Какво представляват пулсарите и квазарите? Космос, пулсари и неутронни звезди. Откритие, което не се вписва в рамките на съвременните теории

Остатъкът от свръхновата Corma-A, която има неутронна звезда в центъра си

Неутронните звезди са останките от масивни звезди, които са достигнали края на своя еволюционен път във времето и пространството.

Тези интересни обекти са родени от някогашни масивни гиганти, които са четири до осем пъти по-големи от нашето Слънце. Това се случва при експлозия на свръхнова.

След такава експлозия външните слоеве се изхвърлят в космоса, ядрото остава, но вече не е в състояние да поддържа ядрен синтез. Без външен натиск от горните слоеве, той се срутва и свива катастрофално.

Въпреки малкия си диаметър - около 20 км, неутронните звезди могат да се похвалят с 1,5 пъти по-голяма маса от нашето Слънце. Поради това те са невероятно плътни.

Малка лъжичка звездна материя на Земята би тежала около сто милиона тона. В него протоните и електроните се комбинират, за да образуват неутрони - процес, наречен неутронизация.

Съединение

Техният състав е неизвестен; предполага се, че те могат да се състоят от свръхтечна неутронна течност. Те имат изключително силно гравитационно привличане, много по-голямо от това на Земята или дори Слънцето. Тази гравитационна сила е особено впечатляваща, защото е малка по размер.
Всички те се въртят около една ос. По време на компресията се запазва ъгловият момент на въртене и поради намаляването на размера скоростта на въртене се увеличава.

Поради огромната скорост на въртене, външната повърхност, която е твърда „кора“, периодично се напуква и възникват „звездни трусове“, които забавят скоростта на въртене и изхвърлят „излишната“ енергия в космоса.

Зашеметяващите налягания, които съществуват в ядрото, може да са подобни на тези, които са съществували по време на големия взрив, но за съжаление не могат да бъдат симулирани на Земята. Следователно тези обекти са идеални естествени лаборатории, където можем да наблюдаваме енергии, недостъпни на Земята.

Радиопулсари

Радиоулсарите са открити в края на 1967 г. от студентката Джоселин Бел Бърнел като радиоизточници, които пулсират с постоянна честота.
Радиацията, излъчвана от звездата, се вижда като пулсиращ източник на радиация или пулсар.

Схематично представяне на въртенето на неутронна звезда

Радиопулсарите (или просто пулсарите) са въртящи се неутронни звезди, чиито струи частици се движат почти със скоростта на светлината, като въртящ се лъч на фар.

След като се въртят непрекъснато в продължение на няколко милиона години, пулсарите губят енергията си и се превръщат в нормални неутронни звезди. Днес са известни само около 1000 пулсара, въпреки че може да има стотици от тях в галактиката.

Радиопулсар в мъглявината Рак

Някои неутронни звезди излъчват рентгенови лъчи. Известната мъглявина Рак е добър пример за такъв обект, образуван по време на експлозия на свръхнова. Тази експлозия на свръхнова е наблюдавана през 1054 г. сл. Хр.

Вятър от Пулсар, видео от телескопа Чандра

Радиопулсар в мъглявината Рак, заснет от космическия телескоп Хъбъл през 547nm филтър (зелена светлина) от 7 август 2000 г. до 17 април 2001 г.

Магнетари

Неутронните звезди имат магнитно поле милиони пъти по-силно от най-силното магнитно поле, създадено на Земята. Известни са още като магнетари.

Планети около неутронни звезди

Днес знаем, че четири имат планети. Когато е в двоична система, е възможно да се измери масата му. От тези радио- или рентгенови двоични системи, измерените маси на неутронни звезди са около 1,4 пъти по-големи от масата на Слънцето.

Двойни системи

Напълно различен тип пулсар се наблюдава в някои рентгенови двойни системи. В тези случаи неутронната звезда и обикновената образуват двойна система. Силно гравитационно поле извлича материал от обикновена звезда. Материалът, който пада върху него по време на процеса на натрупване, се нагрява толкова много, че произвежда рентгенови лъчи. Импулсните рентгенови лъчи се виждат, когато горещи точки върху въртящия се пулсар преминават през линията на видимост от Земята.

За бинарни системи, съдържащи неизвестен обект, тази информация помага да се разграничи дали това е неутронна звезда или, например, черна дупка, тъй като черните дупки са много по-масивни.

Съществуването на радиоизточници в космоса е известно от доста време. Но такъв обект, излъчващ бързи импулси, беше открит за първи път. Появяваха се като по часовник, веднъж на секунда. Първоначално смятаха, че сигналът идва от орбитален сателит, но тази идея бързо беше отхвърлена. След като бяха открити още няколко подобни обекта, те бяха наречени пулсари поради тяхната бързо пулсираща природа.

Ярки пулсари са открити при почти всяка дължина на вълната на светлината. Някои наистина могат да се видят. Повечето хора са склонни да бъркат пулсарите с квазарите. Но тези два обекта са напълно различни. Квазарите са обекти, които произвеждат огромни количества енергия. Най-вероятно те са възникнали в резултат на огромна черна дупка в центъра на млада галактика. Но пулсарът е нещо съвсем различно.

Пулсари: Факторът Beacon

Пулсарът е по същество бързо въртяща се неутронна звезда. Неутронната звезда е силно уплътненото ядро ​​на мъртва звезда, останало от експлозия на свръхнова. Тази неутронна звезда има мощно магнитно поле. Това магнитно поле е около един трилион пъти по-силно от магнитното поле на Земята. Магнитното поле кара неутронната звезда да излъчва силни радиовълни и радиоактивни частици от своя северен и южен полюс. Тези частици могат да включват различни лъчения, включително видима светлина.

Графичен модел на пулсар

Пулсарите, които излъчват мощни гама лъчи, са известни като гама пулсари. Ако полюсът на неутронната звезда е обърнат към Земята, тогава можем да видим радиовълни всеки път, когато някой от полюсите попадне в полезрението ни. Този ефект е много подобен на ефекта на фара. За неподвижен наблюдател изглежда, че светлината на въртящия се фар непрекъснато мига, след това изчезва, след това се появява отново. По същия начин изглежда, че пулсарът мига, докато върти полюсите си спрямо Земята. Различните пулсари излъчват импулси с различни скорости, в зависимост от размера и масата на неутронната звезда. Понякога пулсарът може да има сателит. В някои случаи може да привлече спътника си, което го кара да се върти още по-бързо. Най-бързите пулсари могат да излъчват повече от сто импулса в секунда.

Неутронни звезди

Образуването на пулсар възниква, когато масивна звезда умира след изчерпване на резервите си от гориво. Възниква голяма експлозия, известна като свръхнова - най-мощното и най-яркото събитие във Вселената. Без уравновесяващата сила на ядрения синтез, гравитацията започва да дърпа звездните маси навътре, докато станат много компресирани. В пулсара гравитацията ги уплътнява, докато образуват обект, състоящ се предимно от неутрони, опаковани толкова плътно един до друг, че вече не могат да съществуват като обикновена материя.

Схема на структурата на неутронна звезда

Физикът Чандрасекар Субраманиан предложи, че ако масата на ядрото на унищожена звезда е 1,4 пъти по-голяма от масата на самата звезда, протоните и електроните ще се комбинират в неутрони в неутронната звезда. Това число е известно днес като границата на Чандрасекар. Ако тази граница не бъде достигната в резултат на разрушаването на ядрото, тогава се образува бяло джудже. Ако тази граница бъде значително надвишена, може да се получи черна дупка.

Колабиращата звезда започва да се върти по-бързо, което е известно като запазване на импулса по време на въртене. Този процес е подобен на фигуристи, които се опитват да стиснат здраво ръцете си, за да се завъртят още по-бързо. Резултатът е бързо въртяща се топка от плътно опаковани неутрони в желязна обвивка. Екстремните гравитационни сили правят тази черупка много гладка и блестяща. Получената неутронна звезда е само около 30-35 km в диаметър, като същевременно съдържа по-голямата част от масата на оригиналната звезда, с която е била образувана. Материята на тази неутронна звезда е опакована толкова плътно, че парче от тази звезда с размерите на кубче захар би тежало повече от 100 милиона тона на Земята.

Откриване на пулсари и неутронни звезди

Нови пулсари се откриват и днес с помощта на големи радиотелескопи. Най-големият радиотелескоп в света се намира в Аресибо, Пуерто Рико. Това беше един от ключовите инструменти в търсенето на пулсари. През последните няколко години бяха открити няколко нови пулсара. Пулсарът се намира в известната мъглявина Рак (M1).

Най-бързият пулсар, PSR1937 +21, има период на импулс от 1,56 ms, или 640 пъти в секунда. Най-силният пулсар е PSR 0329 +54, с много бавен импулс от само 0,715 секунди. Наскоро бяха открити пулсари като PSR 1257 +12. Учените смятат, че планетите се въртят около тях.

Пулсарите са открити напълно случайно в средата на 60-те години на ХХ век. Това се случи по време на наблюдения с помощта на радиотелескоп, който първоначално е проектиран да изучава различни източници на трептене в неизследваните дълбини на космоса. Какви са тези космически обекти?

Откриване на пулсари от британски изследователи

Група учени - Джоселин Бел, Антъни Хюис и други - провеждат изследвания в университета в Кеймбридж. Тези импулси пристигат с честота от 0,3 секунди и честотата им е 81,5 MHz. По това време астрономите все още не са мислили какво всъщност е пулсар и каква е неговата природа. Първото нещо, което забелязаха, беше удивителната честота на „съобщенията“, които откриха. В крайна сметка обикновеното трептене се случи в хаотичен режим. Сред учените дори имаше предположение, че тези сигнали са доказателство за извънземна цивилизация, която се опитва да достигне човечеството. За да ги обозначи, беше въведено името LGM - това английско съкращение означаваше малки зелени човечета („малки зелени мъже“). Изследователите започнаха да правят сериозни опити да дешифрират мистериозния „код“ и за това привлякоха видни разбивачи на кодове от цялата планета. Опитите им обаче бяха неуспешни.

През следващите три години астрономите откриха още 3 подобни източника. И тогава учените разбраха какво е пулсар. Оказа се още един обект от Вселената, който няма нищо общо с извънземни цивилизации. Тогава пулсарите получиха името си. За тяхното откритие ученият Антъни Хюиш е удостоен с Нобелова награда по физика.

Какво представляват неутронните звезди?

Но въпреки факта, че това откритие се случи доста отдавна, мнозина все още се интересуват от отговора на въпроса „какво е пулсар“. Това не е изненадващо, защото не всеки може да се похвали, че астрономията се преподава на най-високо ниво в тяхното училище или университет. Отговаряме на въпроса: пулсарът е неутронна звезда, която се образува след експлозия на свръхнова. И постоянството на пулсацията, което беше изненадващо по едно време, може лесно да се обясни - причината е в стабилността на въртенето на тези неутронни звезди.

В астрономията пулсарите се обозначават с четирицифрено число. Освен това първите две цифри от името показват часове, а следващите две - минути, в които се случва дясното изкачване на пулса. А пред цифрите има две латински букви, които кодират местоположението на отвора. Първият от всички открити пулсари е наречен CP 1919 (или "Кеймбридж пулсар").

Квазари

Какво представляват пулсарите и квазарите? Вече разбрахме, че пулсарите са най-мощните радиоизточници, чието излъчване е концентрирано в отделни импулси с определена честота. Квазарите също са едни от най-интересните обекти в цялата Вселена. Те също са изключително ярки - надвишават общия интензитет на радиация на галактики, които са подобни на Млечния път. Квазарите са открити от астрономите като обекти с високо червено отместване. Според една от широко разпространените теории квазарите са галактики в началния етап на своето развитие, вътре в които има

Най-яркият пулсар в историята

Един от най-известните подобни обекти във Вселената е пулсарът в мъглявината Рак. Това откритие показва, че пулсарът е един от най-невероятните обекти в цялата Вселена.

Експлозията на неутронна звезда в сегашната мъглявина Рак беше толкова мощна, че дори не може да се впише в съвременната астрофизична теория. През 1054 г. сл. н. е д. В небето заблестя нова звезда, която днес се нарича SN 1054. Експлозията й се наблюдава дори през деня, което е засвидетелствано в историческите хроники на Китай и арабските страни. Интересно е, че Европа не забеляза този взрив - тогава обществото беше толкова погълнато от споровете между папата и неговия легат, кардинал Хумберт, че нито един учен от онова време не записа този взрив в трудовете си. И няколко века по-късно на мястото на тази експлозия беше открита нова мъглявина, която по-късно стана известна като мъглявината Рак. По някаква причина формата му напомни на откривателя му Уилям Парсънс на рак.

И през 1968 г. пулсарът PSR B0531+21 беше открит за първи път и именно този пулсар беше първият от всички, които учените идентифицираха с останки от свръхнова. Източникът на пулсацията, ако се съди по-строго, не е самата звезда, а т. нар. вторична плазма, която се образува в магнитното поле на звезда, въртяща се с главоломна скорост. Честотата на въртене на пулсара Ракообразна мъглявина е 30 пъти в секунда.

Откритие, което не се вписва в рамките на съвременните теории

Но този пулсар е изненадващ не само със своята яркост и честота. Наскоро беше открито, че PSR B0531+21 излъчва радиоактивни лъчи в диапазон, който надхвърля границата от 100 милиарда волта. Този брой е милиони пъти по-висок от радиацията, използвана в медицинското оборудване, и също така е десет пъти по-висок от стойността, описана в съвременната теория на гама лъчите. Мартин Шрьодер, американски астроном, казва това по следния начин: „Ако само преди две години бяхте попитали някой астрофизик дали този вид радиация може да бъде открита, щяхте да получите категорично „не“. Просто няма такава теория, която да побере факта, който открихме.

Какво представляват пулсарите и как са се образували: мистерията на астрономията

Благодарение на изследванията на пулсара на мъглявината Рак учените имат представа за природата на тези мистериозни космически обекти. Сега можете повече или по-малко ясно да си представите какво е пулсар. Появата им се обяснява с факта, че в последния етап от еволюцията си някои звезди избухват и светват с огромни фойерверки - ражда се свръхнова. Те се отличават от обикновените звезди по силата на блясъка си. Общо около 100 такива изригвания се случват годишно в нашата Галактика. Само за няколко дни свръхнова увеличава своята яркост няколко милиона пъти.

Без изключение всички мъглявини, както и пулсарите, се появяват на мястото на експлозии на свръхнова. Пулсарите обаче не могат да бъдат наблюдавани във всички останки от този тип небесни тела. Това не бива да обърква любителите на астрономията - все пак пулсар може да се наблюдава само ако е разположен под определен ъгъл на въртене. Освен това, поради природата си, пулсарите „живеят“ по-дълго от мъглявините, в които се образуват. Учените все още не могат точно да определят причините, които карат една охладена и привидно отдавна мъртва звезда да се превърне в източник на мощно радиоизлъчване. Въпреки изобилието от хипотези, астрономите ще трябва да отговорят на този въпрос в бъдеще.

Пулсари с най-кратък период на въртене

Вероятно тези, които се чудят какво е пулсар и какви са последните новини от астрофизиците за тези небесни обекти, ще се интересуват от общия брой звезди от този вид, открити до момента. Днес учените знаят за повече от 1300 пулсара. Освен това огромен брой - около 90% - от тези звезди пулсират в диапазона от 0,1 до 1 секунда. Има дори пулсари с още по-къси периоди – наричат ​​ги милисекундни. Един от тях е открит от астрономите през 1982 г. в съзвездието Лисичка. Периодът му на въртене беше само 0,00155 секунди. Схематично представяне на пулсар включва оста на въртене, магнитно поле и радиовълни.

Такива кратки периоди на въртене на пулсарите послужиха като основен аргумент в полза на предположението, че по своята същност те са въртящи се неутронни звезди (пулсарът е синоним на израза „неутронна звезда“). В крайна сметка небесно тяло с такъв период на въртене трябва да е много плътно. Изследванията на тези обекти все още продължават. След като научиха какво представляват неутронните пулсари, учените не се спряха на вече открити факти. В края на краищата тези звезди бяха наистина невероятни - тяхното съществуване можеше да бъде възможно само при условие, че центробежните сили, които възникват в резултат на въртенето, са по-малки от гравитационните сили, които свързват материята на пулсара.

Различни видове неутронни звезди

По-късно се оказа, че пулсарите с период на въртене от милисекунди не са най-младите, а напротив, едни от най-старите. И пулсарите в тази категория имаха най-слабите магнитни полета.

Съществува и вид неутронна звезда, наречена рентгенови пулсари. Това са небесни тела, които излъчват рентгенови лъчи. Те също попадат в категорията на неутронните звезди. Въпреки това, радиопулсарите и излъчващите рентгенови лъчи звезди действат по различен начин и имат различни свойства. Първият пулсар от този вид е открит през 1972 г

Природата на пулсарите

Когато изследователите за първи път започнаха да изучават какво представляват пулсарите, те решиха, че неутронните звезди имат същата природа и плътност като атомните ядра. Това заключение е направено, защото всички пулсари се характеризират с твърда радиация - точно същата като тази, която придружава ядрените реакции. По-нататъшните изчисления обаче позволиха на астрономите да направят различно изявление. Един вид космически обект, пулсар, е небесно тяло, което е подобно на гигантски планети (иначе наричани „инфрачервени звезди“).

Астрономите са изучавали небето от незапомнени времена. Въпреки това, само със значителен скок в развитието на технологиите, учените успяха да открият обекти, които предишните поколения астрономи дори не са си представяли. Едни от тях са квазарите и пулсарите.

Въпреки огромните разстояния до тези обекти, учените успяха да проучат някои от техните свойства. Но въпреки това те все още крият много неразгадани тайни.

Какво представляват пулсарите и квазарите

Пулсарът, както се оказа, е неутронна звезда. Неговите откриватели са Е. Хюиш и неговият аспирант Д. Бел. Те успяха да открият импулси, които са тясно насочени потоци от радиация, които стават видими на определени интервали от време, тъй като този ефект възниква поради въртенето на неутронните звезди.

Значително уплътняване на магнитното поле на звездата и самата му плътност възниква по време на нейното компресиране. Тя може да се свие до размер от няколко десетки километра и в такива моменти въртенето става с невероятно висока скорост. Тази скорост в някои случаи достига хилядни от секундата. Това е мястото, откъдето идват електромагнитните излъчвани вълни.

Квазарите и пулсарите могат да се нарекат най-необичайните и мистериозни открития в астрономията. Повърхността на неутронна звезда (пулсар) има по-малко налягане от нейния център, поради тази причина неутроните се разпадат на електрони и протони. Електроните се ускоряват до невероятни скорости поради наличието на мощно магнитно поле. Понякога тази скорост достига скоростта на светлината, което води до изхвърляне на електрони от магнитните полюси на звездата. Два тесни лъча електромагнитни вълни - точно така изглежда движението на заредените частици. Тоест електроните излъчват радиация в посоката на тяхната посока.

Продължавайки списъка с необичайни явления, свързани с неутронните звезди, трябва да отбележим външния им слой. В тази сфера има пространства, в които ядрото не може да бъде унищожено поради недостатъчна плътност на материята. Последствието от това е покриването на най-плътната кора поради образуването на кристална структура. В резултат на това се натрупва напрежение и в определен момент тази плътна повърхност започва да се напуква. Учените нарекоха това явление "звезден трус".

Пулсарите и квазарите остават напълно неизследвани. Но ако удивителните изследвания ни разказаха за пулсарите или т.нар. Докато неутронните звезди съдържат много нови неща, квазарите държат астрономите в напрежение от неизвестното.

Светът за първи път научи за квазарите през 1960 г. В откритието се посочва, че това са обекти с малки ъглови размери, които се характеризират с висока светимост и според класа си принадлежат към извънгалактични обекти. Тъй като имат доста малък ъглов размер, дълги години се смяташе, че те са просто звезди.

Точният брой на откритите квазари не е известен, но през 2005 г. са проведени изследвания, в които има 195 хиляди квазари. Засега за тях не се знае нищо достъпно за обяснение. Има много предположения, но нито едно от тях няма доказателства.

Астрономите са установили само, че за период от време, по-малък от 24 часа, тяхната яркост показва достатъчна променливост. Въз основа на тези данни може да се отбележи техният относително малък размер на радиационната област, който е сравним с размера на Слънчевата система. Откритите квазари съществуват на разстояние до 10 милиарда светлинни години. Успяхме да ги видим поради високото им ниво на осветеност.

Най-близкият такъв обект до нашата планета се намира на приблизително 2 милиарда светлинни години. Може би бъдещите изследвания и най-новите технологии, използвани в тях, ще предоставят на човечеството нови знания за белите петна на космоса.