Acest tip stelele sunt extrem de rare în natură. Nu cu mult timp în urmă, întrebarea privind locația lor și apariția lor imediată i-a lăsat pe astrologii învățați în limbo. Dar datorită telescopului foarte mare (VLT) situat la Observatorul Panama din Chile, aparținând Observatorului European de Sud, și a datelor colectate cu acesta, astronomii pot acum să creadă cu siguranță că au reușit în sfârșit să rezolve unul dintre numeroasele mistere. de un astfel de spațiu de neînțeles pentru noi.

După cum am menționat deja mai sus în acest articol, magnetarii sunt un tip foarte rar de stele neutronice, care se caracterizează printr-o putere extraordinară (sunt cele mai puternice obiecte cunoscute din întregul Univers) a câmpului magnetic. Una dintre caracteristicile acestor stele este că au dimensiuni relativ mici și au o densitate incredibilă. Oamenii de știință sugerează că masa unei singure bucăți din această materie, de dimensiunea unei mingi mici de sticlă, poate ajunge la mai mult de un miliard de tone.

Acest tip de stea se poate forma atunci când stelele masive încep să se prăbușească sub forța propriei gravitații.

Magnetari în galaxia noastră

Calea Lactee are aproximativ trei duzini de magnetari. Obiectul studiat cu Very Large Telescope este situat într-un grup de stele numit Westerlund-1, și anume în partea de sud a constelației Altarului, care se află la doar 16 mii de ani lumină de noi. Steaua, care a devenit acum un magnetar, era de aproximativ 40-45 de ori mai mare decât Soarele nostru. Această observație a condus oamenii de știință în confuzie: la urma urmei, stelele unor astfel de dimensiuni mari, în opinia lor, ar trebui să se prăbușească în găuri negre.


Cu toate acestea, faptul că steaua, numită anterior CXOU J1664710.2-455216, s-a transformat într-un magnetar ca urmare a propriului colaps, i-a chinuit pe astronomi de câțiva ani. Dar totuși, oamenii de știință au presupus că a precedat un astfel de fenomen foarte atipic și neobișnuit.

Clusterul stelar deschis Westerlund 1. Imaginile arată un magnetar și o stea însoțitoare, smulse din acesta de o explozie. Sursa: ESO


Relativ recent, în 2010, a fost pusă în discuție o presupunere că magnetarul a apărut ca urmare a unei interacțiuni strânse între două stele masive. Urmând această presupunere, stelele s-au întors unul în jurul celuilalt, ceea ce a provocat transformarea. Aceste obiecte erau atât de apropiate încât s-ar încadra cu ușurință într-un spațiu atât de mic precum distanța dintre orbitele Soarelui și Pământului.

Dar, până de curând, oamenii de știință care se ocupă de această problemă nu au putut găsi nicio dovadă a coexistenței reciproce și atât de strânse a două stele în modelul propus al unui sistem binar. Dar, cu ajutorul Very Large Telescope, astronomii au putut să studieze mai detaliat partea de cer care îi interesează în care sunt situate grupurile de stele și să găsească obiecte potrivite a căror viteză este destul de mare („fugată” sau „fugată” stele). Potrivit unei teorii, se crede că astfel de obiecte au fost aruncate de pe orbitele lor native ca urmare a exploziei supernovelor care formează magnetari. Și, de fapt, a fost găsită această stea, pe care oamenii de știință au numit-o mai târziu Westerlund 1x5.

Autorul care a publicat datele studiului, Ben Ritchie, explică rolul vedetei „alergatoare” găsite după cum urmează:
„Nu numai că steaua pe care am găsit-o are o viteză enormă în mișcare, care a fost foarte probabil cauzată de o explozie de supernovă, dar aici pare să fie un tandem cu masa sa surprinzător de mică, luminozitatea mare și componentele sale bogate în carbon. Acest lucru este surprinzător, deoarece aceste calități sunt rareori combinate într-un singur obiect. Toate acestea indică faptul că Westerlund 1x5 s-ar fi putut forma într-adevăr într-un sistem binar.”

Cu datele colectate asupra acestei stele, o echipă de astronomi a reconstruit presupusul model al apariției magnetarului. Conform schemei propuse, aprovizionarea cu combustibil a stelei mai mici era mai mare decât cea a „însoțitorului său”. Astfel, steaua mică a început să atragă bilele superioare ale celei mari, ceea ce a dus la integrarea unui câmp magnetic puternic.


După ceva timp, obiectul mic a devenit mai mare decât însoțitorul său binar, ceea ce a provocat procesul invers de transfer al straturilor superioare. Potrivit unuia dintre participanții la experiment, Francisco Najarro, aceste acțiuni ale obiectelor studiate amintesc exact de binecunoscutul joc pentru copii „Trimite-l altuia”. Scopul jocului este de a înfășura un obiect în mai multe straturi de hârtie și de a-l trece în jurul unui cerc de copii. Fiecare participant trebuie să desfacă un strat al ambalajului, găsind în acest proces un mărțișor interesant.

Teoretic, cea mai mare dintre cele două stele se transformă într-una mai mică și este aruncată din sistemul binar, în momentul în care a doua stea se întoarce rapid în jurul axei sale și se transformă într-o supernovă. În această situație, steaua „în alergare”, Westerlund 1x5, este a doua stea din perechea binară (poartă toate caracteristicile cunoscute ale procesului descris).
Oamenii de știință care au studiat acest proces fascinant, pe baza datelor pe care le-au colectat în timpul experimentului, au ajuns la concluzia că rotația foarte rapidă și transferul de masă între stelele binare este cheia formării stelelor neutronice rare, cunoscute și sub numele de magnetare.

Videoclip despre magnetar:

Ilustrație de artist care arată un magnetar într-un grup de stele foarte bogat și tânăr. Credit imagine & Copyright: ESO / L. Calçada.

Poate crezi că universul este perfect pentru viață. Cu toate acestea, nu este. Aproape întregul univers este un loc teribil și ostil și am fost doar norocoși să ne naștem pe o planetă practic inofensivă, într-o zonă îndepărtată. Calea lactee.

Aici pe Pământ poți trăi o viață lungă și fericită, dar există locuri în Univers în care nu vei rezista nici măcar câteva secunde. Nimic nu este mai mortal decât obiectele pe care supernovele le lasă în urmă: stele neutronice.

După cum știți, stelele neutronice se formează atunci când stelele mai masive decât Soarele nostru explodează sub formă de supernove. Când aceste stele mor, ele nu pot rezista gravitației puternice și se micșorează în obiecte de câteva zeci de kilometri în diametru. Ca urmare a unei presiuni atât de mari, în interiorul obiectului se formează neutroni.

În cele mai multe cazuri, obțineți stele neutronice de primul tip - pulsari. Un pulsar este o stea neutronică minusculă care se rotește cu o viteză extraordinară, atingând uneori câteva sute de rotații pe secundă.

Cu toate acestea, aproximativ una din zece stele neutronice devine într-adevăr ceva foarte ciudat. Devine un magnetar - cel mai misterios și teribil obiect din univers. Probabil ai auzit acest cuvânt, dar ce este?

După cum am spus, magnetarii sunt stele neutronice formate ca urmare a exploziilor supernovei. Dar ce se întâmplă în timpul formării lor atât de neobișnuit încât câmpul lor magnetic depășește câmpurile magnetice ale oricăror alte obiecte de sute, mii și chiar milioane de ori? De fapt, astronomii nu știu exact ce face câmpurile magnetice ale magnetarilor atât de puternice.

O impresie de artist despre fuziunea a două stele neutronice. Credit și drepturi de autor: Universitatea din Warwick/Mark Garlick.

Conform primei teorii, dacă o stea neutronică se formează prin rotire rapidă, atunci munca comună de convecție și rotație, care are o influență dominantă în primele câteva secunde ale existenței unei stele neutronice, poate duce la formarea unei stele neutronice. câmp magnetic puternic. Acest proces este cunoscut oamenilor de știință ca „dinam activ”.

Cu toate acestea, ca urmare a cercetărilor recente, astronomii au propus o a doua teorie pentru formarea magnetarilor. Cercetătorii au descoperit un magnetar care va părăsi galaxia noastră în viitor. Am văzut deja exemple de stele fugare și toate și-au dobândit traiectoria ca urmare a exploziei unei supernove într-un sistem binar. Cu alte cuvinte, acest magnetar a făcut, de asemenea, parte dintr-un sistem binar.

Într-un astfel de sistem, două stele orbitează reciproc mai aproape decât orbitează Pământul în jurul Soarelui. Este atât de aproape încât materialul din stele poate curge înainte și înapoi. În primul rând, steaua mare începe să se umfle și să transfere material către steaua mai mică. Această creștere a masei duce la o creștere a dimensiunii stelei mai mici și materialul începe să curgă înapoi către prima stea.

În cele din urmă, una dintre stele explodează și aruncă o altă stea departe de Calea Lactee, iar la locul exploziei rămâne o stea neutronică neobișnuită, adică toate aceste interacțiuni binare au transformat steaua neutronică într-un magnetar. Poate că aceasta este soluția la ghicitoarea magnetarului.

Câmpul magnetic al unui magnetar te va speria cu adevărat. Inducția magnetică în centrul Pământului este de aproximativ 25 gauss, dar pe suprafața planetei nu depășește 0,5 gauss. O stea neutronică obișnuită are un câmp magnetic cu o inducție magnetică de câteva trilioane de gauss. Magnetarii sunt de 1000 de ori mai puternici decât stelele cu neutroni.


 Cutremurele care distrug suprafața unei stele neutronice, așa cum a fost imaginată de un artist. Credit imagine și drepturi de autor: Darlene McElroy de la LANL.

Una dintre cele mai caracteristici interesante magnetars este că pot experimenta cutremure stelare. Știți că sunt cutremure, dar pe stele vor fi cutremure. Când se formează magnetarii, ei au o înveliș exterioară mai densă. Această „crustă de neutroni” poate crăpa precum plăcile tectonice de pe Pământ. Când se întâmplă acest lucru, magnetarul emite un fascicul de radiații pe care îl putem vedea la distanțe mari.

De fapt, cel mai puternic cutremur înregistrat vreodată s-a întâmplat unui magnetar numit SGR 1806-20, care se află la aproximativ 50.000 de ani lumină de Pământ. Într-o zecime de secundă, acest magnetar a eliberat mai multă energie decât produce Soarele în 100.000 de ani. Și nici măcar nu a fost o explozie a întregului obiect, a fost doar o mică crăpătură pe suprafața magnetarului.

Magnetarii sunt obiecte uimitoare și periculoase. Din fericire, sunt foarte departe și nu trebuie să vă faceți griji cu privire la impactul lor asupra vieții tale.

Unele stele sunt atât de puternic magnetizate încât emit sclipiri gigantice datorită energiei câmpului magnetic și se modifică semnificativ proprietăți cuantice vid. „Cutremurul” de pe magnetar eliberează o cantitate uriașă de energie electromagnetică (echivalentă cu energia unui cutremur cu o magnitudine de 21 de puncte) și ejectează o minge de plasmă fierbinte, care este capturată camp magnetic.

Pe 5 martie 1979, după ce au aruncat aterizatoare în atmosfera otrăvitoare a lui Venus, stațiile spațiale sovietice Venera 11 și Venera 12 și-au continuat zborul pe orbite eliptice prin sistemul solar interior. Citirile contoarelor de radiații de la bordul ambelor stații au fluctuat cu 100 de citiri pe secundă. Cu toate acestea, la 10:51 Ora Europei Centrale (EST), un flux de radiații gamma a lovit dispozitivele. Într-o fracțiune de milisecundă, nivelul de radiație a depășit 200 de mii de numărări pe secundă. După 11 sec. Fluxul de raze gamma a acoperit sonda spațială Helios-2 a NASA, care se mișca și ea pe orbită în jurul Soarelui. A devenit clar că un front plat de radiații de înaltă energie a trecut prin sistemul solar. Curând a ajuns la Venus, iar pe satelitul Pioneer VenusOrbiter care o orbitează, detectorul a ieșit din scară. Câteva secunde mai târziu, fluxul a ajuns pe Pământ și a fost înregistrat de trei sateliți Vela ai Departamentului de Apărare al SUA, Satelitul sovietic Prognoz-7 și observatorul spațial Einstein. În cele din urmă, în drumul său prin sistemul solar, frontul de undă a lovit stația spațială International Sun-Earth Explorer.

Explozia de radiații gamma dure de înaltă energie a fost de 100 de ori mai intensă decât toate precedentele provenite din afara sistemului solar și a durat doar 0,2 secunde. A fost urmată de un flux de raze X moi și radiații gamma, pulsand cu o perioadă de 8 secunde. și s-a stins după trei minute. 14,5 ore mai târziu, la 01:17 pe 6 martie, la același punct sfera celestiala a fost observată o altă explozie de raze gamma, dar mai slabă. În următorii patru ani, un grup de oameni de știință de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Leningrad. A.F.Ioffe, sub conducerea lui Evgeny Mazets, a mai înregistrat 16 focare. Au fost diferite ca intensitate, dar au fost mai slabe și mai scurte decât explozia din 5 martie 1979.

Astronomii nu au văzut niciodată așa ceva. În primul rând, noi explozii au fost incluse în cataloagele exploziilor de raze gamma deja bine-cunoscute și studiate (Gamma-Ray Bursts, GRB), deși diferă de ele în mai multe moduri. În anii 80. Kevin C. Hurley de la Universitatea din California din Berkeley a descoperit că explozii similare au avut loc în încă două regiuni ale cerului. Ecranele din toate aceste surse s-au repetat, spre deosebire de GRB-urile, care au izbucnit o singură dată (vezi Fig. Nr. 4 „În lumea științei”. Neil Gerels, Luigi Piroi Peter Leonard „Cele mai strălucitoare explozii din univers”). În iulie 1986, la o conferință de la Toulouse, astronomii au căzut de acord asupra locației acestor surse pe cer și le-au numit „Soft Gamma Repeaters” (SGR).

RECENZIE: STELE DE NEUTRONI SUPERMAGNETIZAT

  • Astronomii au descoperit mai multe stele care emit fulgere puternice de raze gamma și X care ar putea fi de milioane de ori mai strălucitoare decât orice alte explozii repetitive cunoscute. Mărimea uriașă a acestor energii și pulsațiile radiațiilor indică stele neutronice - al doilea cel mai extrem (după găurile negre) tip de obiecte din Univers.
  • Aceste stele neutronice au cele mai puternice câmpuri magnetice măsurate vreodată, motiv pentru care sunt numite magnetare. Flashurile observate pot fi explicate prin instabilitate magnetică similară cutremurelor.
  • Milioane de magnetari plutesc prin galaxia noastră nedetectați în timp ce ei rămâne activ doar 10 mii de ani.

Au durat încă șapte ani până când Duncan și Thompson, doi dintre autorii acestei lucrări, să vină cu o explicație pentru aceste obiecte ciudate și abia în 1988 Cuveliotou și grupul ei au găsit dovezi convingătoare care să susțină modelul propus. Observații recente au arătat că toate acestea sunt legate de un alt tip de corpuri cerești misterioase cunoscute sub numele de pulsari anormali cu raze X (Anomalous X-ray Pulsars, AXP).

Stelele neutronice sunt cele mai dense corpuri cerești cunoscute: masa lor, depășind puțin masa Soarelui, este concentrată într-o minge cu diametrul de doar 20 km. Studiile SGR au arătat că unele stele neutronice au un câmp magnetic atât de puternic încât modifică semnificativ proprietățile materiei din interiorul stelelor și stare cuantică vid în jurul lor, ceea ce duce la efecte fizice neobservate în altă parte a universului.

Nimeni nu se aștepta

Deoarece izbucnirea radiației din martie 1979 a fost atât de puternică, teoreticienii au sugerat că sursa sa se află undeva în galaxia noastră, la o distanță de nu mai mult de câteva sute de ani lumină de Pământ. În acest caz, intensitatea razelor X și a radiațiilor gamma ale obiectului ar putea fi sub luminozitatea staționară maximă a stelei, care a fost calculată în 1926 de astrofizicianul englez Arthur Eddington. Este determinată de presiunea radiației care trece prin straturile exterioare fierbinți ale stelei. Dacă intensitatea radiației depășește acest maxim, atunci presiunea sa va depăși forța gravitațională, va face ca materia stelei să fie ejectată și va încălca staționaritatea acesteia. Iar fluxul de radiații, mai mic decât limita Eddington, nu este greu de explicat. De exemplu, unii teoreticieni au sugerat că izbucnirea radiațiilor ar putea fi cauzată de impactul unui grup de materie, cum ar fi un asteroid sau o cometă, asupra unei stele neutronice situate în apropiere.

CANDIDAȚI PENTRU MAGNETARI

Au fost descoperite douăsprezece obiecte în galaxia noastră și în împrejurimile sale, care ar putea fi magnetari.

Datele observaționale i-au forțat pe oamenii de știință să renunțe la această ipoteză. Fiecare dintre stațiile spațiale a notat ora sosirii primei explozii de radiații dure, ceea ce a permis unei echipe de astronomi condusă de Thomas Kline (Thomas Litton Cline) de la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA să trianguleze locația sursei sale. S-a dovedit că coincide cu Marele Nor Magellanic, o mică galaxie aflată la aproximativ 170 de mii de ani lumină distanță de noi. Mai exact, poziția sursei coincide cu rămășița tânără a unei supernove - rămășițele luminoase ale unei stele care a explodat în Marele Nor Magellanic acum 5 mii de ani. Dacă aceasta nu este o coincidență, sursa trebuie să fie de o mie de ori mai departe de Pământ decât se credea inițial, prin urmare intensitatea sa trebuie să fie de un milion de ori limita Eddington. În martie 1979, această sursă a remarcat în 0,2 secunde. la fel de multă energie cât emite Soarele în aproximativ 10 mii de ani, iar această energie a fost concentrată în gama gamma și nu distribuită pe întregul spectru al radiațiilor electromagnetice.

O stea obișnuită nu poate emite atât de multă energie, așa că sursa trebuie să fie ceva neobișnuit, cum ar fi o gaură neagră sau o stea neutronică. Opțiunea găuri negre a fost respinsă deoarece intensitatea radiației s-a modificat cu o perioadă de aproximativ 8 secunde, iar gaura neagră este un obiect fără structură care nu poate emite impulsuri strict periodice. Asocierea cu o rămășiță de supernovă susține și mai mult ipoteza stelei cu neutroni, despre care acum se crede că se formează atunci când combustibilul nuclear din miezul unei stele obișnuite de masă mare este epuizat și se prăbușește sub influența gravitației, provocând o explozie de supernovă.

Cu toate acestea, identificarea sursei de explozie cu o stea neutronică nu a rezolvat problema. Astronomii cunosc mai multe stele neutronice găsite în rămășițele de supernove, acestea sunt pulsari radio - obiecte care emit periodic impulsuri de unde radio. Cu toate acestea, sursa exploziei din martie 1979 s-a rotit cu o perioadă de aproximativ 8 secunde, ceea ce este mult mai lentă decât rotația tuturor pulsarilor radio cunoscuți până la acel moment. Și chiar și în vremuri „calme”, a emis un flux staționar de raze X de o intensitate atât de mare încât încetinirea rotației unei stele neutronice nu poate fi explicată. De asemenea, este ciudat că sursa este vizibil deplasată de centrul rămășiței supernovei. Dacă s-a format în centrul rămășiței, atunci pentru o astfel de deplasare ar fi trebuit să dobândească o viteză de 1.000 km / s în timpul exploziei, ceea ce nu este tipic pentru stelele neutronice.

În cele din urmă, focarele în sine par inexplicabile. Au mai fost observate explozii de raze X în unele stele neutronice, dar nu au depășit niciodată limita Eddington. Astronomii le-au atribuit proceselor de ardere termonucleară a hidrogenului sau heliului sau proceselor de acumulare bruscă pe o stea. Cu toate acestea, intensitatea erupțiilor SGR a fost fără precedent și a fost nevoie de un mecanism diferit pentru a o explica.

Întotdeauna încetinește

Ultima explozie de raze gamma dintr-o sursă din 5 martie 1979 a fost înregistrată în mai 1983. Alte două SGR situate în galaxia noastră au fost descoperite în 1979 și rămân active până în prezent, producând sute de erupții pe an. În 1998, a fost descoperit un al patrulea SGR. Trei dintre aceste patru obiecte sunt probabil asociate cu resturile de supernova. Două dintre ele sunt situate în apropierea unor grupuri foarte dense de stele tinere masive, ceea ce sugerează originea lor din astfel de stele. Al cincilea candidat SGR a izbucnit doar de două ori, iar poziția lui exactă pe cer nu a fost încă stabilită.

DOUA TIPURI DE STELE NEUTRONI

Structura unei stele neutronice bazată pe teoria materiei nucleare. În crusta unei stele neutronice, care este o structură a nuclee atomiceși electroni, pot avea loc cutremure stelare. Nucleul este format în principal din neutroni și, eventual, cuarci. O atmosferă de plasmă fierbinte se poate extinde doar pe câțiva centimetri.

În 1996, cercetătorii Baolian L. Chang, Richard I. Epstein, Robert A. Guyer și C. AlexY oung de la Laboratorul Național Los Alamos au remarcat că focarele SGR sunt similare cutremurelor: erupțiile cu energie mai scăzută apar mai frecvent. Ersin Gegus, absolvent al Universității din Alabama din Huntsville, a confirmat acest comportament pentru un eșantion mare de erupții din diverse surse. Proprietăți statistice similare sunt caracteristice sistemelor de auto-organizare condiție critică, la care poate provoca o mică perturbare reacție în lanț. Un astfel de comportament este inerent într-o mare varietate de sisteme - de la prăbușirea pantelor nisipoase la erupții magnetice pe Soare.

Dar de ce stelele cu neutroni se comportă astfel? Studiul pulsarilor radio, care sunt stele neutronice care se rotesc rapid cu câmpuri magnetice puternice, a ajutat la răspunsul la întrebare. Câmpul magnetic, menținut de curenții electrici care curg adânc în interiorul stelei, se rotește odată cu steaua. Fascicule de unde radio sunt emise de polii magnetici ai stelei și se deplasează prin spațiu datorită rotației sale, precum luminile far, în urma cărora se observă pulsații. Pulsarii emit, de asemenea, fluxuri de particule încărcate și unde electromagnetice de joasă frecvență, care transportă energie de la steaua neutronică unghiulară, determinând încetinirea treptată a rotației acesteia.

Poate cel mai faimos pulsar se află în Nebuloasa Crabului, rămășița unei supernove care a explodat în 1054. Perioada sa de rotație este astăzi de 33 ms și crește cu 1,3 ms la fiecare sută de ani. Extrapolarea înapoi dă o valoare de aproximativ 20 ms pentru perioada inițială a pulsarului. Oamenii de știință cred că rotația pulsarului va continua să încetinească, iar în cele din urmă frecvența acestuia va deveni atât de mică încât nu va putea emite impulsuri radio. Rata decelerării rotației a fost măsurată pentru aproape toți pulsarii radio și, conform teoriei, aceasta depinde de intensitatea câmpului magnetic al stelei. Din aceste observații s-a ajuns la concluzia că majoritatea pulsarilor radio tineri ar trebui să aibă un câmp magnetic între $10^(12)$ și $10^(13)$G. (Pentru comparație, un magnet dintr-un difuzor are un câmp de aproximativ 100 gauss.)

La început a fost un cuptor cu convecție

Totuși, întrebarea rămâne deschisă: de unde provine câmpul magnetic? Majoritatea astronomilor presupun că a apărut într-un moment în care steaua nu devenise încă supernovă. Toate stelele au un câmp magnetic slab și poate fi întărit pur și simplu ca urmare a comprimării sale. Conform ecuațiilor electrodinamicii lui Maxwell, reducerea la jumătate a dimensiunii unui obiect magnetizat crește puterea câmpului său magnetic de patru ori. În timpul prăbușirii nucleului unei stele masive, care se termină cu nașterea unei stele neutronice, dimensiunea acesteia scade de $10^5$ ori, prin urmare, câmpul magnetic ar trebui să crească de $10^(10)$ ori.

Dacă câmpul magnetic al nucleului stelei a fost suficient de puternic de la început, prăbușirea nucleului ar putea explica magnetizarea pulsarului. Din păcate, este imposibil să se măsoare câmpul magnetic din interiorul unei stele, deci este imposibil să se testeze ipoteza. În plus, există motive destul de importante pentru a crede că compresia stelei nu este singurul motiv pentru îmbunătățirea câmpului.

Pe măsură ce evoluează, câmpul magnetic își schimbă forma, generând curenți electrici care curg de-a lungul liniilor de câmp magnetic în afara stelei.

Într-o stea, gazul poate circula ca urmare a convecției. Regiunile mai calde de gaz ionizat cresc, în timp ce regiunile mai reci se scufundă. Deoarece gazul ionizat este un bun conductor electricitate, pătrunzând liniile sale magnetice de forță sunt purtate de curgerea materiei. Astfel, domeniul se poate schimba și uneori se poate intensifica. Se presupune că acest fenomen, cunoscut sub numele de mecanismul dinamului, poate fi cauza apariției câmpurilor magnetice în stele și planete. Mecanismul dinamului poate funcționa în orice etapă a vieții unei stele masive dacă miezul său turbulent se rotește suficient de repede. Mai mult, în scurta perioadă de după transformarea nucleului într-o stea neutronică, convecția este deosebit de puternică.

În 1986, Adam Burrows de la Universitatea din Arizona și James M. Lattimer de la Universitatea de Stat din New York au arătat, folosind simulări computerizate, că temperatura unei stele neutronice nou formate a depășit 30 de miliarde de grade. Lichidul nuclear fierbinte circulă cu o perioadă de 10 ms, având o energie cinetică uriașă. Aproximativ 10 sec. convecția se stinge.

La scurt timp după simulările lui Burroughs și Lattimer, Duncan și Thompson, pe atunci la Universitatea Princeton, au evaluat importanța unei convecții atât de puternice pentru formarea câmpului magnetic al unei stele neutronice. Soarele poate fi folosit ca punct de plecare. Când o substanță circulă în interiorul ei, se trage de-a lungul liniilor magnetice de forță, dând câmpului magnetic aproximativ 10% din energie kinetică. Dacă mediul în mișcare din interiorul stelei neutronice transformă și o zecime din energia sa cinetică într-un câmp magnetic, atunci intensitatea câmpului ar trebui să depășească $10^(15)$ G, care este de 1000 de ori mai mare decât câmpurile majorității pulsarilor radio.

Dacă dinamul va funcționa în întregul volum al stelei sau numai în regiunile sale individuale, depinde dacă viteza de rotație a stelei este comparabilă cu viteza de convecție. În straturile adânci din interiorul Soarelui, aceste viteze sunt apropiate, iar câmpul magnetic se poate „autoorganiza” la scară largă. În mod similar, o stea neutronă nou-născută are o perioadă de rotație de cel mult 10 ms, astfel încât câmpurile magnetice superputernice din ea se pot răspândi larg. În 1992, am numit astfel de stele neutronice ipotetice magnetare .

Limita superioară a intensității câmpului magnetic al unei stele neutronice este de aproximativ $10^(17)$G. La câmpuri mai puternice, materia din interiorul stelei începe să se amestece, iar câmpul magnetic se disipează. În Univers, nu cunoaștem obiecte care pot genera și menține câmpuri magnetice care depășesc limita numită. Unul dintre efectele secundare ale calculelor noastre este concluzia că pulsarii radio sunt stele neutronice în care mecanismul dinamului la scară largă nu a funcționat. Astfel, în cazul pulsarului Crab, o stea neutronică tânără s-a rotit cu o perioadă de aproximativ 20 ms, adică mult mai lentă decât perioada de convecție.

Micul magnetar pâlpâitor

Deși conceptul de magnetar nu a fost încă suficient dezvoltat pentru a explica natura SGR, implicațiile sale vor deveni acum clare pentru tine. Câmpul magnetic ar trebui să acționeze asupra rotației magnetarului ca o frână puternică. În 5 mii de ani, un câmp $10^(15)$G va încetini atât de mult rotația obiectului încât perioada acestuia va ajunge la 8 secunde, ceea ce explică pulsațiile radiațiilor observate în timpul exploziei din martie 1979.

Pe măsură ce evoluează, câmpul magnetic își schimbă forma, generând curenți electrici care curg de-a lungul liniilor de câmp magnetic în afara stelei, care la rândul lor generează raze X. În același timp, câmpul magnetic se deplasează prin crusta solidă a magnetarului, creând în ea tensiuni de încovoiere și tracțiune. Provoacă căldură straturi interioare stele și uneori duce la rupturi în crusta, însoțite de puternice „cutremururi stelare”. Energia electromagnetică eliberată în timpul acestui proces creează nori denși de electroni și pozitroni, precum și explozii bruște de radiații gamma moi de putere moderată, care au dat numele surselor periodice SGR.

Mai rar, câmpul magnetic devine instabil și suferă o rearanjare la scară largă. Emisii similare (dar mai mici) apar uneori la Soare, generând erupții solare. Magnetarul poate avea suficientă energie pentru erupții super-puternice precum cea observată în martie 1979. Conform teoriei, în prima jumătate de secundă a izbucnirii gigantice, bila de plasmă în expansiune a fost sursa de radiație. În 1995, am presupus că o parte din materia sa a fost capturată de magnetic linii de forțăși ținut aproape de stea. Această porțiune prinsă sa contractat și sa evaporat treptat, emițând continuu raze X. Pe baza cantității de energie eliberată, am calculat că era necesar un câmp magnetic de cel puțin $10^(14)$Gs pentru a ține această bilă uriașă de plasmă, ceea ce corespunde estimării făcute pe baza ratei de decelerație a rotației stelei. .

În 1992, Bohdan Paczinski de la Universitatea Princeton a făcut o evaluare independentă a câmpului magnetic, observând că razele X pot trece mai ușor prin norii de electroni dacă particulele încărcate se află într-un câmp magnetic puternic. Pentru ca intensitatea fluxului de raze X în erupție să fie atât de mare, inducția câmpului magnetic trebuie să fi depășit $10^(14)$G.

CÂMPURI MAGNETICE EXTREME

CÂMPURI MAGNETICE confundă radiația și materia

Birefringența vidului
Când o undă de lumină polarizată (linie portocalie) intră într-un câmp magnetic foarte puternic, își schimbă viteza și, prin urmare, lungimea de undă (linii negre).

DIVISIUNEA FOTONICĂ
Fotonii cu raze X se împart cu ușurință în două sau se îmbină unul cu celălalt. Acest proces este important în câmpurile mai puternice de $10^(14)$G.

SUPRESIA RĂSPIRATIEI
O undă luminoasă poate trece un electron (punct negru) aproape fără perturbări dacă câmpul magnetic nu îi permite să oscileze și să vibreze la frecvența undei.

DEFORMAREA ATOMILOR
Câmpurile mai puternice de $10^9$G dau orbitalilor electronilor o formă de trabuc. Într-un câmp cu o intensitate de $10^(14)$G, un atom de hidrogen se contractă cu un factor de 200.

Teoria este complicată de faptul că intensitatea câmpului magnetarelor depășește pragul electrodinamic cuantic, care este $4\cdot 10^(13)$G. În câmpuri atât de puternice, încep să se întâmple lucruri ciudate: fotonii cu raze X se împart cu ușurință în două sau se îmbină unul cu celălalt. Vidul în sine este polarizat, în urma căruia apare birefringență puternică în el, ca într-un cristal de calcit. Atomii sunt deformați, transformându-se în cilindri alungiți cu un diametru mai mic decât lungimea de undă Compton a unui electron (vezi tabelul). Toate aceste efecte ciudate afectează manifestările observaționale ale magnetarilor. Fizica acestor fenomene este atât de neobișnuită încât atrage doar câțiva cercetători.

Bliț nou

Cercetătorii au continuat să monitorizeze sursele exploziilor de radiații. Prima oportunitate a venit atunci când Compton Space Gamma Observatory de la NASA a detectat o explozie de raze gamma în octombrie 1993. Acest lucru a fost mult așteptat de Cuveliota, care s-a alăturat echipei observatorului Huntsville. Dispozitivul care a înregistrat evenimentul a făcut posibilă determinarea locației sursei doar cu o precizie a unei benzi de cer relativ late. Kuveliotu a apelat la echipa sateliților japonezi ASCA pentru ajutor. Curând, Toshio Murakami și colegii săi de la Institutul Japonez de Științe Spațiale și Astronautică au descoperit o sursă de raze X cu emisie uniformă în aceeași regiune a cerului. Apoi a existat un alt val, înlăturând orice îndoială că acest obiect este un SGR. Acest obiect a fost descoperit pentru prima dată în 1979, iar apoi i s-a dat numele SGR 1806-20.

În 1995, NASA a lansat satelitul Rossi X-Ray Timing Explorer (RXTE), conceput pentru a surprinde schimbările în intensitatea razelor X cu mare precizie. Cu ajutorul său, Couveliotou a constatat că radiația de la SGR 1806-20 a pulsat cu o perioadă de 7,47 secunde, apropiată de perioada de 8 secunde observată în explozia de radiație în martie 1979 (din sursa SGR 0526-66). În următorii cinci ani, perioada de rotație a SGR a crescut cu aproximativ 0,2%. Deși rata de decelerare pare scăzută, este mai mare decât cea a oricărui pulsar radio cunoscut, ceea ce permite ca câmpul magnetic al sursei să fie estimat la $10^(15)$G.

Pentru o verificare mai riguroasă a modelului magnetar a fost nevoie de încă un bliț gigant. În dimineața devreme a zilei de 27 august 1998, la 19 ani după izbucnirea care a marcat începutul astronomiei SGR, un val și mai puternic de radiații gamma a venit pe Pământ din adâncurile spațiului mondial. În consecință, detectoarele a șapte stații spațiale științifice au depășit scara, iar stația interplanetară NASA Comet Asteroid Rendezvous Flyby a fost forțată să intre în modul de oprire de urgență. Razele gamma lovesc partea de noapte a Pământului de la o sursă situată la zenit peste mijlocul Oceanului Pacific.

În această dimineață devreme, inginerul electrician Umran S. Inan și colegii săi de la Universitatea Stanford colectau date despre propagarea undelor radio de frecvență foarte joasă în jurul Pământului. La 03:22 CET, au detectat o schimbare bruscă în atmosfera superioară ionizată: limita inferioară a ionosferei a scăzut de la 85 la 60 km în cinci minute. Acest fenomen uimitor a fost cauzat de o stea neutronică într-o parte a Galaxiei îndepărtată de noi, separată de Pământ cu 20 de mii de ani lumină.

Un alt dinam

Izbucnirea din 27 august 1998 a fost aproape o copie a evenimentului din martie 1979. De fapt, energia sa a fost de zece ori mai mică, dar din moment ce sursa era mai aproape de Pământ, intensitatea exploziei de raze gamma a fost mult mai mare decât oricare dintre acestea. exploziile înregistrate vreodată, venite din afara sistemului solar. În ultimele câteva sute de secunde ale blițului, s-au observat pulsații distincte cu o perioadă de 5,16 secunde. Folosind satelitul RXTE, echipa lui Kuveliotu a măsurat rata de decelerare a stelei. S-a dovedit a fi comparabil cu rata de decelerare a SGR 1806-20, respectiv, câmpurile lor magnetice sunt apropiate. Astfel, un alt SGR a fost adăugat pe lista magnetarelor. Localizarea precisă a surselor în raze X a făcut posibilă studierea lor cu telescoape radio și infraroșu (dar nu în lumina vizibila, care este puternic absorbit de praful interstelar). Mai mulți astronomi au abordat această problemă, inclusiv Dale Frail de la Laboratorul Național de Radioastronomie din SUA și Shri Kulkarni de la Institutul de Tehnologie din California. Alte observații au arătat că toate cele patru SGR confirmate continuă să emită energie, deși într-un ritm mai slab, între izbucniri.

CUM SE APAR BLITURI MAGNETARE

Câmpul magnetic al stelei este atât de puternic încât ocazional apar fracturi în scoarța solidă, eliberând cantități uriașe de energie.

1 De cele mai multe ori, magnetarul este calm, dar tensiunile cauzate de câmpul magnetic din crusta sa solidă cresc treptat.

2 La un moment dat, tensiunile din crusta depășesc rezistența la tracțiune și se rupe, probabil, în multe bucăți mici.

3 Acest „cutremur stelar” generează un curent electric pulsatoriu care se descompune rapid, lăsând în urmă o minge de plasmă fierbinte.

4 Bila de plasmă se răcește emițând raze X de la suprafața sa. Se evaporă în câteva minute.

Astăzi putem spune că câmpurile magnetice ale magnetarelor sunt măsurate mai precis decât câmpurile magnetice ale pulsarilor. În cazul pulsarilor unici, singura dovadă că câmpurile lor magnetice ating $10^(12)$ G sunt ratele de decelerație măsurate ale rotației lor. În timp ce combinația de decelerare rapidă și raze X strălucitoare oferă mai multe argumente independente în favoarea faptului că câmpurile magnetice ale magnetarelor variază de la $10^(14)$ la $10^(15)$G. Alaa Ibrahim și colegii săi de la Centrul de Zbor Spațial Goddard al NASA au prezentat o altă dovadă care indică câmpurile magnetice puternice ale magnetarelor, și anume câmpurile spectrale de ciclotron cu raze X, generate, aparent, de protonii care circulă într-un câmp magnetic cu o putere de aproximativ $. 10 ^ (15) $Gs.

Mă întreb dacă magnetarele sunt asociate cu alte fenomene cosmice în afară de SGR? Natura exploziilor scurte de raze gamma nu a fost încă explicată în mod convingător, dar unele dintre ele se pot datora fulgerelor magnetarelor din alte galaxii. Când este observată de la distanțe foarte mari, chiar și o erupție gigantică poate fi aproape de limita de sensibilitate a telescopului. În acest caz, va fi posibil să se repare doar o scurtă explozie intensă de radiații gamma dure, astfel încât telescoapele o vor înregistra ca GRB, nu SGR.

La mijlocul anilor 90. Thompson și Duncan au sugerat că pulsarii anormali cu raze X (AXP), obiecte similare în multe privințe cu SGR, ar putea fi, de asemenea, magnetare. Dar nu au fost observate erupții în astfel de pulsari. Cu toate acestea, Victoria M. Kaspi și Fotis P. Gavriil de la Universitatea McGill și Peter M. Woods de la National cercetare spatialași Tech din Huntsville au raportat focare în două dintre cele șapte AXP cunoscute. Unul dintre aceste obiecte este asociat cu rămășițele unei supernove tinere din constelația Cassiopeia, celălalt AXP este primul candidat magnetar înregistrat în lumină vizibilă. În urmă cu trei ani, a fost descoperit de Ferdi Hulleman și Martin van Kerkwijk de la Universitatea din Utrecht (Olanda), care lucrau cu Kulkarni. De atunci, Brian Kern și Christopher Martin de la Institutul de Tehnologie din California i-au observat luminozitatea în lumina vizibilă. Radiația sa slăbește și se intensifică cu o perioadă egală cu perioada de pulsații ale emisiei de raze X a unei stele neutronice. Aceste observații susțin ideea că acest AXP este un magnetar. Dacă ar fi o stea neutronică obișnuită înconjurată de un disc de materie, radiațiile sale vizibile și infraroșii ar fi mult mai intense, iar pulsațiile lor ar fi mult mai slabe.

Natura exploziilor scurte de raze gamma nu a fost încă explicată în mod convingător, dar unele dintre ele se pot datora fulgerelor magnetarelor din alte galaxii.

Descoperirile recente și tăcerea completă a sursei exploziilor din Marele Nor Magellanic timp de 20 de ani sugerează că magnetarii pot rămâne latenți câțiva ani și decenii, iar apoi devin brusc foarte activi. Unii astronomi cred că AXP este în medie mai tânăr decât SGR, dar întrebarea rămâne deschisă. Dacă atât SGR, cât și AXP sunt magnetare, atunci probabil formează o fracțiune semnificativă numărul total stele neutronice.

Istoria magnetarilor ne aduce aminte de cât de mult mai avem de învățat despre univers. Astăzi abia dacă putem distinge o duzină de magnetari printre nenumăratele de stele. Ele se manifestă doar pentru o fracțiune de secundă în astfel de raze, care înregistrează cele mai complexe telescoape moderne. Timp de 10 mii de ani, câmpurile lor magnetice se degradează și încetează să emită raze X intense. Astfel, o duzină de magnetari descoperiți indică existența a peste un milion și, posibil, a sute de milioane dintre ei. Magnetari vechi, întunecați, dispăruți de mult, ca niște lumi uimitoare, rătăcesc în spațiul interstelar. Ce secret avem încă de descoperit?

ADIŢIONALLITERATURĂ:
Flash! Vânătoarea celor mai mari explozii din univers. Govert Schilling. Cambridge University Press, 2002.

DESPRE AUTORI:
Chryssa Kouveliotou, Robert C. Duncan, Christopher Thompson au studiat magnetarii de un total de 40 de ani. Kuveliotu este observator la Centrul Național de Știință și Tehnologie Spațială din Huntsville, Alabama. Printre obiectele pe care le observă, pe lângă exploziile de raze gamma moi (SGR) repetate, se numără exploziile de raze gamma „obișnuite” și sistemele de raze X duble. Duncan și Thompson sunt teoreticieni, primul la Universitatea din Texas din Austin și cel de-al doilea la Institutul Canadian pentru Astrofizică Teoretică din Toronto. Duncan studiază supernovele, materia cuarcilor și norii de gaz intergalactici. Thompson a studiat diverse subiecte - din corzi cosmiceînainte de toamnă meteoriți giganțiîn sistem solarîn primele etape ale existenţei sale.

> Magnetare

Afla, ce este un magnetar: o descriere a stelelor neutronice cu un câmp magnetic puternic, o istorie a cercetării cu o fotografie, un vecin al Căii Lactee, câtă energie emite.

Deși Universul fascinează cu obiectele sale uimitoare, acesta este departe de cel mai prietenos loc. Este nevoie de aproximativ 80-100 de ani pe Pământ pentru a te ucide. Dar există un loc în care vei muri într-o fracțiune de secundă. Așa că cunoașteți magnetare.

Când stelele supermasive explodează, în locul lor se poate forma o stea neutronică. moarte corp ceresc nu mai are suficientă presiune ușoară pentru a menține gravitația. Forța este atât de puternică încât protonii și electronii sunt împinși în spațiu, formând neutroni. Și ce avem? Neutroni! O masă solidă de neutroni.

Dacă s-a format o stea neutronică, atunci obținem . Masa acumulată anterior este comprimată într-o „minge” minusculă care se rotește de o sută de ori pe secundă. Dar asta nu este cel mai ciudat lucru. Dintre cele zece stele neutronice care au apărut, va exista întotdeauna una destul de ciudată, care se numește magnetar. Acestea sunt stele neutronice care au ieșit din supernove. Dar în procesul de formare se întâmplă lucruri neobișnuite. Ce anume? Câmpul magnetic devine atât de intens încât oamenii de știință nu își pot da seama de unde provine.

Unii cred că atunci când rotația, temperatura și câmpul magnetic al unei stele neutronice converg într-un loc perfect, obțineți un dinam care amplifică câmpul magnetic de 1.000 de ori.

Dar descoperirile recente au oferit mai multe indicii. Oamenii de știință au descoperit un magnetar care se îndepărtează de. Am putut deja să observăm astfel de obiecte atunci când o stea din sistem explodează sub forma unei supernove. Adică făcea parte din sistemul binar.

În timpul parteneriatului, obiectele au orbitat unul lângă altul (mai aproape de distanța Pământ-Soare). Această distanță a fost suficientă pentru a face schimb de material. Steaua mare a început să moară prima, dându-și masa celei mai mici. Acest lucru a făcut-o să se relaxeze și să dea masa înapoi. Drept urmare, cel mai mic explodează ca o supernovă, aruncându-l pe al doilea pe o nouă traiectorie. În loc să formăm o stea neutronică, avem un magnetar.

Puterea câmpului magnetic observat este pur și simplu uluitoare! În apropierea Pământului, este nevoie de 25 gauss, iar la suprafață experimentăm doar mai puțin de 0,5 gauss. O stea neutronică are un trilion de gauss, dar magnetarii depășesc acest reper de 1000 de ori!

Ce s-ar întâmpla dacă ai fi acolo? Ei bine, pe o rază de 1.000 km, câmpul magnetic este suficient de puternic încât să te despartă. nivel atomic. Cert este că atomii înșiși sunt deformați și nu vă mai pot susține forma.

Dar nu ai înțelege niciodată nimic, pentru că ai murit din cauza radiațiilor intense și a particulelor mortale ale unui obiect într-un câmp magnetic.

O altă unicitate a magnetarelor este că sunt capabili să aibă un cutremur (se tremură). Seamănă cu pământesc, dar are loc pe o stea. O stea neutronică are o crustă exterioară care se poate crăpa, asemănând cu mișcarea plăcilor tectonice ale Pământului. Acesta este ceea ce se întâmplă atunci când un magnetar creează o explozie.

Cel mai puternic eveniment a avut loc cu obiectul SGR 1806-20, la 50.000 de ani lumină distanță. În 1/10 de secundă, unul dintre cutremure a creat mai multă energie decât Soarele în 100.000 de ani. Și aceasta nu este o supernovă, ci doar o fisură la suprafață!

Din fericire pentru noi, aceste obiecte cu adevărat mortale sunt departe și nu există nicio șansă să se poată apropia. Pentru a afla mai multe despre magnetare și pentru a afla mai multe informații interesante, urmăriți videoclipul.

magnetare

Astrofizicianul Serghei Popov despre exploziile de raze gamma, câmpurile magnetice puternice și pulsarii cu raze X:

Magnetare „ascunse”.

Astrofizicianul Serghei Popov despre magnetari, explozii de supernove și câmpul magnetic al stelelor: