Ovaj tip zvijezde su izuzetno rijetke u prirodi. Ne tako davno, pitanje njihove lokacije i njihove neposredne pojave ostavilo je učene astrologe u neizvjesnosti. Ali zahvaljujući veoma velikom teleskopu (VLT) koji se nalazi u Panamskoj opservatoriji u Čileu, koji pripada Evropskoj južnoj opservatoriji, i podacima prikupljenim s njim, astronomi sada mogu sa sigurnošću vjerovati da su konačno uspjeli riješiti jednu od mnogih misterija tako za nas neshvatljivog prostora.

Kao što je već navedeno u ovom članku, magnetari su vrlo rijetka vrsta neutronskih zvijezda, koje karakterizira ogromna snaga magnetskog polja (oni su najjači poznati objekti u cijelom svemiru). Jedna od karakteristika ovih zvijezda je da su relativno male veličine i imaju nevjerovatnu gustinu. Naučnici sugerišu da masa samo jednog komada ove materije, veličine male staklene kugle, može dostići više od milijardu tona.

Ova vrsta zvijezda može se formirati kada masivne zvijezde počnu kolabirati pod snagom vlastite gravitacije.

Magnetari u našoj galaksiji

Mliječni put ima oko tri tuceta magnetara. Objekt koji se proučava sa veoma velikim teleskopom nalazi se u jatu zvijezda zvanom Westerlund-1, odnosno u južnom dijelu sazviježđa Oltar, koje se nalazi samo 16 hiljada svjetlosnih godina od nas. Zvezda, koja je sada postala magnetar, bila je oko 40-45 puta veća od našeg Sunca. Ovo zapažanje dovelo je naučnike u zabunu: na kraju krajeva, zvijezde takve velike veličine, po njihovom mišljenju, trebalo bi da se sruši u crne rupe.

Međutim, činjenica da se zvijezda, ranije nazvana CXOU J1664710.2-455216, pretvorila u magnetar kao rezultat vlastitog kolapsa, mučila je astronome nekoliko godina. Ali ipak, naučnici su pretpostavili da je to prethodilo takvom vrlo netipičnom i neobičnom fenomenu.

Otvoreno zvjezdano jato Westerlund 1. Slike pokazuju magnetar i njegovu zvijezdu pratilju, otrgnute od njega eksplozijom. Izvor: ESO

Relativno nedavno, 2010. godine, iznesena je pretpostavka da se magnetar pojavio kao rezultat bliske interakcije između dvije masivne zvijezde. Slijedeći ovu pretpostavku, zvijezde su se okrenule jedna oko druge, što je izazvalo transformaciju. Ti su objekti bili toliko blizu da bi se lako uklopili u tako mali prostor kao što je udaljenost između orbita Sunca i Zemlje.

Ali, donedavno naučnici koji su se bavili ovim problemom nisu mogli da pronađu nikakav dokaz o međusobnoj i tako bliskoj koegzistenciji dve zvezde u predloženom modelu binarnog sistema. Ali uz pomoć Vrlo velikog teleskopa, astronomi su uspjeli detaljnije proučiti dio neba koji ih zanima u kojem se nalaze zvjezdana jata i pronaći prikladne objekte čija je brzina prilično velika („odbjeglo“ ili „odbjeglo“ zvijezde). Prema jednoj teoriji, vjeruje se da su takvi objekti izbačeni iz svojih matičnih orbita kao rezultat eksplozije supernova koje formiraju magnetare. I, zapravo, pronađena je ova zvijezda, koju su naučnici kasnije nazvali Westerlund 1x5.

Autor koji je objavio podatke studije, Ben Ritchie, tumači ulogu pronađene zvijezde koja "trči" na sljedeći način:
“Ne samo da zvijezda koju smo pronašli ima ogromnu brzinu u kretanju, što je vrlo moguće uzrokovano eksplozijom supernove, već se ovdje čini da je to tandem svoje iznenađujuće male mase, visokog sjaja i komponenti bogatih ugljikom. Ovo je iznenađujuće, jer se ovi kvaliteti rijetko kombiniraju u jednom objektu. Sve ovo ukazuje da se Westerlund 1x5 zaista mogao formirati u binarnom sistemu.”

Sa prikupljenim podacima o ovoj zvijezdi, tim astronoma je rekonstruirao navodni model izgleda magnetara. Prema predloženoj shemi, opskrba gorivom manje zvijezde bila je veća od one njene "saputnice". Tako je mala zvijezda počela da privlači gornje kugle velike, što je dovelo do integracije jakog magnetnog polja.

Nakon nekog vremena, mali objekt je postao veći od svog binarnog pratioca, što je izazvalo obrnuti proces prijenosa gornjih slojeva. Prema riječima jednog od učesnika eksperimenta, Francisca Najarroa, ove radnje predmeta koji se proučavaju upravo podsjećaju na poznatu dječju igricu „Predaj drugome“. Cilj igre je umotati predmet u nekoliko slojeva papira i proslijediti ga po krugu djece. Svaki učesnik mora odmotati jedan sloj omota, pronalazeći zanimljivu sitnicu u procesu.

U teoriji, veća od dvije zvijezde pretvara se u manju i odbacuje se iz binarnog sistema, u trenutku kada se druga zvijezda brzo okrene oko svoje ose i pretvori u supernovu. U ovoj situaciji, zvijezda "trčanje", Westerlund 1x5, je druga zvijezda u binarnom paru (nosi sve poznate karakteristike opisanog procesa).
Naučnici koji su proučavali ovaj fascinantan proces, na osnovu podataka koje su prikupili tokom eksperimenta, došli su do zaključka da je vrlo brza rotacija i prijenos mase između binarnih zvijezda ključ za nastanak rijetkih neutronskih zvijezda, poznatih i kao magnetari.

Video o magnetaru:

Umjetnička ilustracija koja prikazuje magnetar u vrlo bogatom i mladom zvjezdanom jatu. Autorska prava i autorska prava: ESO / L. Calçada.

Možda mislite da je svemir savršen za život. Međutim, nije. Gotovo cijeli svemir je užasno i neprijateljsko mjesto, a mi smo imali sreće što smo rođeni na praktično bezopasnoj planeti u udaljenom području. mliječni put.

Ovdje na Zemlji možete živjeti dug i srećan život, ali postoje mjesta u Univerzumu gdje nećete izdržati ni par sekundi. Ništa nije smrtonosnije od objekata koje supernove ostavljaju za sobom: neutronskih zvijezda.

Kao što znate, neutronske zvijezde nastaju kada zvijezde masivnije od našeg Sunca eksplodiraju kao supernove. Kada ove zvijezde umru, ne mogu se oduprijeti snažnoj gravitaciji i skupljaju se u objekte promjera nekoliko desetina kilometara. Kao rezultat tako ogromnog pritiska, unutar objekta nastaju neutroni.

U većini slučajeva dobijate neutronske zvijezde prvog tipa - pulsare. Pulsar je sićušna neutronska zvijezda koja rotira ogromnom brzinom, ponekad dostižući nekoliko stotina okretaja u sekundi.

Međutim, otprilike jedna od deset neutronskih zvijezda postaje zaista nešto vrlo čudno. Postaje magnetar - najmisteriozniji i najstrašniji objekt u svemiru. Verovatno ste čuli ovu reč, ali šta je to?

Kao što sam rekao, magnetari su neutronske zvijezde nastale kao rezultat eksplozija supernove. Ali šta se dešava tokom njihovog formiranja tako neobično da njihovo magnetno polje premašuje magnetna polja bilo kojih drugih objekata stotinama, hiljadama, pa čak i milionima puta? U stvari, astronomi ne znaju tačno šta čini magnetska polja magnetara tako moćnim.

Umetnički utisak o spajanju dve neutronske zvezde. Zasluge i autorska prava: Univerzitet Warwick/Mark Garlick.

Prema prvoj teoriji, ako se neutronska zvijezda formira brzim rotiranjem, tada zajednički rad konvekcije i rotacije, koji ima dominantan utjecaj u prvih nekoliko sekundi postojanja neutronske zvijezde, može dovesti do stvaranja neutronske zvijezde. moćno magnetno polje. Ovaj proces je naučnicima poznat kao „aktivni dinamo“.

Međutim, kao rezultat nedavnih istraživanja, astronomi su predložili drugu teoriju za formiranje magnetara. Istraživači su otkrili magnetar koji će u budućnosti napustiti našu galaksiju. Već smo vidjeli primjere zvijezda odbjeglih, a sve su dobile svoju putanju kao rezultat eksplozije supernove u binarnom sistemu. Drugim riječima, ovaj magnetar je također bio dio binarnog sistema.

U takvom sistemu, dvije zvijezde kruže jedna oko druge bliže nego što Zemlja kruži oko Sunca. Toliko je blizu da materijal u zvijezdama može teći naprijed-nazad. Prvo, velika zvijezda počinje da bubri i prenosi materijal na manju zvijezdu. Ovo povećanje mase dovodi do povećanja veličine manje zvijezde i materijal počinje teći natrag do prve zvijezde.

Na kraju, jedna od zvijezda eksplodira i odbacuje drugu zvijezdu dalje od Mliječnog puta, a na mjestu eksplozije ostaje neobična neutronska zvijezda, odnosno sve te binarne interakcije pretvorile su neutronsku zvijezdu u magnetar. Možda je ovo rješenje zagonetke magnetara.

Magnetno polje magnetara zaista će vas uplašiti. Magnetna indukcija u centru Zemlje je oko 25 gausa, ali na površini planete ne prelazi 0,5 gausa. Obična neutronska zvijezda ima magnetno polje s magnetskom indukcijom od nekoliko triliona gausa. Magnetari su 1000 puta jači od neutronskih zvijezda.

Zvjezdani potresi uništavaju površinu neutronske zvijezde kako je zamislio umjetnik. Autorska prava i autorska prava: Darlene McElroy iz LANL-a.

Jedan od mnogih zanimljive karakteristike magnetari je to što mogu doživjeti potrese. Znate da ima zemljotresa, ali na zvezdama će to biti zemljotresi. Kada se formiraju magnetari, oni imaju gušću vanjsku ljusku. Ova "neutronska kora" može da pukne poput tektonskih ploča na Zemlji. Kada se to dogodi, magnetar emituje snop zračenja koji možemo vidjeti na velikim udaljenostima.

U stvari, najsnažniji ikad zabilježeni potres dogodio se magnetaru zvanom SGR 1806-20, koji se nalazi oko 50.000 svjetlosnih godina od Zemlje. Za desetinku sekunde, ovaj magnetar je oslobodio više energije nego što je Sunce proizvelo za 100.000 godina. I to čak nije bila eksplozija cijelog objekta, to je bila samo mala pukotina na površini magnetara.

Magnetari su neverovatni i opasni objekti. Na sreću, oni su veoma udaljeni i ne morate da brinete o njihovom uticaju na vaš život.

Neke zvijezde su toliko jako magnetizirane da emituju džinovske bljeskove zbog energije magnetskog polja i značajno se mijenjaju kvantna svojstva vakuum. "Starquake" na magnetaru oslobađa ogromnu količinu elektromagnetne energije (ekvivalentnu energiji potresa magnitude 21 bod) i izbacuje vruću plazma kuglu, koja je zarobljena magnetsko polje.

5. marta 1979. godine, nakon što su spustile lendere u otrovnu atmosferu Venere, sovjetske svemirske stanice Venera 11 i Venera 12 nastavile su svoj let u eliptičnim orbitama kroz unutrašnji Sunčev sistem. Očitavanja radijacijskih brojača na obje stanice fluktuirala su unutar 100 očitavanja u sekundi. Međutim, u 10:51 po srednjeevropskom vremenu (EST), mlaz gama zračenja pogodio je uređaje. U djeliću milisekundi, nivo radijacije je premašio 200 hiljada brojanja u sekundi. Nakon 11 sek. tok gama zraka prekrivao je NASA-inu svemirsku sondu Helios-2, koja se također kretala u orbiti oko Sunca. Postalo je jasno da je ravan front visokoenergetskog zračenja prošao kroz Sunčev sistem. Ubrzo je stigao do Venere, a na satelitu Pioneer VenusOrbiter koji je kružio oko njega, detektor je otišao izvan skale. Nekoliko sekundi kasnije, potok je stigao do Zemlje i registrovala su ga tri Vela satelita američkog Ministarstva odbrane, Sovjetski satelit Prognoz-7 i svemirska opservatorija Ajnštajn. Konačno, na svom putu kroz Sunčev sistem, front talasa je udario u Međunarodnu svemirsku stanicu Sun-Earth Explorer.

Rafal visokoenergetskog tvrdog gama zračenja bio je 100 puta intenzivniji od svih prethodnih koji su dolazili izvan Sunčevog sistema, a trajao je samo 0,2 sekunde. Pratio ga je mlaz mekog rendgenskog i gama zračenja, pulsirajući u trajanju od 8 sekundi. i umro nakon tri minuta. 14,5 sati kasnije u 01:17 6. marta na istoj tački nebeska sfera uočen je još jedan, ali slabiji prasak gama zraka. Tokom naredne četiri godine, grupa naučnika sa Lenjingradskog instituta za fiziku i tehnologiju. A.F. Ioffe, pod vodstvom Evgenyja Mazetsa, registrovao je još 16 epidemija. Razlikovali su se po intenzitetu, ali su bili slabiji i kraći od rafala 5. marta 1979. godine.

Astronomi nikada nisu videli ništa slično. Prvo, u kataloge već poznatih i proučavanih rafala gama-zraka (Gamma-Ray Bursts, GRB) uvršteni su novi rafali, iako su se od njih razlikovali po više načina. 80-ih godina. Kevin C. Hurley sa Univerziteta Kalifornije u Berkliju otkrio je da su se slične eksplozije dogodile u još dva dijela neba. Baklje iz svih ovih izvora su se ponavljale, za razliku od GRB-ova, koji su bljesnuli samo jednom (vidi Sl. br. 4 "U svijetu nauke." Neil Gerels, Luigi Piroi Peter Leonard "Najsjajnije eksplozije u svemiru"). U julu 1986. godine, na konferenciji u Toulouseu, astronomi su se složili oko lokacije ovih izvora na nebu i nazvali ih "Soft Gamma Repeaters" (SGR).

RECENZIJA: SUPERMAGNETIZOVANE NEUTRONSKE ZVIJEZDE

• Astronomi su otkrili nekoliko zvijezda koje emituju moćne bljeskove gama i rendgenskih zraka koji bi mogli biti milioni puta svjetliji od bilo kojeg drugog poznatog repetitivnog praska. Ogromna veličina ovih energija i pulsiranja zračenja ukazuju na neutronske zvijezde - drugi najekstremniji (poslije crnih rupa) tip objekata u svemiru.
• Ove neutronske zvijezde imaju najjača magnetska polja ikada izmjerena, zbog čega se nazivaju magnetari. Uočeni bljeskovi se mogu objasniti magnetskom nestabilnošću sličnom zemljotresima.
• Milioni magnetara lutaju kroz našu galaksiju neprimećeni ostaju aktivni samo 10 hiljada godina.

Prošlo je još sedam godina prije nego što su Duncan i Thompson, dvojica autora ovog rada, došli do objašnjenja za ove čudne objekte, a tek 1988. Cuveliotou i njena grupa su pronašli uvjerljive dokaze koji podržavaju njihov predloženi model. Nedavna zapažanja su pokazala da je sve ovo povezano sa drugom vrstom misterioznih nebeskih tijela poznatih kao anomalni rendgenski pulsari (Anomalous X-ray Pulsars, AXP).

Neutronske zvijezde su najgušća poznata nebeska tijela: njihova masa, malo veća od mase Sunca, koncentrisana je u kuglu prečnika od samo 20 km. SGR studije su pokazale da neke neutronske zvijezde imaju tako jako magnetsko polje da značajno mijenja svojstva materije unutar zvijezda i kvantno stanje vakuum oko njih, što dovodi do fizičkih efekata koji se ne primećuju nigde drugde u svemiru.

Niko nije očekivao

Budući da je eksplozija radijacije u martu 1979. bila tako jaka, teoretičari sugeriraju da je njen izvor negdje u našoj galaksiji na udaljenosti ne većoj od nekoliko stotina svjetlosnih godina od Zemlje. U ovom slučaju, intenzitet rendgenskog i gama zračenja objekta mogao bi biti ispod maksimalnog stacionarnog sjaja zvijezde, koji je 1926. godine izračunao engleski astrofizičar Arthur Eddington. Određuje se pritiskom zračenja koje prolazi kroz vruće vanjske slojeve zvijezde. Ako intenzitet zračenja premaši ovaj maksimum, tada će njegov pritisak nadvladati gravitacijsku silu, uzrokovati izbacivanje tvari zvijezde i narušiti njenu stacionarnost. A fluks zračenja, manji od Edingtonove granice, nije teško objasniti. Na primjer, neki teoretičari sugeriraju da bi eksplozija radijacije mogla biti uzrokovana udarom gomile materije, poput asteroida ili komete, na neutronsku zvijezdu koja se nalazi u blizini.

KANDIDATI ZA MAGNETARE

U našoj Galaksiji i njenom okruženju otkriveno je dvanaest objekata koji bi mogli biti magnetari.

Podaci posmatranja naterali su naučnike da napuste ovu hipotezu. Svaka od svemirskih stanica je zabilježila vrijeme dolaska prvog praska jakog zračenja, što je omogućilo timu astronoma na čelu s Thomasom Klineom (Thomas Litton Cline) iz NASA-inog centra za svemirske letove Goddard da triangulira lokaciju njegovog izvora. Ispostavilo se da se poklapa sa Velikim Magelanovim oblakom, malom galaksijom udaljenom oko 170 hiljada svjetlosnih godina od nas. Tačnije, položaj izvora poklapa se sa mladim ostatkom supernove - blistavim ostacima zvijezde koja je eksplodirala u Velikom Magelanovom oblaku prije 5 hiljada godina. Ako ovo nije slučajnost, izvor mora biti hiljadu puta udaljeniji od Zemlje nego što se prvobitno mislilo, stoga njegov intenzitet mora biti milion puta veći od Edingtonove granice. U martu 1979. ovaj izvor izdvojio je za 0,2 sekunde. onoliko energije koliko Sunce emituje za oko 10 hiljada godina, a ta energija je bila koncentrisana u gama opsegu, a ne raspoređena po čitavom spektru elektromagnetnog zračenja.

Obična zvijezda ne može odavati toliko energije, pa izvor mora biti nešto neobično, poput crne rupe ili neutronske zvijezde. Opcija crne rupe je odbijena jer intenzitet zračenja se mijenjao u periodu od oko 8 sekundi, a crna rupa je objekt bez strukture koji ne može emitovati striktno periodične impulse. Povezanost s ostatkom supernove dalje podržava hipotezu o neutronskoj zvijezdi, za koju se sada smatra da nastaje kada se iscrpi nuklearno gorivo u jezgri obične zvijezde velike mase i ono se uruši pod utjecajem gravitacije, uzrokujući eksploziju supernove.

Ipak, identifikacija izvora praska sa neutronskom zvijezdom nije riješila problem. Astronomi znaju za nekoliko neutronskih zvijezda koje se nalaze u ostacima supernove, to su radio pulsari - objekti koji periodično emituju impulse radio valova. Međutim, izvor praska u martu 1979. rotirao se u periodu od oko 8 sekundi, što je mnogo sporije od rotacije svih radio pulsara poznatih u to vrijeme. Čak i u „mirnim“ vremenima, emitovao je stacionarni fluks rendgenskih zraka tako visokog intenziteta da se usporavanje rotacije neutronske zvijezde ne može objasniti. Takođe je čudno da je izvor primetno pomeren iz centra ostatka supernove. Ako je nastao u središtu ostatka, onda je za takav pomak trebao postići brzinu od 1.000 km / s tokom eksplozije, što nije tipično za neutronske zvijezde.

Konačno, same epidemije izgledaju neobjašnjivo. Rafle rendgenskih zraka su uočene u nekim neutronskim zvijezdama ranije, ali nikada nisu premašile Eddingtonovu granicu. Astronomi su ih pripisivali procesima termonuklearnog sagorijevanja vodonika ili helijuma, ili procesima iznenadnog nakupljanja na zvijezdu. Međutim, intenzitet SGR baklji je bio bez presedana i bio je potreban drugačiji mehanizam da se to objasni.

Uvek usporava

Posljednji prasak gama zraka iz izvora 5. marta 1979. zabilježen je u maju 1983. Dva druga SGR-a smještena u našoj galaksiji otkrivena su 1979. i ostaju aktivna do danas, proizvodeći stotine baklji godišnje. 1998. otkriven je četvrti SGR. Tri od ova četiri objekta vjerovatno su povezana sa ostacima supernove. Dvije od njih se nalaze u blizini vrlo gustih jata masivnih mladih zvijezda, što sugerira njihovo porijeklo od takvih zvijezda. Peti kandidat za SGR se upalio samo dva puta, a njegov tačan položaj na nebu još nije utvrđen.

DVA VRSTA NEUTRONSKE ZVIJEZDE

Struktura neutronske zvijezde zasnovana na teoriji nuklearne materije. U kori neutronske zvijezde, koja je struktura od atomska jezgra i elektrona, mogu se pojaviti potresi. Jezgro se uglavnom sastoji od neutrona i možda kvarkova. Atmosfera vrele plazme može da se proteže samo nekoliko centimetara.

Godine 1996. istraživači Baolian L. Chang, Richard I. Epstein, Robert A. Guyer i C. AlexY oung iz Nacionalne laboratorije u Los Alamosu primijetili su da su SGR izbijanja slični zemljotresima: baklje niže energije se javljaju češće. Ersin Gegus, diplomac Univerziteta Alabama u Hantsvilu, potvrdio je ovo ponašanje za veliki uzorak baklji iz različitih izvora. Slična statistička svojstva karakteristična su za dostizanje samoorganizirajućih sistema kritično stanje, pri čemu mala perturbacija može uzrokovati lančana reakcija. Ovo ponašanje je svojstveno velikom broju sistema - od urušavanja pješčanih padina do magnetnih baklji na Suncu.

Ali zašto se neutronske zvijezde ponašaju na ovaj način? Proučavanje radio pulsara, koji su brzo rotirajuće neutronske zvijezde s jakim magnetnim poljima, pomoglo je da se odgovori na pitanje. Magnetno polje, održavano električnim strujama koje teku duboko unutar zvijezde, rotira sa zvijezdom. Zrakovi radio-talasa emituju se sa magnetnih polova zvijezde i kreću se kroz svemir zbog njene rotacije, poput svjetala farova, uslijed čega se uočavaju pulsacije. Pulsari također emituju tokove nabijenih čestica i niskofrekventnih elektromagnetnih valova, koji odnose energiju od ugaone neutronske zvijezde, uzrokujući postupno usporavanje njene rotacije.

Možda je najpoznatiji pulsar u Rakovinoj magli, ostatku supernove koja je eksplodirala 1054. Njegov period rotacije danas je 33 ms i povećava se za 1,3 ms svakih sto godina. Ekstrapolacija unazad daje vrijednost od oko 20 ms za početni period pulsara. Naučnici vjeruju da će se rotacija pulsara nastaviti usporavati, a na kraju će njegova frekvencija postati toliko mala da neće moći emitovati radio impulse. Brzina usporavanja rotacije izmjerena je za gotovo sve radio pulsare i, prema teoriji, ovisi o jačini magnetnog polja zvijezde. Iz ovih zapažanja, zaključeno je da većina mladih radio pulsara treba da ima magnetno polje između $10^(12)$ i $10^(13)$G. (Poređenja radi, magnet u zvučniku zvučnika ima polje od oko 100 gausa.)

U početku je postojala konvekcijska peć

Ipak, ostaje otvoreno pitanje: odakle dolazi magnetsko polje? Većina astronoma pretpostavlja da je nastala u vrijeme kada zvijezda još nije postala supernova. Sve zvijezde imaju slabo magnetsko polje i ono se može ojačati jednostavno kao rezultat kompresije. Prema Maxwellovim jednadžbama elektrodinamike, smanjenje veličine magnetiziranog objekta za polovicu povećava snagu njegovog magnetnog polja za četiri puta. Tokom kolapsa jezgra masivne zvijezde, završavajući rođenjem neutronske zvijezde, njena veličina se smanjuje za $10^5$ puta, stoga bi se magnetsko polje trebalo povećati za $10^(10)$ puta.

Ako je magnetno polje jezgra zvijezde bilo dovoljno jako od samog početka, kolaps jezgra mogao bi objasniti magnetizaciju pulsara. Nažalost, nemoguće je izmjeriti magnetsko polje unutar zvijezde, pa je nemoguće testirati hipotezu. Osim toga, postoje prilično teški razlozi za vjerovanje da kompresija zvijezde nije jedini razlog za povećanje polja.

Kako se razvija, magnetno polje mijenja svoj oblik, stvarajući električne struje koje teku duž linija magnetnog polja izvan zvijezde.

U zvijezdi plin može cirkulirati kao rezultat konvekcije. Topliji regioni jonizovanog gasa rastu, dok hladniji tonu. Zato što je jonizovani gas dobar provodnik struja, probijajući njegove magnetne linije sile, odnesu se protokom materije. Stoga se polje može promijeniti, a ponekad i pojačati. Pretpostavlja se da upravo ovaj fenomen, poznat kao dinamo mehanizam, može biti uzrok nastanka magnetnih polja kod zvijezda i planeta. Dinamo mehanizam može raditi u bilo kojoj fazi života masivne zvijezde ako se njeno turbulentno jezgro rotira dovoljno brzo. Štaviše, u kratkom periodu nakon transformacije jezgra u neutronsku zvijezdu konvekcija je posebno jaka.

Godine 1986. Adam Burrows sa Univerziteta Arizona i James M. Lattimer sa Državnog univerziteta u New Yorku pokazali su, koristeći kompjuterske simulacije, da temperatura novoformirane neutronske zvijezde prelazi 30 milijardi stepeni. Vruća nuklearna tekućina cirkulira s periodom od 10 ms, posjedujući ogromnu kinetičku energiju. Približno 10 sek. konvekcija se gasi.

Ubrzo nakon Burroughs i Lattimerovih simulacija, Duncan i Thompson, tada na Univerzitetu Princeton, procijenili su važnost tako snažne konvekcije u formiranju magnetnog polja neutronske zvijezde. Sunce se može koristiti kao polazna tačka. Kada supstanca kruži unutar nje, ona se vuče duž magnetnih linija sile, dajući magnetskom polju oko 10% svoje kinetička energija. Ako pokretni medij unutar neutronske zvijezde također pretvara jednu desetinu svoje kinetičke energije u magnetsko polje, tada bi jačina polja trebala premašiti $10^(15)$ G, što je 1000 puta veće od polja većine radio pulsara.

Da li će dinamo raditi u cijelom volumenu zvijezde ili samo u njenim pojedinim područjima ovisi o tome da li je brzina rotacije zvijezde uporediva sa brzinom konvekcije. U dubokim slojevima unutar Sunca, ove brzine su bliske, a magnetno polje se može "samoorganizirati" u velikoj mjeri. Slično, novorođena neutronska zvijezda ima period rotacije ne duži od 10 ms, tako da se superjaka magnetna polja u njoj mogu široko širiti. Godine 1992. dali smo imena takvim hipotetičkim neutronskim zvijezdama magnetari .

Gornja granica jačine magnetnog polja neutronske zvijezde je oko $10^(17)$G. U jačim poljima materija unutar zvijezde počinje da se miješa, a magnetsko polje se raspršuje. U Univerzumu ne znamo za objekte koji mogu generirati i održavati magnetna polja koja prelaze imenovanu granicu. Jedan od nuspojava naših proračuna je zaključak da su radio pulsari neutronske zvijezde u kojima dinamo mehanizam velikih razmjera nije funkcionirao. Dakle, u slučaju pulsara Rakova, mlada neutronska zvijezda rotirala je s periodom od oko 20 ms, odnosno mnogo sporije od perioda konvekcije.

Trepereći mali magnetar

Iako koncept magnetara još nije dovoljno razvijen da objasni prirodu SGR-a, njegove implikacije će vam sada postati jasne. Magnetno polje treba djelovati na rotaciju magnetara kao jaka kočnica. Za 5 hiljada godina, polje od $10^(15)$Gs će usporiti rotaciju objekta toliko da će njegov period dostići 8 sekundi, što objašnjava pulsacije zračenja uočene tokom eksplozije u martu 1979. godine.

Kako se razvija, magnetno polje mijenja svoj oblik, stvarajući električne struje koje teku duž linija magnetnog polja izvan zvijezde, koje zauzvrat stvaraju X-zrake. U isto vrijeme, magnetsko polje se kreće kroz čvrstu koru magnetara, stvarajući u njemu naprezanja savijanja i istezanja. To uzrokuje toplinu unutrašnjim slojevima zvijezde i ponekad dovodi do lomljenja kore, praćenih snažnim "zvijezdama". Elektromagnetna energija koja se oslobađa tokom ovog procesa stvara guste oblake elektrona i pozitrona, kao i iznenadne rafale mekog gama zračenja umerene jačine, koje je dalo naziv periodičnim SGR izvorima.

U rjeđim slučajevima, magnetsko polje postaje nestabilno i podvrgava se preuređenju velikih razmjera. Slične (ali manje) emisije se ponekad javljaju na Suncu, stvarajući sunčeve baklje. Magnetar može imati dovoljno energije za super-moćne baklje poput one uočene u martu 1979. Prema teoriji, tokom prve polovine sekunde džinovskog praska, plazma kugla koja se širi bila je izvor zračenja. Godine 1995. pretpostavili smo da je dio njegove materije uhvaćen magnetima linije sile i držao se blizu zvezde. Ovaj zarobljeni dio se postepeno skupljao i isparavao, kontinuirano emitujući rendgenske zrake. Na osnovu količine oslobođene energije, izračunali smo da je za zadržavanje ove ogromne plazma kugle bilo potrebno magnetsko polje od najmanje $10^(14)$Gs, što odgovara procjeni napravljenoj na osnovu brzine usporavanja zvijezde rotacija.

Godine 1992., Bohdan Paczinski sa Univerziteta Princeton napravio je nezavisnu procjenu magnetnog polja, napominjući da rendgenski zraci mogu lakše proći kroz elektronske oblake ako su nabijene čestice u jakom magnetnom polju. Da bi intenzitet rendgenskog fluksa u baklji bio tako visok, indukcija magnetnog polja mora biti veća od $10^(14)$G.

EKSTREMNA MAGNETSKA POLJA

MAGNETNA POLJA brkaju zračenje i materiju

Dvolomnost vakuuma
Kada polarizovan svetlosni talas (narandžasta linija) uđe u veoma jako magnetno polje, menja svoju brzinu, a time i talasnu dužinu (crne linije).

PHOTON SPLITING
Rentgenski fotoni se lako dijele na dva ili spajaju jedan s drugim. Ovaj proces je važan u poljima jačim od $10^(14)$G.

SUZBIJANJE RASPISANJA
Svjetlosni val može proći elektron (crnu tačku) gotovo bez smetnji ako mu magnetsko polje ne dopušta da oscilira i vibrira na frekvenciji vala.

DEFORMACIJA ATOMA
Polja jača od $10^9$G daju orbitalama elektrona oblik cigare. U polju intenziteta od $10^(14)$G, atom vodonika se skuplja za faktor 200.

Teorija je komplikovana činjenicom da jačina polja magnetara premašuje kvantni elektrodinamički prag, koji iznosi $4\cdot 10^(13)$G. U tako jakim poljima počinju da se dešavaju čudne stvari: rendgenski fotoni se lako razdvajaju na dva dela ili spajaju jedan s drugim. Sam vakuum je polariziran, zbog čega se u njemu pojavljuje jak dvolom, kao u kristalu kalcita. Atomi se deformišu, pretvarajući se u izdužene cilindre prečnika manjeg od Comptonove talasne dužine elektrona (vidi tabelu). Svi ovi čudni efekti utiču na posmatračke manifestacije magnetara. Fizika ovih pojava je toliko neobična da privlači samo nekoliko istraživača.

Novi blic

Istraživači su nastavili da prate izvore rafalnog zračenja. Prva prilika ukazala se kada je NASA-in svemirski gama opservatorij u Comptonu otkrio rafal gama zraka u oktobru 1993. godine. Ovo je dugo čekao Cuveliota, koji se pridružio timu opservatorije Huntsville. Uređaj koji je registrovao događaj omogućio je određivanje lokacije izvora samo sa tačnošću relativno široke trake neba. Kuveliotu se za pomoć obratio japanskom satelitskom timu ASCA. Ubrzo su Toshio Murakami i njegove kolege iz Japanskog instituta za svemirske nauke i astronautiku otkrili izvor rendgenskih zraka koji emituje ujednačeno u istom dijelu neba. Zatim je došlo do još jednog porasta, otklanjajući svaku sumnju da je ovaj objekt SGR. Ovaj objekt je prvi put otkriven 1979. godine, a potom je dobio ime SGR 1806-20.

1995. NASA je lansirala Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE) satelit, dizajniran da bilježi promjene u intenzitetu rendgenskih zraka sa velikom preciznošću. Uz njegovu pomoć, Kuveliotou je otkrio da zračenje iz SGR 1806-20 pulsira sa periodom od 7,47 sekundi, blizu perioda od 8 sekundi uočenog u naletu zračenja u martu 1979. (iz izvora SGR 0526-66). U narednih pet godina, period rotacije SGR-a se povećao za oko 0,2%. Iako se čini da je stopa usporavanja niska, veća je od one kod bilo kojeg poznatog radio pulsara, što omogućava da se magnetsko polje izvora procijeni na $10^(15)$G.

Za rigorozniju verifikaciju modela magnetara bio je potreban još jedan džinovski blic. U rano jutro 27. avgusta 1998. godine, 19 godina nakon izbijanja epidemije koja je označila početak SGR astronomije, još snažniji talas gama zračenja došao je na Zemlju iz dubina svetskog svemira. Kao rezultat toga, detektori sedam naučnih svemirskih stanica su zapalili, a međuplanetarna stanica NASA Comet Asteroid Rendezvous Flyby bila je primorana da pređe u režim hitnog isključivanja. Gama zraci pogađaju noćnu stranu Zemlje iz izvora koji se nalazi u zenitu iznad sredine Tihog okeana.

Ovog ranog jutra, inženjer elektrotehnike Umran S. Inan i njegove kolege sa Univerziteta Stanford prikupljali su podatke o širenju radio talasa veoma niske frekvencije oko Zemlje. U 03:22 CET, otkrili su oštru promjenu u joniziranoj gornjoj atmosferi: donja granica jonosfere pala je sa 85 na 60 km za pet minuta. Ovu nevjerovatnu pojavu izazvala je neutronska zvijezda u dijelu Galaksije udaljenom od nas, udaljenom od Zemlje 20 hiljada svjetlosnih godina.

Još jedan dinamo

Baklja od 27. avgusta 1998. bila je skoro kopija događaja iz marta 1979. U stvari, njena energija je bila deset puta manja, ali pošto je izvor bio bliže Zemlji, intenzitet praska gama zraka bio je mnogo veći od bilo kojeg rafala ikada zabeleženih, koji dolaze izvan Sunčevog sistema. U posljednjih nekoliko stotina sekundi bljeska, uočene su jasne pulsacije sa periodom od 5,16 sekundi. Koristeći RXTE satelit, Kuveliotuov tim je izmjerio brzinu usporavanja zvijezde. Pokazalo se da je uporedivo sa brzinom usporavanja SGR 1806-20, odnosno njihova magnetska polja su bliska. Tako je na listu magnetara dodan još jedan SGR. Precizna lokalizacija izvora u rendgenskim zracima omogućila je njihovo proučavanje radio i infracrvenim teleskopima (ali ne u vidljivo svetlo, koju jako apsorbuje međuzvjezdana prašina). Nekoliko astronoma se pozabavilo ovim problemom, uključujući Dalea Fraila iz američke Nacionalne radioastronomske laboratorije i Shri Kulkarnija sa Kalifornijskog instituta za tehnologiju. Druga zapažanja su pokazala da sva četiri potvrđena SGR-a i dalje emituju energiju, iako slabijom stopom, između izbijanja.

KAKO SE POJAVA MAGNETARSKI BLJESOVI

Magnetno polje zvijezde je toliko jako da se u čvrstoj kori povremeno javljaju lomovi, oslobađajući ogromne količine energije.

1 Većinu vremena magnetar je miran, ali naprezanja uzrokovana magnetnim poljem u njegovoj čvrstoj kori postepeno rastu.

2 U određenom trenutku naponi u kori premašuju njenu vlačnu čvrstoću i ona se lomi, vjerovatno na mnogo malih komadića.

3 Ovaj "zvezdotres" generiše pulsirajuću električnu struju koja se brzo raspada, ostavljajući za sobom vruću plazma kuglu.

4 Plazma kugla se hladi emitujući rendgenske zrake sa svoje površine. Ispari u roku od nekoliko minuta.

Danas možemo reći da se magnetska polja magnetara mjere tačnije od magnetnih polja pulsara. U slučaju pojedinačnih pulsara, jedini dokaz da njihova magnetna polja dostižu $10^(12)$ G su izmjerene stope usporavanja njihove rotacije. Dok kombinacija brzog usporavanja i sjajnih rendgenskih baklji pruža nekoliko nezavisnih argumenata u prilog činjenici da se magnetna polja magnetara kreću od $10^(14)$ do $10^(15)$G. Alaa Ibrahim i njegove kolege iz NASA-inog Centra za svemirske letove Goddard predstavili su još jedan dokaz koji ukazuje na jaka magnetna polja magnetara, naime rendgenska ciklotronska spektralna polja, koja su, po svemu sudeći, generirana od protona koji kruže u magnetskom polju jačine oko $ 10 ^ (15) $Gs.

Pitam se da li su magnetari povezani sa nekim drugim kosmičkim fenomenom osim SGR? Priroda kratkih praska gama zraka još uvijek nije uvjerljivo objašnjena, ali neki od njih mogu biti posljedica bljeskova na magnetarima u drugim galaksijama. Kada se posmatra sa veoma velike udaljenosti, čak i džinovska baklja može biti blizu granice osetljivosti teleskopa. U ovom slučaju biće moguće fiksirati samo kratak intenzivan nalet tvrdog gama zračenja, pa će ga teleskopi registrovati kao GRB, a ne SGR.

Sredinom 90-ih. Thompson i Duncan sugerirali su da anomalni rendgenski pulsari (AXP), objekti slični u mnogim aspektima SGR, također mogu biti magnetari. Ali u takvim pulsarima nisu primijećene baklje. Međutim, Victoria M. Kaspi i Fotis P. Gavriil sa Univerziteta McGill i Peter M. Woods iz National istraživanje svemira i Tech in Huntsville prijavili su epidemije u dva od sedam poznatih AXP-a. Jedan od ovih objekata povezan je s ostacima mlade supernove u sazviježđu Kasiopeja, drugi AXP je prvi kandidat magnetara snimljen u vidljivom svjetlu. Prije tri godine otkrili su ga Ferdi Hulleman i Martin van Kerkwijk sa Univerziteta u Utrechtu (Holandija), koji su radili s Kulkarnijem. Od tada, Brian Kern i Christopher Martin s Kalifornijskog instituta za tehnologiju promatraju njegovu svjetlost u vidljivoj svjetlosti. Njegovo zračenje slabi i pojačava se s periodom jednakim periodu pulsiranja rendgenske emisije neutronske zvijezde. Ova zapažanja podržavaju ideju da je ovaj AXP magnetar. Da je to obična neutronska zvijezda okružena diskom materije, njeno vidljivo i infracrveno zračenje bi bilo mnogo intenzivnije, a pulsacije bi bile znatno slabije.

Priroda kratkih praska gama zraka još uvijek nije uvjerljivo objašnjena, ali neki od njih mogu biti posljedica bljeskova na magnetarima u drugim galaksijama.

Nedavna otkrića i potpuna tišina izvora praska u Velikom Magelanovom oblaku tokom 20 godina sugeriraju da magnetari mogu ostati u mirovanju nekoliko godina i decenija, a zatim odjednom postati vrlo aktivni. Neki astronomi vjeruju da je AXP u prosjeku mlađi od SGR-a, ali pitanje ostaje otvoreno. Ako su i SGR i AXP magnetari, onda vjerovatno čine značajan dio ukupan broj neutronske zvijezde.

Istorija magnetara je podsjetnik na to koliko još moramo naučiti o svemiru. Danas jedva možemo razaznati desetak magnetara među bezbroj zvijezda. One se manifestiraju samo na djelić sekunde u takvim zracima, koji registruju najsloženije moderni teleskopi. Za 10 hiljada godina njihova magnetna polja se raspadaju i oni prestaju da emituju intenzivne rendgenske zrake. Dakle, desetak otkrivenih magnetara ukazuje na postojanje više od milion, a možda i stotine miliona njih. Stari, mračni, davno izumrli magnetari, poput čudesnih svjetova, lutaju međuzvjezdanim prostorom. Koju tajnu tek treba da otkrijemo?

DODATNOLITERATURA:
Flash! Lov na najveće eksplozije u svemiru. Govert Schilling. Cambridge University Press, 2002.

O AUTORIMA:
Chryssa Kouveliotou, Robert C. Duncan, Christopher Thompson proučavaju magnetare ukupno 40 godina. Kuveliotu je posmatrač u Nacionalnom centru za svemirsku nauku i tehnologiju u Hantsvilu, Alabama. Među objektima koje posmatra, pored ponovljenih mekih gama-zračenja (SGR), nalaze se i "obični" rafali gama zraka i dvostruki rendgenski sistemi. Duncan i Thompson su teoretičari, prvi na Univerzitetu Teksas u Austinu, a drugi na Kanadskom institutu za teorijsku astrofiziku u Torontu. Duncan proučava supernove, kvarkovu materiju i međugalaktičke gasne oblake. Thompson je proučavao razne teme - od kosmičke žice prije pada džinovski meteoriti in Solarni sistem u ranim fazama svog postojanja.

> Magnetari

Saznati, šta je magnetar: opis neutronskih zvijezda sa snažnim magnetnim poljem, historija istraživanja sa fotografijom, susjeda Mliječnog puta, koliko energije emituje.

Iako Univerzum fascinira svojim nevjerovatnim objektima, ovo je daleko od najprijateljskog mjesta. Potrebno je oko 80-100 godina na Zemlji da vas ubije. Ali postoji mjesto gdje ćete umrijeti u djeliću sekunde. Zato upoznaj magnetari.

Kada supermasivne zvijezde eksplodiraju, na njihovom mjestu može se formirati neutronska zvijezda. umire nebesko tijelo više nema dovoljno laganog pritiska da zadrži gravitaciju. Sila je toliko moćna da se protoni i elektroni potiskuju u svemir, stvarajući neutrone. A šta mi imamo? Neutroni! Čvrsta masa neutrona.

Ako je nastala neutronska zvijezda, onda ćemo dobiti . Prethodno akumulirana masa se komprimuje u sićušnu "kuglicu" koja se rotira sto puta u sekundi. Ali to nije najčudnije. Od deset neutronskih zvijezda koje su se pojavile, uvijek će postojati jedna prilično čudna, koja se zove magnetar. Ovo su neutronske zvijezde koje su nastale iz supernova. Ali u procesu formiranja dešavaju se neobične stvari. Sta tacno? Magnetno polje postaje toliko intenzivno da naučnici ne mogu shvatiti odakle dolazi.

Neki vjeruju da kada se rotacija, temperatura i magnetsko polje neutronske zvijezde konvergiraju u savršeno mjesto, dobijate dinamo koji pojačava magnetno polje 1000 puta.

Ali nedavna otkrića dala su više tragova. Naučnici su otkrili da se magnetar udaljava. Već smo mogli da posmatramo takve objekte kada jedna zvezda u sistemu eksplodira u obliku supernove. To jest, bio je dio binarnog sistema.

Tokom partnerstva, objekti su kružili jedan pored drugog (bliže udaljenosti Zemlja-Sunce). Ova udaljenost je bila dovoljna za razmjenu materijala. Velika zvijezda je prva počela umrijeti, dajući svoju masu manjoj. To je dovelo do toga da se opusti i vrati masu. Kao rezultat toga, manji eksplodira poput supernove, bacajući drugu na novu putanju. Umjesto formiranja neutronske zvijezde, dobili smo magnetar.

Snaga opaženog magnetnog polja je jednostavno zapanjujuća! U blizini Zemlje potrebno je 25 gausa, a na površini doživljavamo samo manje od 0,5 gausa. Neutronska zvijezda ima trilion gausa, ali magnetari premašuju ovu oznaku 1000 puta!

Šta bi se desilo da si tamo? Pa, unutar 1.000 km, magnetsko polje je dovoljno jako da vas rastrgne. atomskom nivou. Činjenica je da su sami atomi deformisani i više ne mogu podržavati vaš oblik.

Ali nikad ništa ne biste razumjeli, jer ste umrli od intenzivne radijacije i smrtonosnih čestica objekta u magnetnom polju.

Još jedna posebnost magnetara je u tome što su u stanju da imaju potres (tresenje). Podsjeća na zemaljsko, ali se odvija na zvijezdi. Neutronska zvijezda ima vanjsku koru koja može pucati, nalik na kretanje Zemljinih tektonskih ploča. Ovo se dešava kada magnetar stvori eksploziju.

Najjači događaj dogodio se sa objektom SGR 1806-20, udaljenim 50.000 svjetlosnih godina. Za 1/10 sekunde, jedan od potresa stvorio je više energije od Sunca u 100.000 godina. I ovo nije supernova, već samo jedna pukotina na površini!

Na našu sreću, ovi zaista smrtonosni objekti su daleko i nema šanse da se približe. Da biste saznali više o magnetarima i saznali više zanimljivih informacija, pogledajte video.

magnetari

Astrofizičar Sergej Popov o rafalima gama zraka, jakim magnetnim poljima i rendgenskim pulsarima:

"Skriveni" magnetari

Astrofizičar Sergej Popov o magnetarima, eksplozijama supernova i magnetnom polju zvijezda: