Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Методология науки
Избранное
Публичные лекции
Лекции для школьников
Библиотека «Династии»
Интервью
Опубликовано полностью
В популярных журналах
Из Книжного клуба
Статьи наших друзей
Статьи лауреатов «Династии»
Выставка
Происхождение жизни
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Новости науки

 
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном

27.06
Незамысловатая песня помогает птицам избегать хищников

22.06
Рыбки-брызгуны хорошо различают человеческие лица

21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей

20.06
LIGO поймала новые всплески гравитационных волн






Главная / Библиотека / Статьи наших друзей версия для печати

Сергей Борисович Попов

Что такое магнитары?

Существует несколько теорий, объясняющих природу МПГ. В настоящее время есть два основных подхода, использующихся для объяснения свойств МПГ и родственного им класса объектов — аномальных рентгеновских пульсаров (АРП). Это околозвездные диски и сверхсильные магнитные поля.

С точки зрения наблюдений есть два ключевых факта, используемые в обоих подходах. Это длинные (в сравнении с радиопульсарами) периоды вращения нейтронных звезд и большие положительные производные периода (т. е. периоды всегда увеличиваются и довольно быстро).

Один из подходов исторически связан именно АРП. Поэтому в начале несколько слов об этих объектах. АРП были выделены в отдельный класс в середине 90-х гг., когда заметили, что есть небольшая группа рентгеновских пульсаров с близкими периодами (порядка 10 секунд). Для всех этих источников было характерно постоянное увеличение периода пульсаций (т. е. вращение нейтронной звезды все время замедляется). Кроме того, ни для одного из этих объектов не удавалось (да так и не удалось) зарегистрировать излучение оптического компаньона, т. е. возникало подозрения, что все АРП не двойные системы (как прочие рентгеновские пульсары), а одиночные нейтронные звезды.

Уже в середине 90-х была высказана гипотеза, что АРП — это одиночные нейтронные звезды, окруженные диском. Такой диск может возникнуть или из-за разрушения компаньона, или же из-за процесса обратной аккреции (fall-back) при образовании нейтронной звезды (выброшенное в результате взрыва вещество частично оказывается гравитационно связанным с образовавшимся компактным объектом, и постепенно выпадет на него). В этой теории достаточно естественно можно объяснить периоды и замедление АРП и МПГ. Однако описать вспышечную активность очень трудно. В настоящее время эта теория не пользуется большой популярностью, и мы в дальнейшем не будет подробно ее обсуждать. Обратимся к ее более успешному конкуренту — модели магнитаров. (Д. Г. Яковлев из ФТИ им. Иоффе обратил наше внимание на то, что по-русски название этих объектов следует писать именно через «и». В самом деле, коли название происходит от слова «магнит», то не стоит просто калькировать английское magnetar.)

Тип Источник Период, с
АРП CXOU 010043.1-721134 8,0
АРП 4U 0142+61 8,7
АРП 1E 1048.1-5937 6,4
АРП 1RXS J170849-400910 11,0
АРП XTE J1810-197 5,5
АРП 1E 1841-045 11,8
АРП AX J1844-0258 7,0
АРП 1E 2259+586 7,0
МПГ 0526-66 8,0
МПГ 1627-41 6,4
МПГ 1806-20 7,5
МПГ 1900+14 5,2

Магнитарная модель родилась в 1992 г. Наиболее последовательная разработка этой теории связана с именами американских ученых Кристофера Томпсона (C. Thompson) и Роберта Дункана (R. Duncan). На английском языке можно прочесть замечательные популярные материалы по МПГ, подготовленные Дунканом. (Отметим также, что одновременно с первой работой этой пары в 1992 г. появилась статья Владимира Усова, где высказывалась гипотеза о том, что сверхзамагниченные нейтронные звезды с миллисекундными периодами могут быть связаны с космическими гамма-всплесками.) Длинные периоды и их быстрое увеличение естественно объясняются наличием у нейтронной звезды большого (порядка 1014-15 Гаусс) магнитного поля. Существенно, что постоянная (невспышечная) светимость и МПГ и АРП превосходит потери вращательной энергии. Это отличает эти источники от обычных радиопульсаров. Авторское определение магнитара говорит именно о том, что не вращение, а магнитное поле ответственно за основной вклад в энергетику. Это можно обеспечить распадом (затуханием) магнитного поля.

Наличие большого поля с учетом его распада говорит о молодости нейтронных звезд. Это подтверждается и оценкой возраста по периоду. Если мы разделим период вращения на темп его замедления, то мы получим оценку возраста нейтронной звезды. Для МПГ такая процедура дает возраст порядка тысячи лет, для АРП несколько больше — около десяти тысяч лет.

Существенно, что в модели магнитара можно пытаться объяснять свойства вспышек. Причем, вспышки наблюдаются не только у МПГ. Всплески, аналогичные слабым вспышкам МПГ, зарегистрированы и от АРП. Этот факт тесно связывает два типа источников друг с другом.

Окончательной теории вспышек пока нет, но можно указать общие черты, используемые в разных вариантах решения этой проблемы. Энергия выделяется из-за перестройки системы силовых линий магнитного поля. В этом смысле вспышки магнитаров могут быть подобны солнечным вспышкам, хотя есть и некоторые отличия, связанные с тем, что в случае магнитаров во-первых, энергия поля очень велика, а во-вторых, силовые линии «зацеплены» за плотное вещество — кору нейтронной звезды. Причиной перестройки магнитосферы как раз может быть подвижка коры, хотя есть и другие предположния о том, что же вызывает начало всплеска, например, это может быть связано с какими-то плазменными неустойчивостями. Была замечана любопытная особенность. Распределение слабых спектров по энергии аналогично распределению землетрясений по силе. Некоторые исследователи полагают, что это можно рассматривать как косвенный аргумент в пользу того, что всплески инициируются «звездотрясениями».

Всплеск АРП 1E 1048-5937. Рисунок взят из работы Гавриила и др. (Gavriil et al.) Nature том 419 стр. 142 (2002)

О сильном магнитном поле косвенно свидетельствуют длинные периоды и быстрый темп их увеличения. Кроме оценок магнитного поля по темпу замедления вращения нейтронных звезд существуют и прямые измерения. Несколько лет назад по наблюдениям на спутнике RXTE удалось получить спектры одного из МПГ, в которых отчетливо различима спектральная деталь. Наиболее подходящим объяснением этой линии в спектре является протонное циклотронное поглощение (это означает, что за поглощение ответственны протоны, вращающиеся вокруг силовых линий магнитного поля). Если эта гипотеза верна, то поле получается равным 1015 Гаусс, что, кстати сказать, совпадает с оценкой по темпу замедления вращения.

Спектр МПГ 1806-20. Видна спектральная деталь, которую связывают с протонной циклотронной линией. Рисунок взят из работы Ибрагима и др. (A. I. Ibrahim et. al.) Astrophysical journal том 574 стр. L51 (2002)

Если оценки возраста магнитаров, сделанные по их замедлению, верны, то можно попытаться оценить какая доля нейтронных звезд проходит через эту эволюционную стадию. Если в Галактике находится несколько сот миллионов нейтронных звезд, а возраст Галактики примерно 10 миллиардов лет, то, принимая, что мы знаем несколько магнитаров с возрастом порядка нескольких тысяч лет, можно получить, что несколько процентов нейтронных звезд рождается со сверхсильными магнитными полями. При этом время жизни магнитара должно быть невелико. За несколько десятков тысяч лет магнитное поле затухает до значений, исключающих активность типа проявляемой МПГ и АРП. Т. о. число магнитаров среди новорожденных нейтронных звезд не так уж мало!

Здесь уместно сделать несколько замечаний о «магнитарной угрозе». Среди новостей, посвященных вспышке 27 декабря, мелькали фразы о том, что будь источник расположен на расстоянии в 30 пк от нас, излучение всплеска могло бы погубить жизнь на Земле. Сделанная выше оценка частоты появления магнитаров делает появление такого редкого и короткоживущего объекта на небольшом расстоянии от солнечной системы крайне маловероятным. Даже локальный избыток числа молодых нейтронных звезд, связанный с Поясом Гулда (локальной дискообразной структурой размером около 600 пк, содержащей массивные звезды), не увеличивает оценку существенно. Кроме того, в спокойном состоянии магнитар не может «спрятаться» от нас на небольшом расстоянии. Заметная рентгеновская светимость такого источника «выдала» бы его, если бы он был у нас под боком.


Комментарии (2)


 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия