Наука в массы (Пульсары)

Пульсары являются одними из самых странных объектов во всей Вселенной. В 1967 году в Кембриджской обсерватории Джоселин Белл и Энтони Хьюиш изучали звезды и нашли нечто совершенно экстраординарное. Это был очень похожий на звезду объект, который как бы излучал быстрые импульсы радиоволн. О существовании радио источников в космосе было известно в течении достаточно долгого времени. Но такой излучающий быстрые импульсы объект был зафиксирован впервые. Они возникали как заводные, один раз в секунду. Сначала подумали, что сигнал исходит от орбитального спутника, но эту идею очень быстро откинули. После того как было найдено еще несколько таких же объектов, их назвали пульсарами благодаря их быстро пульсирующему характеру.

Яркие пульсары обнаружили практически на каждой длине волны света. Некоторые действительно можно увидеть. Большинство людей, как правило, путает пульсары с квазарами. Но эти два объекта являются абсолютно разными. Квазары представляют собой объекты, производящие огромное количество энергии. Скорее всего, они возникли как результат огромной черной дыры в центре молодой галактики. Но пульсар – это нечто совсем другое.

По сути пульсар – это быстро вращающаяся нейтронная звезда. Нейтронная звезда – это сильноуплотненное ядро мертвой звезды, оставшееся после взрыва сверхновой. Эта нейтронная звезда обладает мощным магнитным полем. Это магнитное поле около одного триллиона раз сильнее магнитного поля Земли. Магнитное поле заставляет нейтронную звезду излучать от ее северного и южного полюсов сильные радиоволны и радиоактивные частицы. Эти частицы могут включать в себя различные излучения, в том числе и видимый свет.

Пульсары, которые излучают мощные гамма-лучи, известны как пульсары гамма- лучей. Если нейтронная звезда располагается своим полюсом к Земле, то мы можем видеть радиоволны каждый раз, как только один из полюсов попадает в наш ракурс. Этот эффект очень похож на эффект маяка. Неподвижному наблюдателю кажется, что свет вращающегося маяка постоянно мигает, то пропадая, то появляясь опять. Таким же образом нам кажется, что пульсар мигает, когда он вращается своими полюсами относительно Земли. Разные пульсары издают импульсы разной скорости, в зависимости от размера и массы нейтронной звезды. Иногда пульсар может иметь спутника. В некоторых случаях он может притягивать своего спутника, что заставляет вращаться его еще быстрее. Самые быстрые пульсары могут издавать более ста импульсов в секунду.

Образование пульсара происходит, когда погибает массивная звезда, исчерпавшая свои запасы топлива. Происходит большой взрыв, известный как сверхновая звезда — самое мощное и наиболее яркое событие во Вселенной. Без противодействующей балансирующей силы ядерного синтеза, притяжение начинает стягивать звездные массы внутрь пока они не становятся очень сильно сжатыми. В пульсаре гравитация уплотняет их пока не образуется объект, состоящий в основном из нейтронов, упакованных настолько плотно, что они больше не могут существовать как обычное вещество.

Физик Чандрасекар Сабрахманьян предположил, что если масса ядра разрушенной звезды в 1,4 раза больше массы самой звезды, протоны и электроны будут объединятся в нейтроны в нейтронной звезде. Это число известно сегодня как предел Чандрасекара. Если этот предел не достигается в результате разрушения ядра, тогда образуется белый карлик. Если этот лимит значительно превышен, то в результате может возникнуть черная дыра.
Разрушающаяся звезда начинает вращаться более быстро, что известно, как сохранение количества движения при вращении. Этот процесс похож на фигуристов, старающихся тесно сжать руки, чтобы вращаться еще быстрее. В результате остается быстро вращающийся шар плотно упакованных нейтронов внутри железной оболочки. Чрезвычайные силы тяжести делают эту оболочку очень гладкой и блестящей. В результате нейтронная звезда имеет лишь около 20 миль в диаметре, содержа при этом большую часть массы первоначальной звезды с которой она была сформирована. Материя этой нейтронной звезды упакована так плотно, что кусок размером с кусочек сахара будет весить более 100 млн. тонн на Земле.

Новые пульсары обнаруживают даже сегодня с помощью больших радиотелескопов. Самый большой радиотелескоп в мире находится в Аресибо, в Пуэрто-Рико. Он был одним из ключевых инструментов в поиске пульсаров. Несколько новых пульсаров были обнаружены за последние несколько лет. Пульсар есть внутри знаменитой Крабовидной туманности (M1).

Недавно 1000-ый пульсар был обнаружен в Австралии с использованием новой радиотелескопной технологии, известный как многолучевая поисковая система.

Самый быстрый пульсар PSR1937 +21 имеет период импульсов 1,56 мс или 640 раз в секунду. Самым сильным пульсаром является PSR 0329 +54 с очень медленным импульсом всего лишь в 0,715 секунд. Недавно были обнаружены такие пульсары как PSR 1257 +12. Ученые полагают, что вокруг них вращаются планеты.

Если вы ищете что-то действительно уникальное, тогда проверьте космическую троицу, разысканную командой международных астрономов, использующих радиотелескоп Грин-Бэнк (Green Bank Telescope, GBT).

Эта необычная группа находится в созвездии Тельца и включает в себя пульсар, выведенный на орбиту парой белых карликов. Это первый случай, когда исследователи нашли тройную звездную систему, содержащую пульсар.

«Это действительно удивительная система с тремя дегенеративными объектами. Она пережила три этапа массообмена и взрыв сверхновой, и все же она осталась динамически стабильной», сказал Томас Таурис (Thomas Tauris), первый автор исследования. «Пульсары ранее находили с планетами, и в последние годы был обнаружен ряд своеобразных двойных пульсаров. Но этот новый миллисекундный пульсар – первый обнаруженный с двумя белыми карликами.
Это было не просто случайное открытие. Наблюдения далекого J0337+1715 (4 200 световых лет от Земли) пришло в интенсивной программе исследований с участием нескольких крупнейших в мире радиотелескопов, в том числе GBT, радиотелескопа в Аресибо в Пуэрто-Рико и WSRT (Westerbork Synthesis Radio Telescope) Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON). Аспирант Университета Западной Вирджинии Джейсон Бойлес (Jason Boyles) был первым обнаружившим миллисекундный пульсар, вращающийся почти 366 раз в секунду, «захвативший» систему, размером не больше, чем орбита Земли вокруг Солнца. «Эта трехзвездная система предоставляет нам больше шансов изучить работу таких систем, и, возможно, обнаружить проблемы общей теории относительности, которые некоторые физики ожидают увидеть в таких экстремальных условиях», сказал Скотт Рэнсом (Scott Ransom) из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO).
Мало того, что исследовательская группа взялась за огромное количество информации, но она также решила взять на себя задачу моделирования системы. «Наши наблюдения этой системы помогли сделать несколько самых точных измерений масс в астрофизике», сказала одна из исследователей Энн Арчибальд (Anne Archibald) из ASTRON. «Некоторые из наших измерений относительных положений с точностью до сотни метров, хотя эти звезды находятся примерно в 10 000 триллионов километрах от Земли», добавила она. «Продвигаясь вперед, система предоставляет ученым уникальную возможность обнаружить нарушение концепции под названием сильный принцип эквивалентности. Это принцип является важным аспектом общей теории относительности и заявляет, что воздействие силы тяжести на тело не зависит от характера или внутренней структуры этого тела».