014-0102-2 . - arXiv :1409.7666 .
Данный вид звезд чрезвычайно редко встречается в природе. Не так уж давно вопрос об их нахождении и непосредственно возникновении подвергал ученых астрологов в неопределенность. Но, благодаря расположенному в Панамской обсерватории, в Чили, принадлежащему к Европейской Южной обсерватории, Очень большому телескопу (VLT) и по собранным с его помощью данным, астрономы могут теперь смело считать, что наконец-то смогли разрешить одну из многочисленных загадок такого непостижимого для нас космоса.
Как уже было замечено выше в этой статье, магнетары - это очень редкий вид нейтронных звезд, которым присуща огромнейшая сила (они самые сильные из пока известных объектов во всей Вселенной) магнитного поля. Одной из особенностей данных звезд считается то, что они относительно малы в размерах и имеют невероятную плотность. Ученые предполагают, что масса всего одного кусочка данной материи величиной в небольшой стеклянный шарик может достигать более одного миллиарда тонн.
Данный вид звезд может образовываться в тот момент, когда массивные звезды начинают коллапсировать под действием мощи собственной гравитации.
Магнетары в нашей галактике
Млечный путь насчитывает около трёх десятков магнетаров. Объект, изученный при помощи Очень большого телескопа, находится в скоплении звезд под названием Вестерлунд-1, а именно в южной части созвездия Жертвенника, что расположено всего в 16 тысячах световых лет от нас с вами. Звезда, которая сейчас стала магнетаром, по своему размеру превышала наше Солнце примерно в 40?45 раз. Это наблюдение привело ученных в смятение: ведь звезды таких больших размеров, по их мнению, при коллапсе должны превращаться в черные дыры.
Тем не менее, тот факт, что звезда, до этого носившая название CXOU J1664710.2-455216, в результате собственного коллапса превратившаяся в магнитар, мучил астрономов в течении нескольких лет. Но всё же ученные предполагали, что предшествовало такому весьма нетипичному и необычному явлению.
Рассеянное звездное скопление Westerlund 1. На снимки обозначен магнетар и его звезда-компаньон, оторванная взрывом от него. Источник: ESO
Относительно недавно, в 2010 году, на обсуждение было выдвинуто предположение о том, что магнетар появился в результате близкого взаимодействия между двумя массивными звездами. Следуя этому предположению, звезды оборачивались одна вокруг другой, что и вызвало превращение. Данные объекты на столько близко находились, что без проблем поместились бы в столь малое пространство, как расстояние между орбитами Солнца и Земли.
Но, до недавнего времени, ученым, занимающимся этой проблемой, не удавалось найти какие-либо доказательства о взаимном и столь близком сосуществовании двух звезд в предполагаемой модели бинарной системы. Но при помощи Очень большого телескопа, астрономы получили возможность более детально изучить интересующий их участок неба в котором находится звездные скопления и найти подходящие объекты скорость движения которых достаточно высока («беглые» или «убегающие» звезды). По одной из теорий считается, что такие объекты были отброшены со своих родных орбит в следствии от взрыва сверхновых звезд, образующих магнетары. И, в самом деле, нашлась эта звезда, которую в последствии ученные назвали Вестерлунд 1?5.
Автор, который опубликовал данные исследования, Бен Ритчи, объясняет роль найденной «бегущей» звезды так:
«Мало того, что найденная нами звезда имеет колоссальную скорость в движении, которая вполне возможно была вызвана взрывом сверхновой звезды, так здесь представляется тандем её удивительно малой массы, высокой светимости и её составляющие, богатые углеродом. Это удивительно, ведь данные качества редко совмещаются в одном объекте. Все это свидетельствует о том, что Вестерлунд 1?5 мог действительно образоваться в бинарной системе».
С собранными данными о данной звезде, команда астрономов реконструировала предполагаемую модель появления магнетара. По предложенной схеме запас топлива у меньшей звезды был выше нежели у её «компаньонки». Таким образом, мелкая звезда начала притягивать к себе верхние шары крупной, что привело к интегрированию сильного магнитного поля.
Спустя некоторое время малый объект стал больше своего бинарного компаньона, что вызвало обратный процесс передачи верхних слоёв. По мнению одного из участников эксперимента, Франциско Нахарро, данные действия исследуемых объектов в точности напоминает известную детскую игру «Передай другому». Целью игры является заворачивание некого предмета в несколько слоёв бумаги и передача его по кругу состоящему из детей. Каждый участник должен развернуть один слой обертки, найдя при этом интересную безделушку.
По идее, большая из двух звезд превращается в меньшую и отбрасывается из бинарной системы, в тот момент, как вторая звезда быстро оборачивается вокруг своей оси и превращается в сверхновую звезду. В данной ситуации «бегущая» звезда, Вестерлунд 1?5, является второй звездой в бинарной паре (она несет в себе все известные признаки описанного процесса).
Ученые, которые занимались исследованием этого интереснейшего процесса, на основе собранных ими данных во время эксперимента пришли к выводу, что очень быстрое вращение и передача массы между бинарными звездами является ключом к формированию редких нейтронных звезд, также известных как магнетары.
Видео про магнетар: