Аномални рентгенови пулсари. Училищна енциклопедия Какво представляват рентгеновите лъчи

Тази плътност се доближава до плътността на материята вътре в атомните ядра:

Само неутронните звезди могат да бъдат толкова компактни, компресирани до толкова висока степен: тяхната плътност е наистина близка до ядрената. Това заключение се потвърждава от цялата петнадесетгодишна история на изследване на пулсарите.Но какъв е произходът на бързото въртене на неутронните звезди-пулсари? Несъмнено се дължи на силното компресиране на звездата при превръщането й от „обикновена“ звезда в неутронна. Звездите винаги имат въртене с една или друга скорост или период: Слънцето например се върти около оста си с период от около месец. Когато една звезда се свие, нейното въртене се ускорява. С нея се случва същото като с танцьор на лед: притискайки ръцете си към себе си, танцьорът ускорява въртенето си. Тук действа един от основните закони на механиката - законът за запазване на ъгловия импулс (или ъгловия импулс). От това следва, че при промяна на размерите на въртящо се тяло се променя и скоростта на неговото въртене; но работата остава непроменена

(което е - до незначителен числов фактор - ъгловият момент). В този продукт Q е честотата на въртене на тялото, M е неговата маса, R е размерът на тялото в посока, перпендикулярна на оста на въртене, която съвпада в случай на сферична звезда. с неговия радиус. При постоянна маса продуктът остава постоянен

И следователно, с намаляване на размера на тялото, честотата на неговото въртене се увеличава според закона: (1.3)

По-нататъшно свиване до размера на неутронна звезда,

означава намаляване на радиуса с фактор хиляда. Съответно честотата на въртене трябва да се увеличи милион пъти и периодът му трябва да намалее със същото количество. Вместо, да речем, месец, сега звездата прави едно завъртане около оста си само за три секунди. По-бързото първоначално въртене дава още по-кратки периоди. Днес са известни не само пулсари, излъчващи в радиообхвата - те се наричат ​​радиопулсари, но и рентгенови пулсари, излъчващи регулярни импулси на рентгенови лъчи. Те също се оказаха неутронни звезди; има много в тяхната физика, което ги прави подобни на бърстерите. Но както радиопулсарите, така и рентгеновите пулсари се различават от пулсарите в едно основно отношение: те имат много силни магнитни полета. Именно магнитните полета - заедно с бързото въртене - създават ефекта на пулсациите, въпреки че тези полета действат по различен начин в радиопулсарите и рентгеновите пулсари.

Първо ще говорим за рентгеновите пулсари, чийто механизъм на излъчване е повече или по-малко ясен, а след това за радиопулсарите, които досега са проучени в много по-малка степен, въпреки че са открити преди рентгеновите пулсари и избухвания.

Рентгенови пулсари

Рентгеновите пулсари са близки двойни системи, в които една от звездите е неутронна звезда, а другата е ярка звезда-гигант. Известни са около две дузини от тези обекти. Първите два рентгенови пулсара - в съзвездието Херкулес и в съзвездията Кентавър - са открити през 1972 г. (три години преди откриването на бърстери) с помощта на американския изследователски спътник "Ухуру". Пулсарът в Херкулес изпраща импулси с период от 1,24 s. Това е периодът на въртене на неутронна звезда. В системата има още един период - неутронната звезда и нейният спътник се въртят около общия си център на тежестта с период от 1,7 дни. Орбиталният период в този случай е определен поради (случайното) обстоятелство, че при своето орбитално движение "обикновената" звезда редовно се появява на линията на видимост, свързваща нас и неутронната звезда, и следователно закрива източника на рентгенови лъчи за малко. Това очевидно е възможно, когато равнината на звездните орбити прави само малък ъгъл с линията на зрение. Рентгеновото лъчение спира за около 6 часа, след което се появява отново и така на всеки 1,7 дни.

(Между другото, наблюдение на рентгенови затъмнения за избухвания преди

не е успешен напоследък. И това беше странно: ако орбитите на двойно

системите са произволно ориентирани в пространството, трябва да се очаква, че от

повече от три дузини бърстъра, поне няколко имат

равнини на орбитално движение приблизително успоредни на зрителната линия

(като пулсар в Херкулес), така че обикновена звезда може периодично

затвори неутронната звезда от нас. Едва през 1982 г., т.е. 7 години по-късно

отварящи бурстери, един пример за засенчващ бурстър беше накрая

открит.) Дългосрочните наблюдения позволиха да се установи още един -

третият е периодът на рентгеновия пулсар в Херкулес: този период е

35 дни, от които II дни източникът свети и 24 дни не свети. Причината за това

явлението остава неизвестно. Пулсар в съзвездието Кентавър

период на пулсация 4,8 s. Орбиталният период е 2,087

ден, намира се и чрез рентгенови затъмнения. Дългосрочен

промени, подобни на 35-дневния период на пулсара в съзвездието Херкулес през

този пулсар не е намерен. Спътник на неутронна звезда в двойна система

Този пулсар е ярка видима гигантска звезда с маса 10-20 слънца. В повечето случаи, спътник на неутронна звезда в рентгенови лъчи

пулсар е ярко синя гигантска звезда. По това те се различават от

бърстери, които съдържат слаби звезди джуджета. Но както при бърстърите, в

тези системи е възможно материята да тече от обикновена звезда към

неутронна звезда, а тяхното излъчване също възниква поради нагряване

повърхността на неутронна звезда от потока на натрупана материя. Това е същото

физически механизъм на излъчване, както в случая с фона (не изригването)

разрушаваща радиация. Някои от рентгеновите пулсари имат материя

тече към неутронната звезда под формата на струя (както при бърстерите). Повечето

В същите случаи гигантска звезда губи материя под формата на звезден вятър -

излизаща от повърхността й във всички посоки на плазмения поток, йонизирана

газ. (Подобно явление се наблюдава и на Слънцето, въпреки че слънчевият вятър и

по-слаб - Слънцето не е гигант, а джудже.) Част от плазмата на звездния вятър навлиза

в близост до неутронна звезда, в зоната на доминиране на нейната гравитация, където и

е заловен от нея.

Въпреки това, когато се приближава до повърхността на неутронна звезда, заредена

плазмените частици започват да изпитват друго силово поле

магнитно поле на неутронна звезда-пулсар. Магнитното поле е способно

|
рентгенов пулсар Киев, термовизионна камера с рентгенов пулсар
- космически източник на редуващо се рентгеново лъчение, идващо на Земята под формата на периодично повтарящи се импулси.

• 1 История на откритията
• 2 Физическа природа на рентгеновите пулсари
• 3 Вижте също
• 4 Бележки
• 5 връзки

История на откритията

Откриването на рентгенови пулсари като отделно явление се случи през 1971 г. с помощта на данни, получени от първата рентгенова орбитална обсерватория Ухуру. Първият открит рентгенов пулсар Centaurus X-3 показа не само редовни пулсации на яркостта с период от около 4,8 секунди, но и регулярна промяна в този период. Допълнителни изследвания показват, че промяната в периода на пулсации в тази система е свързана с ефекта на Доплер, когато източникът на пулсации се движи по орбитата в двоичната система. Интересно е да се отбележи, че източникът GX 1+4, открит в стратосферен експеримент, проведен през октомври 1970 г. (статия за тези измервания беше изпратена за публикуване след публикуването на резултата от източника Cen X-3 от данните на обсерваторията Uhuru група), и които бяха открити регулярни промени в яркостта с период от около 2,3 минути, също се оказа пулсар. Ограничените данни от стратосферния експеримент обаче не позволиха да се направят надеждни твърдения за строгата закономерност на промяната в яркостта на този източник, следователно този източник не може да се счита за първия открит рентгенов пулсар.

Формално за първи път излъчването на намагнетизирана въртяща се неутронна звезда (т.е. пулсар) в мъглявината Рак е открито през 1963 г., т.е. още преди откриването на неутронните звезди през 1967 г. от А. Хюиш и Дж. Бел. Но много краткият период на въртене на неутронна звезда в мъглявината Рак (около 33 ms) не направи възможно откриването на рентгенови пулсации на тази честота до 1969 г.

Физическа природа на рентгеновите пулсари

Рентгеновите пулсари могат да бъдат разделени на два големи класа според източника на енергия, който захранва рентгеновите лъчи: акрециращи рентгенови пулсари и единични рентгенови пулсари. Първите са двойна система, един от компонентите на която е неутронна звезда, а втората е звезда, която или запълва лоба на Рош, в резултат на което материята преминава от обикновена звезда към неутронна, или гигантска звезда с мощен звезден вятър.

Неутронните звезди са звезди с много малки размери (20-30 km в диаметър) и изключително висока плътност, надвишаваща плътността на атомното ядро. Смята се, че неутронните звезди се появяват в резултат на експлозии на свръхнови. По време на експлозия на свръхнова ядрото на нормална звезда бързо се срива, което след това се превръща в неутронна звезда. По време на компресията, поради закона за запазване на ъгловия момент, както и запазването на магнитния поток, има рязко увеличаване на скоростта на въртене и магнитното поле на звездата. Бързата скорост на въртене на неутронната звезда и изключително високите магнитни полета (1012-1013 гауса) са основните условия за появата на феномена рентгенов пулсар.

Падащата материя образува акреционен диск около неутронната звезда. Но в непосредствена близост до неутронна звезда тя се унищожава: движението на плазмата е силно възпрепятствано през линиите на магнитното поле. веществовече не може да се движи в равнината на диска, той се движи по линиите на полето и пада върху повърхността на неутронната звезда в областта на полюсите. В резултат на това се образува така наречената акреционна колона, чийто размер е много по-малък от размера на самата звезда. Материята, удряйки твърдата повърхност на неутронна звезда, се нагрява силно и започва да излъчва рентгенови лъчи. Пулсациите на радиация са свързани с факта, че поради бързото въртене на звездата акреционната колона ту изчезва от погледа на наблюдателя, ту се появява отново.

По отношение на физическата картина, близките роднини на рентгеновите пулсари са полярни и междинни полярни. Разликата между пулсарите и полярните е, че пулсарът е неутронна звезда, докато полярният е бяло джудже. Съответно те имат по-ниски магнитни полета и скорост на въртене.

С остаряването на неутронната звезда нейното поле отслабва и рентгеновият пулсар може да се превърне в избухване.

Единичните рентгенови пулсари са неутронни звезди, чието рентгеново излъчване е резултат или от излъчването на ускорени заредени частици, или от простото охлаждане на техните повърхности.

Вижте също

• неутронна звезда
• радиопулсар
• Пулсар
• Поляри (катаклизмични променливи)
• Междинен полярен

Бележки

1. В. М. Липунов. Астрофизика на неутронните звезди. - Науката. - 1987. - С. 139.

Връзки

• Космическа физика. Малка енциклопедия, Москва: Съветска енциклопедия, 1986 г

аниме с рентгенов пулсар, реплики с рентгенов пулсар, мерници с рентгенов пулсар, термовизионна камера с рентгенов пулсар

Рентгенов пулсар Информация за

РЕНТГЕНОВИ ПУЛСАРИ

- източници на редуващи се периодични. Рентгенов неутронни звезди със силно магнитно поле. поле, излъчващо се поради натрупвания.Магн. поле на повърхността R. р. ~ 10 11 -10 14 гаус. Светимостиповечето R. p. от 10 35 до 10 39 erg / s. Пулсови периоди Рот 0,07 s до няколко хиляди секунди. R. p. са включени в близки двойни звездни системи (вж. близки двойни звезди)вторият компонент to-rykh е нормална (недегенерирана) звезда, която доставя веществото, необходимо за натрупването и нормалното функциониране на R. p. на Галактиката и тези, които лежат в нейната равнина, и в двойни системи с ниска маса принадлежащи към населението на II галактика и принадлежащи към нейната сферична. компонент. R. p. също открит в Магелановите облаци.

Ориз. 1. Запис на рентгеново пулсарно излъчване Centaur X-3, получено от спътника "Uhuru" на 7 май 1971 г. На вертикалната ос - броят на показанията за интервал от време 1 bin = 0,096 s, на хоризонталната - време в кошчета.

Ориз. Фигура 2. Дългосрочна променливост на рентгеновото излъчване от източника Centaur-X-3 (долна графика, N - брой показания, s -t) Виждат се характерни рентгенови затъмнения. Горната графика показва промените в периода P, доказващи движението на пулсара около центъра на масата на двойната система (A 1.387-10 -3).

В началото етап на рентгеново изследване. обектите получиха имена според съзвездията, в които се намират. Например Hercules X-1 означава първата рентгенова снимка. яркост обект в съзвездието Херкулес, Кентавър X-3 - третата яркост в съзвездието Кентавър. R. p. в Малкия Магеланов облак е обозначен като SMC X-1, в Големия Магеланов облак - LMC X-4 [често се среща в рентгенови означения. източници буква Х - от англ. Рентгенови лъчи (рентгенови лъчи)] Откриване от сателити на голям брой рентгенови лъчи. изискват се други източници.Астрономически координати). Подобно значение имат например цифрите в обозначенията на източници, открити от спътника Ариел (Великобритания). A0535 + 26. Типовите обозначения GX1+4 се отнасят за източници в центъра. региони на галактиката. Числата отговарят на галактиката координати ли b(в такъв случай l = 1°, b=+4°). Използват се и други обозначения. Така мигащ RP с период от около 8 секунди, открит от борда на съветската AMS Venera-11, -12 в експеримента Cone, беше наречен FXP0520-66.

Променливост на излъчването на рентгенови пулсари. кратък период рентгенова вариабилност радиация R. p. илюстрира фиг. 1, на Krom има запис на радиацията на един от първите открити R. p. - Centaur X-3 (май 1971 г., спътник "Uhuru"). Период на повторение на импулса P = 4.8 s

На фиг. 2 показва дълъг период. променливост Р. н. Кентавър X-3. Веднъж на два дни R. p. периодично "изчезва" (затъмнява) за 11 часа (по-ниска. R. зависи от фазата на двудневния период T= 2.087 дни според хармоничния закон (горна графика): къде е промяната R, R 0- непроменена стойност R, A -относителна амплитуда. промени Р, t0съответства на един от моментите, когато отклонението на периода е максимално. Тези два факта се тълкуват недвусмислено: R. p. влиза в двоична система с орбитален период, равен на T."Изчезването" се обяснява със затъмненията на лоба на R. p. Roche. Периодични промени Рсе дължат на ефекта на Доплер по време на орбиталното движение на R. p. около центъра на масата на двойната система. ,където аз-ъгълът на орбиталния наклон на двойната система (в тази система е близо до 90 °), v-скоростта на орбиталното движение на R. p.; vгрях аз= 416 km/s, ексцентрицитетът на орбитата е малък. Рентгенов затъмненията са открити в далеч не всички двоични системи с R. p.

Ориз. 3. Опростена картина на акреция върху магнетизирана неутронна звезда в двойна система. Газът влиза в звездата като в геометрично тънък диск, а М е ъгловата скорост на въртене и магнитният момент на неутронната звезда.Условията за вмръзване на плазмата в магнитосферата не са благоприятни на цялата й повърхност.

След откриването на R. p. в близост до него обикновено бързо се намира променлива оптика. звезда (вторият компонент на двоичната система), чиято яркост се променя с период, равен на орбитала или наполовина по-дълъг (виж по-долу). Освен това спектралните линии на опт компонентите изпитват доплерово изместване, 2 t във филтъра AT(см. астрофотометрия).Част от рентгеновата снимка радиацията се отразява от атмосферата на звездата, но DOS. дялът се абсорбира от него и се преработва в оптичен. R. Част от енергията се изразходва за еф. нагряване на вещество на повърхността, придружено от образуване на m. н. индуциран. звезден вятър.Вторият ефект, наречен елипсоидален ефект, е свързан с факта, че формата на звездата, запълваща лоба на Рош, се различава значително от сферичната. В резултат на това b. ч. повърхност и два пъти – по-малък. Такава променливост с период, равен на половината от орбиталния период, се наблюдава в двойни системи, където светимостта е оптична. компонент е много по-висок от Rg. яркостта на R. p. По-специално, именно поради тази променливост беше открит нормалният компонент на източника на Centaur X-3.

Акреция върху неутронна звезда със силно магнитно поле. В близките двойни звездни системи са възможни две основни системи. видове акреция: дискова и сферично симетрична. лоб на Рош), тогава течащото вещество има средна стойност. удари

Ориз. 4. Импулсни профили на редица рентгенови пулсари. Дадени са енергийните интервали, за които са получени данните и периодите P.

Ориз. 5. Енергийна зависимост на импулсния профил за два рентгенови пулсара.

Ориз. 6. Спектри на редица рентгенови пулсари. Забелязва се рентгеновата линия на желязото с hv6,5-7 keV.

Свободно падане (със сферично симетрично натрупване) е възможно само на големи разстояния Рот звезда. На разстояние L m ~ 100-1000 км (радиус на магнитосферата), налягането на магн. полето на неутронна звезда се сравнява с налягането на нарастващия поток от материя ( - плътност на веществото) и го спира. В зоната Р< R M се образува затворената магнитосфера на неутронна звезда (фиг. 3, а), близо до Р Мвъзниква ударна вълна, при която плазмата се охлажда от излъчването на RP поради Комптоново разсейване. Поради нестабилността на Rayleigh-Taylor, става възможно плазмените капчици да проникнат в магнитосферата, където допълнително се раздробяват и замръзват в магнитното поле. поле. Магн. канализира потока от натрупваща се плазма и го насочва към магнитната област. б). Зоната, върху която пада веществото, очевидно е . Потокът от материя, падащ върху звездата, необходим за поддържане на светимостта L x ~ 10 35 -10 39 erg/s, е равен на една година. Повече от един тон материя пада на 1 cm 2 от повърхността всяка секунда. Скоростта на свободно падане е 0,4 с.

В R. p. с осветеност L x < 10 36 эрг/спадающие протоны и электроны тормозятся в атмосфере (образованной веществом,

Ориз. 7. Период P (в s) като функция на времето за редица рентгенови пулсари.

В R. Натискът на светлината) върху падащите електрони е в състояние да спре потока от натрупваща се материя. В близост до повърхността на неутронна звезда (на височина по-малка от 1 m) могат да се образуват радиационни доминанти. ударна вълна. Ако светимостта на R. p. надвишава 10 37 erg / s, тогава над повърхността на неутронна звезда в областта на магнитното. полюсите се образува акреционна колона. критична светимост, защото от страни се държи магнитно. поле, а не гравитация. Освен това, ако магнитните Тъй като полето на неутронна звезда надвишава 10 13 G, тогава в основата на колоната температурата на плазмата и радиацията достига 10 10 K. При такива температури протичат процесите на създаване и унищожаване на двойки електрон-позитрон. Неутрино, получени при реакция , отнемат основното дял на осветеност. Рентгенов светимостта (над критичната) е малка част от светимостта на неутрино, а светимостта на SMC X-1 и LMC X-4 ~ 10 m erg / s, т.е. те са много по-високи от критичната. Тези обекти имат, очевидно, и означават. светимост на неутрино. Излъчените неутрино загряват вътрешността на неутронната звезда и, като се абсорбират във вътрешността на нормалния компонент на двойната система, дават малък принос за нейната оптика. осветеност. Потокът от натрупваща се материя в такива обекти може да достигне (10 - 6 -10 - 5 ) през годината. В този случай е възможна ситуация, когато по време на 10 6 -10 5 години "работа" на R. p., прибл. 1 вещество, границата на стабилност за неутронни звезди ще бъде превишена, ще има гравитационен колапс,придружен от експлозия свръхноварядък тип и образование Черна дупка.Това може да се случи само при дискова акреция, когато радиационното налягане не предотвратява акрецията на големи разстояния от гравитационния център.

Формиране на импулсни профили и емисионни спектри на рентгенови пулсари. P е равно на периода на въртене на неутронната звезда. Наличието на силен магнит. полетата могат да доведат до насоченост на радиацията. В зависимост от съотношението между енергията на фотоните в.в, магнитна сила. полета зи плазмен рояк T eмогат да се оформят както модели "молив", така и "нож". Най-важният параметър е жирочестотата (циклотронната честота) на електрона. Степента на насоченост е ф-ция на съотношенията.. Схемата на насоченост определя формата на импулсния профил на R. p. 4. Формата на профилите на много R. p. се променя с увеличаване на енергията на фотона (фиг. 5).

Емисионният спектър на неутронна звезда трябва да бъде многокомпонентен. Те излъчват ударна вълна, акреционна колона, повърхността на неутронна звезда близо до основата на колоната и плазма, протичаща през магнитосферата към полюсите на неутронна звезда. Тази плазма абсорбира твърдото излъчване на колоната и го преизлъчва в "мекото" рентгеново лъчение. диапазон както в континуума (непрекъснат спектър), така и в рентгеновите лъчи. линии (характерни и резонансни) на йони на тежки елементи. Ако плазмените потоци върху магнитосферата на RP с висока светимост не покриват цялата му повърхност, тогава се образуват „прозорци“, в които „твърдото“ лъчение излиза свободно, докато други посоки са затворени за него поради голямото оптично лъчение. дебелини на плазмените потоци. Въртенето на неутронна звезда трябва да доведе до пулсации на радиация. Това е друг механизъм за формиране на рентгеновия профил. Най-важната стъпка в изследването на R. p. беше откриването на жиролин [спектрална линия, дължаща се на циклотронно излъчване (или абсорбция) на електрони] в спектъра на R. p. Hercules X-1. Откриването на жиролинията даде метода на директното експериментиране. hv H = 56 keV. Според съотношението hv H = 1,1 (з/10 11 G) keV, магнитна сила полето на повърхността на тази неутронна звезда е 5*10 12 G.

Ускоряване и забавяне на въртенето на неутронните звезди. За разлика от радиопулсарите (някои от тях, в частност пулсарив рак и платна, излъчват в рентгенови лъчи. обхват), които излъчват поради ротационната енергия на магнетизирана неутронна звезда и увеличават периода си с времето; RP, които излъчват поради акреция, ускоряват своето въртене. Наистина, по време на акрецията на диска материята, падаща върху магнитосферата, има забележимо sp. момента на количеството движение. Замръзване в магнита. поле, натрупващата се плазма се движи към повърхността на звездата и предава своя ъглов момент към нея. В резултат на това въртенето на звездата се ускорява и периодът на повторение на импулса намалява. Този ефект е характерен за всички R. p. (фиг. 7). Понякога обаче се наблюдава забавяне. Това е възможно, ако се промени скоростта на натрупване или посоката на момента на количеството движение на натрупващата се материя. Сред механизмите, водещи до увеличаване на периода, т.нар. витлов механизъм. Предполага се, че Р. А. Суняев.

"РЕНТГЕНОВИ ПУЛСАРИ" в книги