Radioteleskop FAST detekoval nový milisekundový pulsar. Kredit a autorská práva: Pei Wang / NAOC.
Pulsar je vesmírný objekt, který vysílá silné elektromagnetické záření v rádiovém rozsahu, vyznačující se přísnou periodicitou. Energie uvolněná v takových pulsech je malým zlomkem celkové energie pulsaru. Naprostá většina objevených pulsarů je in mléčná dráha. Každý pulsar vysílá pulsy s určitou frekvencí, která se pohybuje od 640 pulsací za sekundu až po jednu každých pět sekund. Periody hlavní části takových objektů jsou v rozsahu od 0,5 do 1 sekundy. Studie ukázaly, že frekvence pulsů se každý den zvyšuje o jednu miliardtinu sekundy, což se zase vysvětluje zpomalením rotace v důsledku energie emitované hvězdou.
První pulsar objevili Jocelyn Bell a Anthony Hewish v červnu 1967. Objev takových objektů nebyl teoreticky předpovídán a pro vědce byl velkým překvapením. V průběhu výzkumu astrofyzici zjistili, že takové objekty musí sestávat z velmi husté látky. Tak gigantickou hustotu hmoty mají jen masivní tělesa, jako jsou hvězdy. Díky obrovské hustotě jaderné reakce probíhající uvnitř hvězdy přeměňují částice na neutrony, proto se těmto objektům říká neutronové hvězdy.
Většina hvězd má hustotu o něco vyšší než hustota vody, významným zástupcem je zde naše Slunce, hlavní látkou, ve které je plyn. Bílí trpaslíci mají stejnou hmotnost jako Slunce, ale mají menší průměr, v důsledku čehož je jejich hustota přibližně 40 t/cm 3 . Pulsary jsou hmotnostně srovnatelné se Sluncem, ale jejich rozměry jsou velmi malé - asi 30 000 metrů, což zase zvyšuje jejich hustotu na 190 milionů tun/cm 3 . Při této hustotě by Země měla průměr asi 300 metrů. S největší pravděpodobností se pulsary objeví po výbuchu supernovy, kdy obal hvězdy zmizí a jádro se smrští do neutronové hvězdy.
Dosud nejlépe prozkoumaným pulsarem je PSR 0531+21, který se nachází v Krabí mlhovině. Tento pulsar dělá 30 otáček za sekundu, jeho indukce magnetické pole je tisíc gaussů. Energie této neutronové hvězdy je stotisíckrát větší než energie naší hvězdy. Veškerá energie se dělí na: rádiové pulsy (0,01 %), optické pulsy (1 %), rentgenové snímky(10 %) a nízkofrekvenční rádiové emise / kosmické paprsky(odpočinek).
Pulsar PSR B1957+20 je ve dvojkové soustavě. Kredit a autorská práva: Dr. Mark A. Garlick; Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, University of Toronto. Doba trvání rádiového pulsu ve standardní neutronové hvězdě je třicetina času mezi pulsacemi. Všechny pulsy pulsaru se od sebe výrazně liší, nicméně obecný tvar pulsu konkrétního pulsaru je vlastní pouze jemu a je stejný po celá desetiletí. Tato forma může prozradit mnoho zajímavého. Nejčastěji je jakýkoli impuls rozdělen do několika subpulzů, které se zase dělí na mikropulzy. Velikost takových mikropulzů může dosahovat až tří set metrů a energie jimi vyzařovaná se rovná té sluneční.
V současné době je pulsar vědci představován jako rotující neutronová hvězda, která má silné magnetické pole, které zachycuje jaderné částice emitované z povrchu hvězdy a následně je urychluje na ohromnou rychlost.
Pulsary se skládají z jádra (kapaliny) a kůry, jejíž tloušťka je přibližně jeden kilometr. V důsledku toho se neutronové hvězdy podobají spíše planetám než hvězdám. Vzhledem k rychlosti rotace má pulsar zploštělý tvar. Neutronová hvězda během pulsu ztrácí část své energie a v důsledku toho se její rotace zpomaluje. Díky tomuto zpomalení se v kůře nahromadí napětí a pak se kůra zlomí, hvězda se trochu zakulatí - zmenší se poloměr a zvýší se rychlost rotace (v důsledku zachování hybnosti).
Dosud objevené vzdálenosti k pulsarům se pohybují od 100 světelných let do 20 000.
Předpovězeno teoretiky, zejména akademiky L. A. Landau v roce 1932.
Proměny hvězd
Hvězdy nejsou věčné. Podle toho, jaká hvězda byla a jak probíhala její existence, hvězda se otočí nebo v bílý trpaslík, nebo v neutronová hvězda. Neutronová hvězda pulsar. Pokud se hvězda zhroutí, vytvoří se Černá díra ve vesmíru.
Černá díra. Toto jsou myšlenky o "smrti" hvězd, které vyvinul akademik Ano, B. Zeldoviči a jeho studenty. Bílí trpaslíci jsou známí již velmi dlouho. Po tři desetiletí se kolem této předpovědi vedou spory. Spory, ale ne hledání. Bylo zbytečné pátrat po neutronových hvězdách pomocí pozemních observatoří: ty pravděpodobně nevyzařují viditelné paprsky a paprsky jiných částí elektromagnetického spektra jsou bezmocné k překonání pancéřového štítu zemské atmosféry. vesmír z vesmíru
Hledání začalo, až když bylo možné se na to podívat vesmír z vesmíru. Na konci roku 1967 astronomové vyrobili senzační objev. V určitém bodě na obloze se náhle rozsvítilo a po setinkách vteřiny zhaslo bodový zdroj radiových paprsků. Asi o vteřinu později se záblesk opakoval. Tato opakování následovala po sobě s přesností lodního chronometru. Zdálo se, že přes černou noc vesmíru na pozorovatele mrkal vzdálený maják. Pak se takových majáků stalo známým poměrně hodně. Ukázalo se, že jsou jiní. periodicita paprskových pulzů, radiační složení. Většina pulsary- jak se tyto nově objevené hvězdy nazývaly - měly celkovou dobu trvání od čtvrt sekundy do čtyř sekund. Dnes je počet pulsarů, které věda zná, asi 2000. A možnosti nových objevů nejsou zdaleka vyčerpány. Pulsary jsou neutronové hvězdy. Je těžké si představit jiný mechanismus, se železnou přesností, zažehující a zhášející záblesk pulsaru, než je rotace samotné hvězdy. Na jedné straně hvězdy je „instalován“ zdroj záření a s každou otáčkou kolem její osy vyvržený paprsek na okamžik dopadá na naši Zemi. Ale jaké hvězdy se mohou otáčet rychlostí několika otáček za sekundu? Neutron – a žádné jiné. Ten náš například udělá jednu revoluci za téměř 25 dní; zrychlit a odstředivé síly jednoduše to roztrhejte, rozbijte na kusy.
Svítání. Nicméně, na neutronové hvězdy hmota je stlačena do nepředstavitelné hustoty normální podmínky. Každý krychlový centimetr hmoty neutronové hvězdy by za pozemských podmínek vážil od 100 tisíc do 10 miliard tun! Fatální komprese prudce zmenšuje průměr hvězdy. Pokud mají hvězdy ve svém zářivém životě průměry stovek tisíc a milionů kilometrů, pak poloměry neutronových hvězd zřídka přesahují 20-30 kilometrů. Takový malý "setrvačník" a také pevně přinýtovaný silami univerzální gravitace lze rozkroutit rychlostí několika otáček za sekundu - nerozpadne se. Neutronová hvězda se musí točit velmi rychle. Viděli jste, jak se baletka točí, stojí na jednom prstu a drží ruce pevně u těla? Pak ale rozpřáhla ruce – její rotace se okamžitě zpomalila. Fyzik řekne: zvýšil se moment setrvačnosti. U neutronové hvězdy, jak se její poloměr zmenšuje, moment setrvačnosti se naopak zmenšuje, jaksi „tlačí ruce“ stále blíže k tělu. Zároveň se rychle zvyšuje rychlost jeho otáčení. A když se průměr hvězdy zmenší na výše uvedenou hodnotu, počet jejích otáček kolem osy by měl být přesně stejný, jako poskytuje „pulsarový efekt“. Fyzikové by rádi byli na povrchu neutronové hvězdy a prováděli nějaké experimenty. Musí tam přece existovat podmínky, jaké nikde jinde nejsou: fantastická hodnota gravitačního pole a fantastická síla magnetického pole. Podle vědců, pokud měla smršťující se hvězda magnetické pole velmi skromné velikosti - jeden oersted (magnetické pole Země, poslušně otáčející modrou střelkou kompasu k severu, se rovná asi polovině oerstedu), pak pole neutronové hvězdy síla může dosáhnout 100 milionů a bilionů orerstedů! Ve 20. letech 20. století, během svého působení v laboratoři E. Rutherforda, slavného sovětského fyzika akademika P. L. Kapitsa dát zkušenost získávání supersilných magnetických polí. Podařilo se mu získat magnetické pole nebývalé síly v objemu dvou kubických centimetrů – až 320 tisíc oerstedů. Tento rekord byl samozřejmě nyní překonán. Nejsložitějšími triky, kdy na jediné cívce solenoidu srazili celou elektrickou niagaru – výkon milión kilowattů – a zároveň explodovali pomocnou práškovou nálož, se jim podaří získat sílu magnetického pole až 25 milionů orerstedů. Toto pole je několik milióntin sekundy. A na neutronové hvězdě je možné konstantní pole tisíckrát větší! Struktura neutronové hvězdy
Sovětský vědec akademik V. L. Ginzburg namaloval docela detailní obrázek struktury neutronové hvězdy. Její povrchové vrstvy by měly být v pevném skupenství a již v hloubce kilometru by měla s nárůstem teploty pevná kůra být nahrazena neutronovou kapalinou obsahující nějakou příměs protonů a elektronů, kapalinou úžasných vlastností, supratekutou a supravodivé.
Struktura pulsaru neutronové hvězdy. V pozemských podmínkách je jediným příkladem supratekuté kapaliny chování tzv. helia-2, kapalného hélia, při teplotách blízkých absolutní nula. Helium-2 je schopno okamžitě vytéct z nádoby nejmenším otvorem, je schopno, bez ohledu na gravitační sílu, vyšplhat po stěně zkumavky. Supravodivost je také známa za pozemských podmínek pouze při velmi nízkých teplotách. Stejně jako supratekutost je v našich podmínkách projevem zákonitostí světa elementárních částic. V samém středu neutronové hvězdy se podle akademika VL Ginzburga může nacházet nesuperfluidní a nesupravodivé jádro. Dvě obří pole – gravitační a magnetické – vytvářejí kolem neutronové hvězdy jakousi korunu. Osa rotace hvězdy se neshoduje s magnetickou osou a to způsobuje „pulsarový efekt“. Pokud si představíme, že magnetický pól Země, (více: Astronomové studovali oblohu od nepaměti. Až s výrazným skokem ve vývoji techniky se však vědcům podařilo objevit předměty, které předchozí generace astronomů neměly ani ve své fantazii. Některé z nich jsou kvasary a pulsary.
I přes obrovské vzdálenosti k těmto objektům se vědcům podařilo prozkoumat některé jejich vlastnosti. Ale i přes to stále skrývají spoustu nevyřešených tajemství.
Co jsou to pulsary a kvasary
Pulsar, jak se ukázalo, je neutronová hvězda. Jeho průkopníky byli E. Huish a jeho postgraduální student D. Bell. Dokázali detekovat pulzy, což jsou proudy záření úzkého směru, které se po určitých časových intervalech stanou viditelnými, protože k tomuto efektu dochází v důsledku rotace neutronových hvězd.
Při jejím stlačení dochází k výraznému zhutnění magnetického pole hvězdy a její samotné hustotě. Dá se zmenšit na velikost několika desítek kilometrů a v takových chvílích rotace probíhá neuvěřitelně vysokou rychlostí. Tato rychlost v některých případech dosahuje tisícin sekundy. Odtud pocházejí vlny elektromagnetického záření.
Kvasary a pulsary lze nazvat nejneobvyklejšími a nejzáhadnějšími objevy astronomie. Povrch neutronové hvězdy (pulsaru) má menší tlak než její střed, z tohoto důvodu se neutrony rozpadají na elektrony a protony. Elektrony jsou urychlovány na neuvěřitelnou rychlost díky přítomnosti silného magnetického pole. Někdy tato rychlost dosáhne rychlosti světla, což má za následek uvolnění elektronů z magnetické póly hvězdy. Dva úzké svazky elektromagnetických vln – přesně tak vypadá pohyb nabitých částic. To znamená, že elektrony vyzařují záření ve směru jejich směru.
Pokračování ve výčtu neobvyklých jevů spojených s neutronové hvězdy, je třeba poznamenat jejich vnější vrstvu. V této sféře existují prostory, ve kterých nelze jádro zničit kvůli nedostatečné hustotě látky. Důsledkem toho je, že nejhustší kůra je pokryta tvorbou krystalické struktury. V důsledku toho se hromadí napětí a v určitém okamžiku začne tento hustý povrch praskat. Vědci tento jev nazývají „starquake“.
Pulsary a kvasary zůstávají zcela neprozkoumané. Ale pokud nám úžasné studie řekly o pulsarech nebo o tzv. neutronové hvězdy mají spoustu nových věcí, kvasary udržují astronomy v napětí neznámého.
Svět se poprvé dozvěděl o kvasarech v roce 1960. Objev řekl, že jde o objekty s malými úhlovými rozměry, které se vyznačují vysokou svítivostí a třídou patří k extragalaktickým objektům. Protože mají spíše malý úhlový rozměr, mnoho let se mělo za to, že jsou to jen hvězdy.
Přesný počet objevených kvasarů není znám, ale v roce 2005 byly provedeny studie, ve kterých bylo 195 000 kvasarů. Zatím o nich není známo nic, co by bylo možné vysvětlit. Existuje mnoho domněnek, ale žádný z nich nemá žádné důkazy.
Astronomové zjistili pouze to, že pro časový interval necelých 24 hodin se jejich jasnost vyznačuje dostatečnou variabilitou. Podle těchto údajů lze zaznamenat jejich relativně malou velikost oblasti záření, která je srovnatelná s velikostí Sluneční Soustava. Nalezené kvasary existují ve vzdálenosti až 10 miliard světelných let. Díky nim se nám je podařilo vidět nejvyšší úroveň zářivost.
Nejbližší takový objekt naší planetě se nachází přibližně ve vzdálenosti 2 miliard světelných let. Možná budoucí výzkum a Nejnovější technologie poskytne lidstvu nové poznatky o bílých skvrnách ve vesmíru.
Zbytek supernovy Korma-A, v jehož středu je neutronová hvězda
Neutronové hvězdy jsou pozůstatky hmotných hvězd, které dosáhly konce své evoluční cesty v čase a prostoru.
Tyto zajímavé objekty se rodí z kdysi masivních obrů, kteří jsou čtyři až osmkrát větší než naše Slunce. Stává se to při výbuchu supernovy.
Po takovém výbuchu jsou vnější vrstvy vymrštěny do vesmíru, jádro zůstává, ale už není schopno podporovat jadernou fúzi. Bez vnějšího tlaku z nadložních vrstev se zhroutí a katastrofálně smrští.
Navzdory svému malému průměru – asi 20 km, se neutronové hvězdy pyšní 1,5 násobkem hmotnosti našeho Slunce. Jsou tedy neuvěřitelně husté.
Malá lžička hvězdné hmoty na Zemi by vážila asi sto milionů tun. V něm se protony a elektrony spojují do neutronů – tento proces se nazývá neutronizace.
Sloučenina
Jejich složení není známo, předpokládá se, že se mohou skládat ze supratekuté neutronové kapaliny. Mají extrémně silnou gravitaci, mnohem silnější než Země a dokonce i Slunce. Tato gravitační síla je obzvláště působivá, protože má malou velikost.
Všechny se otáčejí kolem osy. Při kompresi je zachován moment hybnosti rotace a díky zmenšení velikosti se zvyšuje rychlost rotace.
Díky obrovské rychlosti rotace dochází k periodickému praskání vnějšího povrchu, který je pevnou „kůrou“, a dochází k „hvězdným otřesům“, které zpomalují rychlost rotace a uvolňují „přebytečnou“ energii do prostoru.
Ohromující tlak, který existuje v jádru, může být podobný tomu, který existoval v tuto chvíli velký třesk, ale na Zemi to bohužel nelze nasimulovat. Proto jsou tyto objekty ideálními přírodními laboratořemi, kde můžeme pozorovat energie na Zemi nedostupné.
rádiové pulsary
Rádiové pulsary byly objeveny koncem roku 1967 postgraduální studentkou Jocelyn Bell Burnell jako rádiové zdroje, které pulsují na konstantní frekvenci.
Záření emitované hvězdou je viditelné jako zdroj pulzujícího záření neboli pulsar.
Schematické znázornění rotace neutronové hvězdy
Rádiové pulsary (nebo jednoduše pulsar) jsou rotující neutronové hvězdy, jejichž výtrysky částic se pohybují téměř rychlostí světla, jako rotující paprsek majáku.
Po nepřetržité rotaci po několik milionů let ztrácejí pulsary svou energii a stávají se normálními neutronovými hvězdami. Dnes je známo jen asi 1000 pulsarů, i když jich v galaxii mohou být stovky.
Rádiový pulsar v Krabí mlhovině
Některé neutronové hvězdy vyzařují rentgenové záření. Známá Krabí mlhovina je dobrým příkladem takového objektu, který vznikl během výbuchu supernovy. Tato exploze supernovy byla pozorována v roce 1054 našeho letopočtu.
Pulsar vítr, Chandra video
Rádiový pulsar v Krabí mlhovině vyfotografovaný Hubbleovým vesmírným dalekohledem přes 547nm filtr (zelené světlo) od 7. srpna 2000 do 17. dubna 2001.
magnetary
Neutronové hvězdy mají magnetické pole milionkrát silnější než nejsilnější magnetické pole vytvořené na Zemi. Jsou také známé jako magnetary.
Planety poblíž neutronových hvězd
Zatím je známo, že čtyři mají planety. Když je ve dvojkové soustavě, je možné změřit její hmotnost. Z těchto binárních systémů v rádiovém nebo rentgenovém dosahu byly naměřené hmotnosti neutronových hvězd asi 1,4krát větší než hmotnost Slunce.
Dvojité systémy
Zcela jiný typ pulsaru je vidět v některých rentgenových dvojhvězdách. V těchto případech tvoří neutronová hvězda a obyčejná hvězda binární systém. Silné gravitační pole táhne materiál z obyčejné hvězdy. Materiál dopadající na něj během procesu narůstání se zahřívá natolik, že produkuje rentgenové záření. Pulsní rentgenové paprsky jsou viditelné, když horká místa na rotujícím pulsaru procházejí linií pohledu ze Země.
U binárních systémů obsahujících neznámý objekt tato informace pomáhá rozlišit, zda se jedná o neutronovou hvězdu, nebo například o černou díru, protože černé díry jsou mnohem hmotnější.
Neutronová hvězda je velmi zvláštní objekt o průměru 20 kilometrů, toto těleso má hmotnost srovnatelnou se Sluncem, jeden gram neutronové hvězdy by v pozemských podmínkách vážil více než 500 milionů tun! Jaké jsou tyto objekty? O nich bude řeč v článku.
Složení neutronových hvězd
Složení těchto objektů (z pochopitelných důvodů) bylo dosud studováno pouze v teorii a matematických výpočtech. Mnohé je však již známo. Jak již název napovídá, skládají se převážně z hustě zabalených neutronů.
Atmosféra neutronové hvězdy je tlustá jen pár centimetrů, ale veškeré její tepelné záření je soustředěno právě v ní. Za atmosférou je kůra složená z hustě zabalených iontů a elektronů. Uprostřed je jádro, které je tvořeno neutrony. Blíže ke středu je dosaženo maximální hustoty hmoty, která je 15x větší než jaderná. Neutronové hvězdy jsou nejhustšími objekty ve vesmíru. Pokud se pokusíte dále zvýšit hustotu hmoty, zhroutí se do černé díry nebo se vytvoří kvarková hvězda.
Magnetické pole
Neutronové hvězdy mají rychlost rotace až 1000 otáček za sekundu. V tomto případě elektricky vodivé plazma a jaderná hmota generují magnetická pole gigantických velikostí. Například magnetické pole Země je 1 gauss, neutronová hvězda je 10 000 000 000 000 gaussů. Nejsilnější pole vytvořené člověkem bude miliardkrát slabší.
Pulsary
Toto je obecný název pro všechny neutronové hvězdy. Pulsary mají přesně stanovenou periodu rotace, která se po velmi dlouhou dobu nemění. Díky této vlastnosti se jim říká „majáky vesmíru“.
Částice vylétají mezi póly v úzkém proudu velmi vysokou rychlostí a stávají se zdrojem rádiové emise. Kvůli nesouladu os rotace se směr proudění neustále mění a vzniká tak majákový efekt. A jako každý maják mají pulsary svou vlastní frekvenci signálu, podle které je lze identifikovat.
Prakticky všechny objevené neutronové hvězdy existují ve dvojitých rentgenových systémech nebo jako jednoduché pulsary.
Exoplanety poblíž neutronových hvězd
První exoplaneta byla objevena při studiu rádiového pulsaru. Protože neutronové hvězdy jsou velmi stabilní, je možné velmi přesně sledovat blízké planety s hmotností mnohem menší než má Jupiter.
Bylo velmi snadné najít planetární systém poblíž pulsaru PSR 1257 + 12 1000 světelných let od Slunce. V blízkosti hvězdy jsou tři planety o hmotnosti 0,2, 4,3 a 3,6 hmotnosti Země s periodami rotace 25, 67 a 98 dní. Později byla nalezena další planeta s hmotností Saturnu a dobou revoluce 170 let. Známý je i pulsar s planetou o něco hmotnější než Jupiter.
Ve skutečnosti je paradoxní, že v blízkosti pulsaru jsou planety. Neutronová hvězda se rodí v důsledku výbuchu supernovy a ztrácí většinu své hmoty. Zbytek již nemá dostatečnou gravitaci k udržení satelitů. Nalezené planety pravděpodobně vznikly po kataklyzmatu.
Výzkum
Počet známých neutronových hvězd je asi 1200. Z nich je 1000 považováno za rádiové pulsary a zbytek je identifikován jako zdroje rentgenového záření. Je nemožné studovat tyto objekty tím, že k nim pošleme jakýkoli přístroj. Na lodích Pioneer byly posílány zprávy vnímajícím bytostem. A poloha naší sluneční soustavy je indikována přesně s orientací na pulsary nejblíže Zemi. Od Slunce čáry ukazují směry k těmto pulsarům a vzdálenosti k nim. A diskontinuita linky označuje období jejich oběhu.
Náš nejbližší neutronový soused je vzdálen 450 světelných let. Jedná se o binární systém - neutronovou hvězdu a bílý trpaslík, doba jeho pulsace je 5,75 milisekund.
Je stěží možné být blízko neutronové hvězdy a zůstat naživu. O tomto tématu lze jen fantazírovat. A jak si lze představit velikosti teploty, magnetického pole a tlaku, které přesahují hranice rozumu? Pulsary nám ale stále pomohou ve vývoji mezihvězdného prostoru. Jakákoli, dokonce i ta nejvzdálenější galaktická cesta, nebude katastrofální, pokud budou fungovat stabilní majáky viditelné ve všech koutech vesmíru.
