Наблюдения звездотрясений подтвердили природу магнитаров

Notice: Undefined offset: 16 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 73
Нейтронная звезда - это сверхплотный остаток массивной звезды, взорвавшейся в виде сверхновой. Считается, что нейтронная звезда состоит в основном из нейтронов (с небольшой примесью других субатомных частиц плюс более привычная нам металлическая кора, "плавающая" поверх всего этого безобразия). Плотность вещества, из которого состоят нейтронные звезды, столь велика, что чайная ложка его на Земле весила бы около полумиллиарда тонн.

Сразу же после своего рождения нейтронные звезды, как правило, вращаются очень быстро: действует закон сохранения углового момента, и испытывающая коллапс (сжимающаяся) звезда раскручивается подобно фигуристке, прижимающей руки к туловищу. Однако вращение некоторых нейтронных звезд может вскоре аномально быстро замедлиться.

Предполагается, что такие объекты обладают чрезвычайно мощными магнитными полями, которые и позволяют им интенсивно терять угловой момент за счет мощного электромагнитного излучения. Этот тип нейтронных звезд называют магнитарами (magnetar), они относительно редки, и к настоящему времени во всей нашей Галактике удалось отыскать чуть больше десятка кандидатов в магнитары. Магнитары рождаются из звезд, по крайней мере в 8 раз превосходящих по массе наше Солнце, и при массе, сопоставимой с массой нашего светила, имеют диаметр всего 15 километров.

Чтобы доказать, что такие нейтронные звезды замедляются именно благодаря своим сверхмощным магнитным полям, а не по каким-либо иным причинам (например, это может происходить еще и за счет истечения в космос заряженных частиц), группа Толга Гювера (Tolga Güver) из Стамбульского университета, изучила данные по "звездотрясению", которое в 2003 году перенес кандидат в магнитары XTE J1810-197, находящийся в 10 тысячах световых лет от Земли в созвездии Стрельца, и провела соответствующее моделирование.

XTE J1810-197 - это вообще довольно уникальный объект, способный на такие фокусы, которых ни у какого другого объекта больше не наблюдалось. Так, он регулярно испускает мощные радиоимпульсы точно так же, как и любой "порядочный" радиопульсар, у которого собственное магнитное поле несравненно слабее.

Обычный же магнитар был бы виден лишь в рентгеновском диапазоне и только иногда мог бы проявлять себя как очень слабый источник в оптике и инфракрасных лучах. Открыт XTE J1810-197 в 2003 году рентгеновской обсерваторией RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) в качестве первого транзиентного (вспышечного) аномального рентгеновского пульсара - вращающейся одиночной нейтронной звезды.

Аномальные рентгеновские пульсары, АРП (Anomalous X-ray Pulsars - AXPs) выделены в отдельный класс в середине 1990-х гг. по ряду характерных признаков - у них близкие периоды пульсаций (порядка 10 секунд), которые неизменно увеличиваются (вращение нейтронной звезды все время замедляется) и при этом не удается зарегистрировать оптического излучения компаньона (т. е. АРП - это не двойные системы, как прочие рентгеновские пульсары, а одиночные нейтронные звезды).

В ходе нового исследования выяснилось, что магнитное поле объекта XTE J1810-197 мощнее земного в 600 триллионов раз, - детальный спектральный анализ и последующее моделирование дало значение напряженности магнитного поля B = (2,72±0,03)x1014 гауссов, что очень близко к значению, выводимому из скорости вращения источника, причем в ходе наблюдений это значение оставалось почти неизменным (если начало вспышки могло соответствовать каким-либо изменениям в магнитосфере нейтронной звезды, то за месяц, протекший между пиком вспышки и первым наблюдением "Ньютона", объект успел перейти в более стабильное состояние).

"Это первое независимое подтверждение того факта, что кандидат в магнитары действительно является магнитаром, - заявила член группы Ферьял Озел (Feryal Özel) из американского Аризонского университета (University of Arizona) в Тусоне. - Эти объекты обладают самыми мощными магнитными полями в нашей Вселенной".

Измерения проводились с помощью ряда приборов, установленных на космической рентгеновской обсерватории "Ньютон" (XMM-Newton) Европейского космического агентства (ESA). Всего было проведено семь наблюдений между 9 августа 2003 г. и 12 марта 2006 г. Анализируя спектр рентгеновских лучей от вспышки 2003 года и последовавших за ней событий, группа Гювера выявила наличие горячего пятна (hotspot) поперечником около 4 километров на поверхности (в верхней коре) нейтронной звезды.

Это пятно в ходе вспышки было нагрето приблизительно до 5 миллионов градусов, а затем постепенно охлаждалось. Подобное событие хорошо согласуется с теорией звездотрясений, которая объясняет испускание огромных количеств энергии и нагрев окружающего пространства (ионизированной атмосферы) за счет растрескивания коры нейтронной звезды.

Такая теория звездотрясений, объясняющих поведение магнитаров, была создана в 1992 году канадцем Кристофером Томпсоном (Christopher Thompson) и американцем Робертом Дунканом (Robert Duncan). Эти теоретики связали вспышечную активность магнитаров с пересоединением магнитных силовых линий в их магнитосфере (так это рассматривалось первоначально) или внешней твердой коре, плавающей поверх сверхтекучего "слитка".

Предполагается, что во внешних слоях нейтронных звезд нейтроны и протоны могут образовывать "нормальные" атомы (в квазизвездном центре они друг к другу прижаты чудовищным давлением столь радикально, что происходит "обобществление" электронных оболочек и ядер).

Сверхмощное магнитное поле корежит (вытягивает) эти атомы на поверхности так, что они образуют своеобразные квазиполимерные нити, переплетающиеся друг с другом и образующие нечто вроде ковра, покрывающего всю поверхность магнитара (говорят также о пронизывающем эту субстанцию едином релятивистском фермиевском море электронов, ну а глубже "вздувшиеся" от нейтронов ядра образуют "ядерные спагетти" и "ядерную лазанью" - nuclear spaghetti and lasagna, - застывающую плотными ветвями и плитами). Возможно, именно спорадическая перестройка фрагментов с пересоединением "прицепленных" к ним магнитных силовых линий (как в плазме во время вспышек на Солнце) и приводит к мощным выбросам излучения.

Жюль Альперн (Jules Halpern) из американского Колумбийского университета в Нью-Йорке (Columbia University) считает, что исследования таких вспышек могут в будущем дать ответ на вопрос, почему век магнитара столь короток. Ведь все известные магнитары очень молоды - как правило, им нет и 10 тысяч лет.

Скорее всего, после недолгого и бурного периода существования в роли магнитара, после ряда мощных вспышек и ослабления магнитного поля, такая разновидность нейтронных звезд просто превращается в обычные радиопульсары или иные нейтронные звезды более распространенных типов.

   
автор: Максим Борисов