КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VI

ФІЗИКА ЗІР І ТУМАННОСТЕЙ

Розділ 17

ЕРУПТИВНІ ЗМІННІ ЗОРІ

17.4. Пульсари

Пульсарами (від англ. pulse — ритм імпульсів) називаються джерела імпульсного радіовипромінювання з дуже високою стабільністю періоду надходження імпульсів. Деякі пульсари випромінюють енергію не лише в радіодіапазоні, але й в інфрачервоному, оптичному, рентгенівському і, навіть, гамма-діапазоні.

Пульсари було відкрито випадково. Це сталося у грудні 1967 р., після того, як група вчених Кембріджського університету (Англія), яка працювала з апаратурою, здатною виділяти радіосигнали тривалістю усього у декілька тисячних часток секунди, проаналізувала результати спостережень, проведених упродовж майже п'яти місяців. Згадані вчені планували вивчати мерехтіння точкових радіоджерел, що виникає при проходженні їх радіохвиль через неоднорідну плазму сонячного вітру.

Було визначено, що в першого пульсара імпульси тривалістю близько 0,3 с повторюються через кожні 1,337301 с (рис. 17.7). Як виявилося згодом, цей період Р навіть протягом півроку зберігається з точністю до 10-8 с, хоча амплітуда сигналу змінюється, а іноді сигнал на фоні шумів узагалі не реєструється.

image102

Рис. 17.7. Радіоімпульси від пульсара PSR 1919+21 (верхній ряд), положення яких відмічено стрілками (нижній ряд); вказаний період імпульсів

Зараз відомо близько 400 пульсарів. У каталогах їх звичайно позначають комбінацією літер PSR і екваторіальних координат (пряме піднесення і схилення з відповідним знаком). Наприклад, пульсар у Крабоподібній туманності позначається так: PSR 0531+21 (його пряме піднесення α = 05h 31m, а схилення δ = +21°).

Періоди відомих пульсарів є в межах від 0,0015 с до 4,3 с, а більшість з них мають періоди від 0,5 с до 1 с. Тривалість кожного імпульсу становить від 1 до 10% тривалості періоду. Хоча в кожного пульсара період надходження імпульсів зберігається з високою точністю (наприклад, для PSR 1919+21 він становить 1,33730110168 с), тривалі спостереження показують, що періоди пульсарів з часом повільно зростають. Зокрема, для пульсара PSR 0531+21, який є залишком спалаху Наднової 1054 р. (Крабоподібна туманість) і спостережуваний період якого дорівнює приблизно 0,033 с, швидкість зростання періоду становить 1,3· 10-5 с за рік, тобто він стає у два рази більшим за кожні 2500 років. А ось, наприклад, для пульсара PSR 1919+21 таке подвоєння займає проміжок часу у 42 млн. років. Визначено, що вік пульсарів становить, як правило 106 — 107років і не перевищує 108—109 років.

Спочатку, після реєстрації таких строго періодичних і чітких радіосигналів з космосу, вирішили, що вони надсилаються позаземними цивілізаціями, але дуже швидко була з'ясована справжня природа пульсарів. Сьогодні загальноприйнятою є модель, за якою пульсар — це нейтронна зоря, що дуже швидко обертається навколо своєї осі і має сильне магнітне поле, вісь якого не співпадає з віссю обертання. У такій моделі інтервал між імпульсами відповідає періодові обертання нейтронної зорі навколо своєї осі (рис. 17.8). Це — так звана модель маяка.

image103

Рис. 17.8. Модель пульсара типу «маяка»

Як вже знаємо, нейтронна зоря — це продукт колапсу ядра масивної зорі. Всім зорям властиве обертання, одні можуть обертатися швидко, інші — повільно. Якщо припустити, що під час колапсу механічний обертальний момент ядра зберігається, то зменшення розмірів ядра від приблизно 1011 см (ядра таких розмірів типові для масивних зір) до 106см (радіус нейтронної зорі) приведе до зростання кутової швидкості обертання у 1010 разів.

Знайомий нам приклад зростання кутової швидкості з послідовним зменшенням розмірів — фігурист, який обертається на льоду. В міру того, як він наближує руки до себе, швидкість його обертання збільшується.

Радіовипромінювання виникає в магнітосфері нейтронної зорі, там напруженість магнітного поля надзвичайно висока (1011—1013E). Вона збільшується під час колапсу так само, як і кутова швидкість обертання. Як вважають, енергія висвічування пульсара вивільняється завдяки повільному гальмуванню обертального руху нейтронної зорі. Очевидно, біля полюсів виникають сильні електричні поля, які прискорюють потоки частинок, що рухаються із зон магнітних полюсів уздовж магнітних силових ліній. Енергія цих частинок перетворюється в електромагнітне випромінювання, мабуть, завдяки синхротронному механізму. Випромінювання з магнітосфери виходить у вигляді конуса, який, обертаючись разом із нейтронною зорею, неначе променем прожектора прокреслює глибини космосу. Якщо просторова орієнтація осі обертання нейтронної зорі є такою, що в цей конус потрапляє Земля, то прилади будуть фіксувати радіосигнал з періодичністю, що дорівнює періодові обертання нейтронної зорі. Найшвидші пульсари встигають за одну секунду зробити сотні обертів навкруг осі обертання. Це так звані мілісекундні пульсари, періоди яких не перевищують десяти мілісекунд. їх сьогодні відомо понад тридцять. Вдалося з'ясувати, що такі пульсари входять до складу подвійних систем. Акреція речовини на пульсар може спричинити підвищення темпу обертання останнього.

Швидке обертання надає формі нейтронної зорі помітної сплюснутості, а це, у свою чергу, викликає істотні натяги в її твердій корі. Поступове їх накопичення може спричинити різку деформацію поверхні зорі — зоре- трус, який проявляє себе у епізодичних стрибкоподібних змінах величини періоду. У деяких пульсарів це явище справді спостерігається.

Відстані до пульсарів обчислено за допомогою різниці в часі між моментом реєстрації імпульсів на високих і низьких частотах. Ця різниця виникає тому, що групова швидкість сигналів на різних частотах є неоднаковою при їх проходженні через міжзоряне середовище, де є певна кількість вільних електронів. Так виявили, що пульсари перебувають на відстанях від десятків до тисяч парсеків від Сонця, і що ці об'єкти групуються поблизу площини Молочного Шляху. Сьогодні відомі два пульсари, які розташовані в залишках Наднових зір. Окрім PSR 0531+21 у Крабоподібній туманності, це ще PSR 0833—45 у сузір'ї Парусів. Обидва вони — наймолодші пульсари з усіх відомих. Навколо останніх залишки наднових зір відсутні, що ймовірно пов'язано з їх достатньо великим віком (мільйони років), який набагато перевищує час існування залишків Наднових. Прості оцінки свідчать про те, що за такий тривалий час оболонка, скинута при спалаху Наднової другого типу, повинна повністю розсіятися у міжзоряному середовищі.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.