Прекрасна космічна дзиґа одного разу може знищити Землю смертоносними променями, повідомляють вчені.
На відміну від Зірки Смерті з «Зоряних воєн», якій потрібно було наблизитися до планети, щоб підірвати її, ця блискуча спіраль може спалювати світи, що знаходяться за тисячі світлових років, подібно до Галактики Смерті, вже описаної на нашому сайті.
"Мені подобалася ця спіраль через її красу, але тепер, дивлячись на неї, я не можу позбутися почуття, ніби заглядаю в дуло рушниці", - говорить дослідник Пітер Татхілл (Peter Tuthill), астроном Сіднейського університету.
У серці цієї вогняної космічної юли – дві гарячі, яскраві зірки, що обертаються одна навколо одної. У такому взаємному обертанні сполохи струменого газу вириваються з поверхні зірок і стикаються в проміжному просторі, поступово переплітаючись і закручуючи орбітами зірок в спіралі, що обертаються.
Послідовність з 11 знімків, поєднаних і розцвічених, показує юлу, утворену подвійною зіркою Wolf-Raet 104. Знімки зроблені в близькому до інфрачервоного діапазону телескопом "Keck". Peter Tuthill, University of Sydney.
Коротке замикання
Юла під назвою WR 104 була відкрита вісім років тому в сузір'ї Стрільця. Вона звертається по колу "кожні вісім місяців, з точністю космічного хронометра", - говорить Татхілл.
Обидві важкі зірки у WR 104 якось вибухнуть як наднова. Однак одна з двох зірок - вкрай нестабільна зірка типу Вольф-Раї, що знаходиться в останній відомій фазі життя важких зірок перед перетворенням на наднову.
«Астрономи вважають зірки Вольфа-Раї бомбами, що цокають, - пояснює Татхілл. - «Запобіжник» у цієї зірки майже - з астрономічної точки зору - перегорів, і вона може вибухнути будь-якої миті протягом наступних кількох сотень тисяч років».
Коли Вольф-Раї стане надновою, вона «може викинути в наш бік потужний потік гамма-променів, - каже Татхілл.
Оскільки початкова вибухова хвиля рухатиметься зі швидкістю світла, попередити про її наближення не зможе нічого.
На лінії вогню
Викиди гамма-променів – найпотужніші з усіх вибухів, які тільки відомі нам у всесвіті. За час від кількох мілісекунд до хвилини і більше вони можуть звільнити стільки ж енергії, скільки наше Сонце за 10 мільярдів років свого існування.
Але найжахливіше в цій юлі - те, що ми бачимо її як практично ідеальну спіраль, згідно з останніми знімками телескопа «Keck» на Гаваях. "Таким чином ми можемо бачити подвійну систему тільки в тому випадку, коли знаходимося практично на її осі", - пояснює Татхілл.
На наш величезний жаль, викид гамма променів відбувається прямо по осі системи. По суті, якщо викид гамма-променів якось станеться, наша планета може опинитися просто на лінії вогню.
"Це перший з відомих нам об'єктів, який може випустити в нас потік гамма-променів, - говорить астрофізик Адріан Мелот (Adrian Melott) з Канзаського університету в Лауренсі, який не брав участі в даному дослідженні. - І відстань до системи страшно близька".
Юла знаходиться приблизно за 8000 світлових років від Землі, приблизно за чверть шляху до центру галактики Чумацького Шляху. Хоча відстань ця і здається пристойною, «раніше дослідження показали, що викид гамма-променів може виявитися згубним для життя на Землі - якщо нам не пощастити опинитися в нього на шляху - і на такій дистанції», - говорить Татхілл.
Можливий сценарій
Хоча дзиґа й не може рознести Землю на шматки, немов Зірка Смерті та «Зоряних Війн», - вже принаймні не з відстані 8000 світлових років - вона може призвести до масового знищення і навіть до повного зникнення життя, у відомих нам формах, на нашій планеті.
Гамма-промені не зможуть проникнути в атмосферу Землі досить глибоко, щоб спалити ґрунт, але зможуть хімічно змінити стратосферу. За розрахунками Мелота, якщо WR 104 вистрілить у нас викидом тривалістю близько 10 секунд, то гамма-промені позбавлять нас 25 відсотків озонового шару, що захищає нас від шкідливих ультрафіолетових променів. Для порівняння, викликане людським фактором утончення озонового шару, що створило «озонові дірки» над полярними регіонами, зменшило озонову оболонку лише на 3-4 відсотки.
«Все буде дуже погано, – стверджує Мелот. – Все почне вимирати. Харчовий ланцюжок може зруйнуватися в океанах, може статися сільськогосподарська криза та голод».
Викид гамма-променів може також призвести до утворення туману, що затьмарює сонце, та кислотних дощів. Однак відстань у 8000 років «занадто велика, щоб затемнення було відчутним, - вважає Мелот. - Я б сказав, загалом сонячного світла поменшає на 1-2 відсотки. Клімат може трохи похолодати, але до катастрофічної крижаної доби дійти не повинно».
Небезпека космічних променів
Що невідомо про гамма-промені, так це скільки частинок вони вивергають у вигляді космічних променів.
«Як правило, виплески гамма-променів відбуваються настільки далеко від нас, що магнітні поля всесвіту відтягують будь-які космічні промені, які ми могли б спостерігати, але якщо виплеск гамма-променів стався порівняно близько, всі високоенергетичні частки промчать крізь магнітне поле галактики і вдарять по нам, – каже Мелот. – Їхня енергія буде настільки високою, що прибудуть вони майже одночасно зі світловим потоком».
«Та частина Землі, яка виявиться зверненою до потоку гамма-променів, переживе щось подібне до ядерного вибуху, що перебуває; всі організми можуть захворіти на променеву хворобу, - додає Мелот. - Більше того, космічні промені можуть посилити ефект впливу гамма-променів на атмосферу. Але ми просто не знаємо, скільки космічних променів еманують гамма-промені, тому не можемо оцінити міру небезпеки».
Також незрозуміло, наскільки широким буде потік енергії, вивільненої виплеском гамма-променів. Але в будь-якому випадку конус руйнування, що виходить від юли, досягне кількох сотень квадратних світлових років, поки підійде до Землі, згідно з розрахунками Мелота. Татхілл же заявляє, що «ні в кого не вдасться полетіти на космолеті досить далеко, щоб не потрапити у промінь, якщо той справді вистрілить у наш бік».
Вигадана «Зірка Смерті» із «Зоряних війн»
Не хвилюйтеся
Тим не менш, Танхілл вважає, що дзиґла може виявитися для нас цілком безпечною.
«Занадто багато невизначеностей, - пояснює він. настільки потужний виплеск гамма-випромінювання».
Подальші дослідження повинні зосередитися на тому, чи дійсно WR 104 націлена на Землю, і на вивченні того, як народження наднової призводить до викидів гамма-випромінювання.
Мелот та інші міркували також про те, що потоки гамма-променів могли викликати масове вимирання видів Землі. Але говорячи про те, чи несе нам юла реальну загрозу, Мелот зауважує: «Я скоріше б турбувався про глобальне потепління».
Про планети, про структуру простору, про людське тіло і далекий космос. Кожен факт супроводжується великою та яскравою ілюстрацією.
Маса Сонця складає 99.86% від маси всієї Сонячної системи, 0.14%, що залишилися, припадають на планети і астероїди.
Магнітне поле Юпітера настільки потужне, що щодня збагачує магнітне поле нашої планети мільярдами Ватт.
Найбільший басейн Сонячної системи, що утворився внаслідок зіткнення з космічним об'єктом, знаходиться на Меркурії. Це "Калоріс" (Caloris Basin), діаметр якого становить 1,550 км. Зіткнення було настільки сильним, що ударна хвиля пройшла по всій планеті, кардинально змінивши її зовнішній вигляд.
Сонячна речовина розміром з шпилькову голівку, поміщену в атмосферу нашої планети, почне з неймовірною швидкістю поглинати кисень і за секунди знищить все живе в радіусі 160 кілометрів.
1 плутонічний рік триває 248 земних років. Це означає, що в той час, як Плутон робить всього один повний оберт навколо Сонця, Земля встигає зробити 248.
Ще більш цікаво справи з Венерою, 1 день на якій триває 243 земні доби, а рік всього 225.
Марсіанський вулкан "Олімп" (Olympus Mons) є найбільшим у Сонячній системі. Його протяжність понад 600 км, а висота 27 км, тоді як висота найвищої точки на нашій планеті, піку гори Еверест, сягає всього 8,5 км.
Вибух (спалах) наднової зірки супроводжується виділенням величезної кількості енергії. У перші 10 секунд наднова, що вибухнула, виробляє більше енергії, ніж Сонце за 10 мільярдів років, і за короткий період часу виробляє більше енергії, ніж всі об'єкти в галактиці разом узяті (виключаючи інші наднові зірки, що спалахнули). Яскравість таких зірок легко затьмарює світність галактик, в яких вони спалахнули.
Крихітні нейтронні зірки, діаметр яких не перевищує і 10 км, важать як Сонце (пригадаємо факт №1). Сила тяжіння на цих астрономічних об'єктах надзвичайно висока і якщо, гіпотетично, на ній висадиться астронавт, то вага його тіла збільшиться приблизно на мільйон тонн.
5 лютого 1843 астрономи виявили комету, якій дали ім'я «Велика» (вона ж березнева комета, C/1843 D1 і 1843 I). Пролітаючи поряд із Землею у березні того ж року, вона «розкреслила» небо надвоє своїм хвостом, довжина якого досягала 800 млн. кілометрів. Хвист, що тягнеться за «Великою Кометою», земляни спостерігали більше місяця, поки, 19 квітня 1983 року, він повністю не зник з небосхилу.
Енергія сонячних променів, що зігріває нас зараз, зародилася в ядрі Сонця більше 30 мільйонів років тому - більша частина цього часу знадобилася їй на подолання щільної оболонки небесного світила і всього 8 хвилин на те, щоб досягти поверхні нашої планети.
Більшість важких елементів, що містяться у вашому організмі (таких як кальцій, залізо та вуглець), є побічними продуктами вибуху групи наднових зірок, що започаткував формування Сонячної системи.
Дослідники з Гарвардського університету встановили, що 0,67% всіх гірських порід Землі мають марсіанське походження.
Щільність 5,6846×1026-кілограмового Сатурна настільки мала, що якби нам удалося помістити його у воду, він би плавав на самій поверхні.
На супутнику Юпітера, Іо, зафіксовано ~400 вулканів, що діють. Швидкість викидів сірки та діоксиду сірки при виверженні може перевищувати 1 км/с, а висота потоків досягатиме 500-кілометрової позначки.
Всупереч поширеній думці, космос – це повний вакуум, але досить близький щодо нього, т.к. на 88 галонів (0,4 м3) космічної матерії припадає, принаймні, 1 атом (а як часто навчають у школі, у вакуумі немає атомів, ні молекул).
Венера це єдина планета Сонячної системи, яка звертається проти годинникової стрілки. Цьому є кілька теоретичних обгрунтувань. Деякі астрономи впевнені, що така доля осягає всі планети із щільною атмосферою, яка спочатку сповільнює, а потім закручує небесне тіло у зворотний від початкового звернення бік, інші ж припускають, що причиною стало падіння на поверхню Венери групи великих астероїдів.
З початку 1957 року (рік запуску першого штучного супутника «Супутник-1») людство встигло у буквальному значенні слова засіяти орбіту нашої планети різноманітними супутниками, проте лише одному їх пощастило повторити «долю Титаніка». 1993 року супутник «Олімп» (Olympus), що належить Європейському Космічному Агентству (European Space Agency), був знищений внаслідок зіткнення з астероїдом.
Найбільшим метеоритом, що впав на Землю, вважається 2,7 метровий «Гоба» (Hoba), виявлений у Намібії. Метеорит важить 60 тонн і на 86% складається із заліза, що робить його найбільшим шматком заліза природного походження на Землі.
Крихітний Плутон вважається найхолоднішою планетою (планетоїд) Сонячної системи. Його поверхня покриває товста кірка льоду, а температура опускається до – 2000°С. Лід на Плутоні має зовсім іншу структуру, ніж на Землі і в кілька разів міцніше за сталі.
Офіційна наукова теорія свідчить, що людина зможе вижити у відкритому космосі без скафандра протягом 90 секунд, якщо негайно видихне повітря з легенів. Якщо в легенях залишиться незначна кількість газів, то вони почнуть розширюватися з подальшим утворенням бульбашок повітря, які при попаданні в кров призведуть до емболії та неминучої смерті. Якщо ж легені будуть заповнені газами, їх просто розірве. Через 10-15 секунд перебування у відкритому космосі вода, що знаходиться в людському тілі, перетвориться на пару, а волога в роті та на очах почне закипати. Внаслідок цього м'які тканини та м'язи опухнуть, що призведе до повного знешкодження. Далі піде втрата зору, зледеніння порожнини носа та гортані, посинення шкіри, яка на додачу постраждає від найсильніших сонячних опіків. Найцікавіше, що наступні 90 секунд ще буде жити мозок і битися серце. Теоретично, якщо протягом перших 90 секунд космонавта-невдахи, що відмучився у відкритому космосі, помістити в барокамеру, то він відбудеться лише поверхневими пошкодженнями і легким переляком.
Вага нашої планети – це величина непостійна. Вчені з'ясували, що щороку Земля одужує на ~40 160 тонн і скидає ~96 600 тонн, втрачаючи таким чином 56 440 тонн.
Земна сила тяжкості стискає людський хребет, тому, коли астронавт потрапляє в космос, він підростає приблизно на 5,08 см. У той же час його серце стискається, зменшуючись в обсязі, і починає качати менше крові. Це реакція тіла у відповідь на збільшення об'єму крові, для нормальної циркуляції якої потрібно менше тиску.
У космосі щільно стиснуті металеві деталі мимоволі зварюються. Це відбувається внаслідок відсутності на їх поверхнях оксидів, збагачення якими відбувається тільки в кисневмісному середовищі (наочним прикладом такого середовища може служити земна атмосфера). З цієї причини фахівці НАСА (Національне управління США з аеронавтики та дослідження космічного простору (National Aeronautics and Space Administration)) обробляють усі металеві деталі космічних апаратів окислювальними матеріалами.
Між планетою та її супутником виникає ефект припливного прискорення, що характеризується уповільненням обертання планети навколо власної осі та зміною орбіти супутника. Так, кожне століття обертання Землі сповільнюється на 0.002 секунди, внаслідок чого тривалість доби на планеті збільшується на ~15 мікросекунд на рік, а Місяць щороку від нас віддаляється на 3.8 сантиметрів.
«Космічна дзиґа» під назвою нейтронна зірка – це об'єкт, що швидко обертається, у Всесвіті, який робить навколо своєї осі до 500 обертів на секунду. Крім цього, ці космічні тіла настільки щільні, що одна столова ложка складової їх речовини важитиме ~10 млрд. тонн.
Зірка Бетельгейзе знаходиться від Землі на відстані 640 світлових років і є найближчим до нашої планетарної системи кандидатом на звання наднової. Вона настільки велика, що якщо помістити її на місце Сонця, вона заповнить собою діаметр орбіти Сатурна. Ця зірка вже набрала достатню для вибуху масу 20 Сонців і, на думку деяких учених, має вибухнути протягом 2-3 тисяч років. На піку свого вибуху, який триватиме не менше двох місяців, світність Бетельгейзе в 1050 разів перевищуватиме сонячну, завдяки чому спостерігати за її загибеллю можна буде з Землі навіть неозброєним поглядом.
Найближча до нас галактика, Андромеда, знаходиться на відстані 2,52 млн років. Чумацький шлях і Андромеда рухаються назустріч один одному на величезних швидкостях (швидкість Андромеди становить 300 км/с, а Чумацького шляху 552 км/с) і найімовірніше зіткнуться через 2,5-3 млрд. років.
У 2011 році астрономи виявили планету, що складається на 92% із надщільного кристалічного вуглецю - алмазу. Дорогоцінне небесне тіло, яке в 5 разів більше за нашу планету і важче за Юпітер, знаходиться в сузір'ї Змії, на відстані 4 000 світлових років від Землі.
Головний претендент на звання планети поза сонячною системою, «Супер-Земля» GJ 667Cc, знаходиться на відстані всього 22 світлових років від Землі. Однак подорож до неї займе 13 878 738 000 років.
На орбіті нашої планети знаходиться звалище з відходів розвитку космонавтики. Більше 370 000 об'єктів масою від кількох грам до 15 тон обертаються навколо Землі зі швидкістю 9834 м/c, зіштовхуючись між собою і розлітаючись на тисячі дрібніших частин.
Кожну секунду Сонце втрачає ~1 мільйон тонн речовини і легшає на кілька мільярдів грам. Причиною цього є потік іонізованих частинок, що витікає з його крони, який отримав назву «сонячний вітер».
З плином часу планетарні системи стають вкрай нестабільними. Це відбувається внаслідок слабшання зв'язків між планетами та зірками, навколо яких вони звертаються. У таких системах орбіти планет постійно зміщуються і можуть навіть перетинатися, що рано чи пізно призведе до зіткнення планет. Але якщо навіть цього й не станеться, то через кілька сотень, тисяч, мільйонів чи мільярдів років планети віддаляться від своєї зірки на таку відстань, що її гравітаційне тяжіння просто не зможе їх утримати, і вони вирушать у вільний політ галактикою.
Ще 1932 року молодий радянський фізик-теоретик Лев Давидович Ландау (1908—1968) зробив висновок про існування у Всесвіті, надщільних нейтронних зірок. Уявімо собі, що зірка завбільшки з наше Сонце стиснулася б до розмірів кількох десятків кілометрів, а її речовина перетворилася б на нейтрони — це і є нейтронна зірка.
Як показують теоретичні розрахунки, зірки з масою ядра, що більш ніж в 1,2 рази перевищує сонячну масу, після вичерпання ядерного палива вибухають і з величезною швидкістю скидають збої зовнішні оболонки. А внутрішні шари зірки, що вибухнула, яким уже не перешкоджає газовий тиск, під дією сил тяжіння обрушуються до центру. За кілька секунд обсяг зірки зменшується у 1015 разів! В результаті жахливого гравітаційного стиску відбувається ніби вдавлювання вільних електронів у ядра атомів. Вони з'єднуються з протонами і, нейтралізуючи їхній заряд, утворюють нейтрони. Позбавлені електричного заряду, нейтрони під навантаженням шарів, що лежать вище, починають швидко зближуватися. Але тиск виродженого нейтронного газу зупиняє подальший стиск. Виникає нейтронна зірка, що практично повністю складається з нейтронів. Її розміри — близько 20 км, а щільність у надрах сягає 1 млрд т/см3, тобто близька до густини атомного ядра.
Отже, нейтронна зірка подібна до гігантського ядра атома, перенасиченого нейтронами. Тільки на відміну атомного ядра нейтрони утримуються не внутриядерными силами, а гравітаційними. Згідно з розрахунками, така зірка швидко остигає, і вже через кілька тисяч років, які пройшли після її утворення, температура її поверхні повинна знизитися до 1 млн К, що підтверджують також вимірювання, зроблені в космосі. Звичайно, сама по собі ця температура ще дуже висока (у 170 разів вища за температуру поверхні Сонця), але оскільки нейтронна зірка складена виключно щільною речовиною, то температура його плавлення набагато більша за 1 млн К. В результаті поверхня нейтронних зірок повинна бути... твердою ! Такі зірки мають хоч і розпечену, але тверду кору, міцність якої у багато разів перевищує міцність сталі.
Сила тяжіння на поверхні нейтронної зірки настільки велика, що якби людині все ж таки вдалося досягти поверхні незвичайної зірки, то вона була б розчавлена її жахливим тяжінням до товщини сліду, який залишається на конверті від поштового відправлення.
Влітку 1967 року аспірантка Кембриджського університету (Англія) Джоселіна Белл прийняла дуже дивні радіосигнали. Вони надходили короткими імпульсами через кожні 1,33730113 секунди. Винятково висока точність проходження радіоімпульсів наводила на думку: а чи не посилають ці сигнали представники цивілізації?
Однак протягом кількох наступних років на небі було виявлено багато подібних об'єктів зі швидким пульсуючим радіовипромінюванням. Їх назвали пульсарами, тобто пульсуючими зірками.
Коли радіотелескопи були спрямовані на крабоподібну туманність, то в її центрі теж виявили пульсар з періодом 0,033 секунди. З розвитком позаатмосферних спостережень було встановлено, що він випромінює і рентгенівські імпульси, причому рентгенівське випромінювання — основне й у зігні разів сильніше від інших випромінювань.
Незабаром дослідники здогадалися, що причиною суворої періодичності пульсарів є швидке обертання якихось особливих зірок. Але такі короткі періоди пульсацій, які укладені в межах від 1,6 мілісекунди до 5 секунд, можна пояснити швидким обертанням лише дуже малих і дуже щільних зірок (велику зірку відцентрові сили неминуче розірвуть!). А якщо так, то пульсари – це не що інше, як нейтронні зірки!
Але чому нейтронним зіркам притаманне таке швидке обертання? Згадаймо: екзотична зірка народжується внаслідок сильного стиску величезного світила. Тому відповідно до заколу збереження моменту кількості руху швидкість обертання зірки має різко збільшитися, а період обертання скоротитися. Крім того, нейтронна зірка ще дуже намагнічена. Напруженість магнітного поля пасі поверхні в трильйон (1012) разів перевищує напруженість магнітного поля Землі! Потужне магнітне поле також є результатом сильного стиснення зірки — зменшення її поверхні та згущення магнітних силових ліній. Однак справжнім джерелом активності пульсарів (нейтронних зірок) служить не саме магнітне поле, ci енергія обертання зірки. І втрачаючи енергію на електромагнітне та корпускулярне випромінювання, пульсари поступово уповільнюють своє обертання.
Якщо радіопульсари є одиночними нейтронними зірками, то рентгенівські пульсари — це компоненти подвійних систем. Оскільки сила тяжіння на поверхні нейтронної зірки в мільярди раю вболівала, ніж на Сонці, вона «стягує на себе» газ сусідньої (звичайної) зірки. Частинки газу з великою швидкістю надають на нейтронну зірку, розігріваються при ударі її поверхню і випускають рентгенівські промені. Нейтронна зірка може стати джерелом рентгенівського випромінювання і в тому випадку, якщо вона «забреде» та хмара міжзоряного газу.
З чого складається механізм пульсації нейтронної зірки? Не слід думати, що зірка просто пульсує. Справа зовсім інша. Як уже говорилося, пульсар — це нейтронна зірка, що швидко обертається. На її поверхні, мабуть, існує активна область у вигляді «гарячої плями», що випромінює вузький, строго спрямований пучок радіохвиль. І в той момент, коли пучок спрямований до земного спостерігача, останній відзначить імпульс випромінювання. Іншими словами, нейтронна зірка подібна до радіомаяка, і період її пульсації поранений періоду обертання цього «маяка». Виходячи з такої моделі, можна попять, чому в ряді випадків на місці спалаху наднової, де пульсар повинен обов'язково перебувати, він не був виявлений. Спостерігаються ті пульсари, випромінювання яких успішно спрямоване стосовно Землі.
Нейтронна зірка — тіло, що дуже швидко обертається, що залишилося після вибуху. При діаметрі 20 кілометрів це тіло має масу порівнянну із сонячною, один грам нейтронної зірки важив би у земних умовах понад 500 мільйонів тонн! Така величезна щільність виникає від вдавлювання електронів у ядра, від чого вони поєднуються з протонами і утворюють нейтрони. По суті, нейтронні зірки за властивостями, включаючи щільність і склад, дуже схожі на атомні ядра.
Що являє собою
Для того, щоб зрозуміти, що ж являють собою ці загадкові об'єкти, ми настійно рекомендуємо звернутися до виступів Сергія Борисовича Попова. Сергій Борисович ПоповАстрофізик та популяризатор науки, доктор фізико-математичних наук, провідний науковий співробітник Державного астрономічного інституту ім. П.К. Штернберг. Лауреат фонду "Династія" (2015). Лауреат державної премії «За вірність науці» як найкращий популяризатор 2015 року
Склад нейтронних зірок
Склад цих об'єктів (зі зрозумілих причин) вивчений поки що тільки в теорії та математичних розрахунках. Однак відомо вже багато. Як і випливає з назви, вони складаються переважно із щільно упакованих нейтронів.
Атмосфера нейтронної зірки має товщину всього кілька сантиметрів, але в ній зосереджено її теплове випромінювання. За атмосферою знаходиться кора, що складається із щільно упакованих іонів та електронів. У середині знаходиться ядро, що складається з нейтронів. Ближче до центру досягається максимальна щільність речовини, яка в 15 разів більша за ядерну. Нейтронні зірки - найщільніші об'єкти у всесвіті. Якщо спробувати й надалі збільшувати густину речовини відбудеться колапс у чорну дірку, або утвориться кваркова зірка.
Наразі ці об'єкти вивчають шляхом обчислення складних математичних моделей на суперкомп'ютерах.
Магнітне поле
Нейтронні зірки мають швидкості обертання до 1000 обертів на секунду. При цьому електропровідна плазма та ядерна речовина виробляють магнітні поля гігантських величин.
Наприклад - магнітне поле Землі -1 гаус, нейтронної зірки - 10 000 000 000 000 гаус. Найсильніше поле, створене людиною, буде в мільярди разів слабшим.
Типи нейтронних зірок
Пульсари
Ця узагальнююча назва для всіх нейтронних зірок. Пульсари мають чітко визначений період обертання, який змінюється дуже довгий час. Завдяки цій властивості їх прозвали «маяками всесвіту» 
Частинки вузьким потоком на дуже високих швидкостях вилітають через полюси, стаючи джерелом радіовипромінювання. Через розбіжність осей обертання, напрям потоку постійно змінюється, створюючи ефект маяка. І, як у кожного маяка, у пульсарів своя частота сигналу, якою його можна ідентифікувати.
Практично всі виявлені нейтронні зірки існують у подвійних рентгенівських системах або як одиночні пульсари.
Магнетари
При народженні нейтронної зірки, що дуже швидко обертається, загальні обертання і конвекція створюють величезне магнітне поле. Це відбувається рахунок процесу «активного динамо». Це поле перевищує величини полів звичайних пульсарів у десятки тисяч разів. Дія динамо закінчується через 10 – 20 секунд і відбувається охолодження атмосфери зірки, але магнітне поле встигає виникнути заново за цей термін. Воно нестійке і швидка зміна його структури породжує викид гігантської кількості енергії. Виходить, що магнітне поле зірки розриває її саму. Кандидатів на роль магнетарів у нашій галактиці налічується близько десятка. Поява його можлива із зірки, що перевершує мінімум у 8 разів масу нашого Сонця. Розміри їх порядку 15 км у діаметрі, при масі близько однієї сонячної. Але достатнього підтвердження існування магнетарів поки що не отримано.
Рентгенівські пульсари.
Вони вважаються іншою фазою життя магнетара і випромінюють виключно у рентгенівському діапазоні. Випромінювання виникає внаслідок вибухів, які мають певний період.
Деякі нейтронні зірки з'являються в подвійних системах або купують компаньйона, захопивши його в своє гравітаційне поле. Такий компаньйон віддаватиме свою речовину агресивній сусідці. Якщо компаньйон нейтронної зірки за масою не менший за Сонце, то можливі цікаві явища – барстери. Це рентгенівські спалахи, тривалістю за секунди чи хвилини. Але вони здатні посилити світність зірки до 100 тис. сонячних. Перенесені з компаньйона водень і гелій нашаровуються на поверхні барстеру. Коли шар стає дуже щільним та гарячим, запускається термоядерна реакція. Потужність такого вибуху є неймовірною: на кожному квадратному сантиметрі зірки виділяється міць, еквівалентна вибуху всього земного ядерного потенціалу.
За наявності компаньйона-гіганта, речовина губиться їм у вигляді зоряного вітру, а нейтронна зірка втягує його гравітацією. Частинки летять силовими лініями у напрямку до магнітних полюсів. При розбіжності магнітної осі та осі обертання, яскравість зірки буде змінною. Виходить рентгенівський пульсар.
Мілісекундні пульсари.
Вони теж пов'язані з подвійними системами і мають найкоротші періоди (менше 30 мілісекунд). Попри очікування, вони виявляються не наймолодшими, а досить старими. Стара та повільна нейтронна зірка поглинає матерію компаньйона-гіганта. Падаючи на поверхню загарбника, матерія надає їй обертальної енергії, і обертання зірки посилюється. Поступово компаньйон перетвориться на , втративши в масі.
Екзопланети у нейтронних зірок
Дуже просто знайшлася планетна система у пульсара PSR 1257+12, віддаленого від Сонця на 1000 світлових років. Поруч із зіркою три планети, що мають маси 0,2, 4,3 та 3,6 мас Землі з періодами звернень у 25, 67 та 98 діб. Пізніше знайшлася ще одна планета з масою Сатурна та періодом поводження 170 років. Також відомий пульсар із планетою трохи масивніший за Юпітер.
Насправді, парадоксально, що біля пульсара існують планети.Нейтронна зірка народжується в результаті вибуху наднової, і вона втрачає основну частину своєї маси. Частина, що залишилася, вже не має достатньої гравітації для утримання супутників. Ймовірно, знайдені планети утворилися після катаклізму.
Дослідження
Число відомих нейтронних зірок близько 1200. З них 1000 вважаються радіопульсарами, інші визначені як рентгенівські джерела. Вивчати ці об'єкти неможливо, надіславши до них якийсь апарат. У кораблях «Піонер» було відправлено послання розумним істотам. І розташування нашої Сонячної системи вказано саме з орієнтацією на найближчі до Землі пульсари. Від Сонця лініями показані напрями на ці пульсари та відстані до них. А переривчастість лінії означає період їхнього звернення.
Найближчий до нас нейтронний сусід розташований у 450 світлових роках. Це подвійна система – нейтронна зірка та білий карлик, період її пульсації 5,75 мілісекунди.
Навряд чи можна опинитися поряд з нейтронною зіркою і залишитися в живих. Можна лише фантазувати на цю тему. Та й як уявити виходять за межі розуму величини температури, магнітного поля та тиску? Але пульсари допоможуть нам в освоєнні міжзоряного простору. Будь-яка, навіть найдальша галактична подорож, виявиться не згубною, якщо працюватимуть стабільні маяки, видимі у всіх куточках Всесвіту.
>У центрі галактики М82 можна побачити пульсар (рожевий)
Вивчіть пульсари та нейтронні зіркиВсесвіту: опис та характеристика з фото та відео, будова, обертання, щільність, склад, маса, температура, пошук.
Пульсари
Пульсариє сферичні компактні об'єкти, розміри яких не виходять за кордон великого міста. Дивно те, що за такого обсягу вони за масивністю перевершують сонячну. Їх використовують для дослідження екстремальних станів матерії, виявлення планет за межами нашої системи та вимірювання космічних дистанцій. Крім того, вони допомогли знайти гравітаційні хвилі, що вказують на енергетичні події, на кшталт зіткнень надмасивних. Вперше виявлено у 1967 році.
Що таке пульсар?
Якщо виглядати на небі пульсар, то здається звичайною мерехтливою зіркою, що йде за певним ритмом. Насправді їх світло не мерехтить і не пульсує, і вони не виступають зірками.
Пульсар виробляє два стійкі вузькі світлові промені в протилежних напрямках. Ефект мерехтіння створюється через те, що вони обертаються (принцип маяка). У цей момент промінь попадає на Землю, а потім знову повертається. Чому це відбувається? Справа в тому, що світловий промінь пульсара зазвичай не поєднується з його віссю обертання.
Якщо миготіння створюється обертанням, швидкість імпульсів відображає ту, з якою обертається пульсар. Всього було знайдено 2000 пульсарів, більшість з яких робить один оберт за секунду. Але є приблизно 200 об'єктів, які примудряються за той же час здійснювати по сотні обертів. Найбільш швидкі називають мілісекундними, тому що їх кількість обертів за секунду дорівнює 700.
Пульсари не можна вважати зірками, принаймні живими. Це швидше нейтронні зірки, що формуються після того, як у масивної зірки закінчується паливо, і вона руйнується. У результаті створюється сильний вибух - наднова, а щільний матеріал, що залишився, трансформується в нейтронну зірку.
Діаметр пульсарів у Всесвіті досягає 20-24 км, а за масою вдвічі більше сонячної. Щоб ви розуміли, шматочок такого об'єкта розміром із цукровий куб важитиме 1 мільярд тонн. Тобто у вас в руці міститься щось вагою з Еверест! Щоправда, є ще більш щільний об'єкт – чорна діра. Найбільш масивна досягає 2.04 сонячної маси.
Пульсари володіють сильним магнітним полем, яке від 100 мільйонів до 1 квадрильйону в раз сильніше земного. Щоб нейтронна зірка почала випромінювати світло подібне до пульсару, вона повинна мати правильне співвідношення напруженості магнітного поля і частоти обертання. Трапляється, що промінь радіохвиль може не пройти через поле зору наземного телескопа і залишитися невидимим.
Радіопульсари
Астрофізик Антон Бірюков про фізику нейтронних зірок, уповільнення обертання та відкриття гравітаційних хвиль:
Чому пульсари обертаються?
Повільність для пульсара - одне обертання за секунду. Найбільш швидкі розганяються до сотень обертів на секунду і називаються мілісекундними. Процес обертання відбувається тому, що зірки, з яких вони утворилися, також оберталися. Але, щоб дістатися такої швидкості, потрібне додаткове джерело.
Дослідники вважають, що мілісекундні пульсари сформувалися за допомогою крадіжки енергії у сусіда. Можна помітити наявність чужої речовини, яка збільшує швидкість обертання. І це не дуже добре для постраждалого компаньйона, який може повністю поглинутися пульсаром. Такі системи називають чорними вдовами (на честь небезпечного виду павука).
Пульсари здатні випромінювати світло у кількох довжинах хвиль (від радіо до гамма-променів). Але як вони це роблять? Вчені поки що не можуть знайти точної відповіді. Вважають, що за кожну довжину хвиль відповідає окремий механізм. Маякоподібні промені складаються з радіохвиль. Вони відрізняються яскравістю та вузькістю та нагадують когерентне світло, де частинки формують сфокусований промінь.
Чим швидше обертання, тим слабше магнітне поле. Але швидкості обертання достатньо, щоб вони випромінювали такі ж яскраві промені, як і повільні.
Під час обертання магнітне поле створює електричне, яке здатне привести заряджені частинки в рухомий стан (електричний струм). Ділянку над поверхнею, де домінує магнітне поле, називають магнітосферою. Тут заряджені частинки прискорюються до неймовірно високих швидкостей через сильне електричне поле. При кожному прискоренні вони випромінюють світло. Він відображається в оптичному та рентгенівському діапазоні.
А що з гамма-променями? Дослідження говорять про те, що їхнє джерело потрібно шукати в іншому місці біля пульсара. І вони нагадуватимуть віяло.
Пошук пульсарів
Головним методом для пошуку пульсарів у космосі залишаються радіотелескопи. Вони невеликі та слабкі в порівнянні з іншими об'єктами, тому доводиться сканувати все небо і поступово об'єктив потрапляють ці об'єкти. Більшість було знайдено за допомогою Обсерваторії Паркса в Австралії. Багато нових даних можна буде отримати з Антенної решітки у квадрантний кілометр (SKA), що стартує у 2018 році.
У 2008 році запустили телескоп GLAST, який знайшов 2050 гамма-випромінюючих пульсарів, серед яких 93 були мілісекундними. Цей телескоп неймовірно корисний, оскільки сканує все небо, тоді як інші виділяють лише невеликі ділянки вздовж площини.
Пошук різних довжин хвиль може стикатися з проблемами. Справа в тому, що радіохвилі надзвичайно потужні, але можуть просто не потрапляти в об'єктив телескопа. А ось гамма-випромінювання поширюються по більшій частині неба, але поступаються яскравістю.
Наразі вчені знають про існування 2300 пульсарів, знайдених по радіохвилях та 160 через гамма-промені. Є також 240 мілісекундних пульсарів, з яких 60 виробляють гамма-випромінювання.
Використання пульсарів
Пульсари – не просто дивовижні космічні об'єкти, а й корисні інструменти. Світло, що випускається, може багато розповісти про внутрішні процеси. Тобто дослідники здатні розібратися у фізиці нейтронних зірок. У цих об'єктах настільки високий тиск, що поведінка матерії відрізняється від звичного. Дивне наповнення нейтронних зірок називають "ядерною пастою".
Пульсар приносять багато користі завдяки точності імпульсів. Вчені знають конкретні об'єкти і сприймають їх як космічний годинник. Саме так почали з'являтися припущення про наявність інших планет. Фактично перша знайдена екзопланета оберталася навколо пульсара.
Не забувайте, що пульсари під час миготіння продовжують рухатися, а значить, можна з їх допомогою вимірювати космічні дистанції. Вони також брали участь у перевірці теорії відносності Ейнштейна, на кшталт моментів із силою тяжкості. Але регулярність пульсації може порушуватись гравітаційними хвилями. Це помітили у лютому 2016 року.
Цвинтарі пульсарів
Поступово всі пульсари сповільнюються. Випромінювання живиться від магнітного поля, створюваного обертанням. У результаті він також втрачає свою потужність і припиняє посилати промені. Вчені вивели спеціальну межу, де ще можна виявити гамма-промені перед радіохвилями. Як тільки пульсар опускається нижче, його списують у цвинтарі пульсарів.
Якщо пульсар сформувався з залишків наднової, то має величезний енергетичний запас і швидку швидкість обертання. Серед прикладів можна згадати молодий об'єкт PSR B0531+21. У такій фазі він може пробути кілька сотень тисяч років, після чого почне втрачати швидкість. Пульсари середнього віку становлять більшу частину населення і виробляють лише радіохвилі.
Однак, пульсар може продовжити життя, якщо поруч є супутник. Тоді він витягуватиме його матеріал і збільшуватиме швидкість обертання. Такі зміни можуть відбутися будь-коли, тому пульсар здатний відроджуватися. Подібний контакт називають маломасивною рентгенівською подвійною системою. Найбільш старі пульсари – мілісекундні. Деякі досягають віку у мільярди років.
Нейтронні зірки
Нейтронні зірки- Досить загадкові об'єкти, що перевищують сонячну масу в 1.4 рази. Вони народжуються після вибуху більших зірок. Давайте дізнаємося про ці формування ближче.
Коли вибухає зірка, масивніша за Сонце в 4-8 разів, залишається ядро з великою щільністю, що продовжує руйнуватися. Гравітація так сильно тисне на матеріал, що змушує протони та електрони зливатися, щоб з'явитися у вигляді нейтронів. Так і народжується нейтронна зірка високої густини.
Ці потужні об'єкти здатні досягати в діаметрі всього 20 км. Щоб ви усвідомили щільність, лише одна ложечка матеріалу нейтронної зірки важитиме мільярд тонн. Гравітація на такому об'єкті в 2 мільярди разів сильніша за земну, а потужності вистачає для гравітаційного лінзування, що дозволяє вченим розглянути задню частину зірки.
Поштовх від вибуху залишає імпульс, який змушує нейтронну зірку обертатися, досягаючи кількох обертів на секунду. Хоча вони можуть розганятися до 43000 разів на хвилину.
Прикордонні шари поблизу компактних об'єктів
Астрофізик Валерій Сулейманов про виникнення акреційних дисків, зірковий вітер та речовину навколо нейтронних зірок:
Надра нейтронних зірок
Астрофізик Сергій Попов про екстремальні стани речовини, склад нейтронних зірок та способи вивчення надр:
Коли нейтронна зірка виступає частиною подвійної системи, де вибухнула наднова, картина виглядає ще більш вражаючою. Якщо друга зірка поступалася за масивністю Сонцю, то тягне масу компаньйона в пелюсток Роша. Це куляста хмара матеріла, що здійснює оберти навколо нейтронної зірки. Якщо ж супутник був більший за сонячну масу в 10 разів, то передача маси також налаштовується, але не така стійка. Матеріал тече вздовж магнітних полюсів, нагрівається та створюються рентгенівські пульсації.
До 2010 року було знайдено 1800 пульсарів за допомогою радіовиявлення та 70 через гамма-промені. У деяких екземплярів навіть помічали планети.
Типи нейтронних зірок
У деяких представників нейтронних зірок струменя матеріалу течуть практично зі швидкістю світла. Коли вони пролітають повз нас, то спалахують як світло маяка. Через це їх прозвали пульсарами.
Коли рентгенівські пульсари відбирають матеріал у більш масивних сусідів, він контактує з магнітним полем і створює потужні промені, що спостерігаються в радіо, рентгенівському, гамма і оптичному спектрі. Оскільки джерело розташовується в компаньйоні, їх називають пульсарами з акрецією.
Пульсари, що обертаються, в небі підкоряються обертанню зірок, тому що високоенергетичні електрони взаємодіють з магнітним полем пульсара над полюсами. Оскільки речовина всередині магнітосфери пульсара прискорюється, це змушує її виробляти гамма-промені. Віддача енергії уповільнює обертання.
