Кто первым обнаружил рентгеновские пульсары. Рентгеновские пульсары. Что такое нейтронные звезды и пульсары
- источники переменного периодического рентг. излучения, представляющие собой вращающиеся с сильным магн. полем, излучающие за счет (падения вещества на их поверхность). Магн. поля на поверхности Р.п. ~ 10 11 -10 14 Гс. большинства Р.п. от 10 35 -10 39 эрг/с. Периоды следования импульсов P от 0,7 с до неск. тысяч с. Р.п. входят в тесные двойные звездные системы, вторым компонентом к-рых явл. нормальная (невырожденная) звезда, поставляющая вещество, необходимое для аккреции и норм. функционирования Р.п. Если второй компонент находится на стадии эволюции, когда скорость потери массы (этим компонентом) мала (см. ), нейтронная звезда не проявляет себя как Р.п. Рентг. пульсары встречаются как в массивных молодых двойных звездых системах, относящихся к населению I Галактики и лежащих в ее плоскости, так и в маломассивных двойных системах, относящихся к населению II и принадлежащих к сферич. составляющей Галактики. Р.п. открыты также в . Всего открыто ок. 20 Р.п.На начальном этапе исследований открываемым рентг. объектам присваивались наименования по созвездиям, в к-рых они находятся. Напр., Геркулес X-1 означает первый по рентг. яркости объект в созвездии Геркулеса, Кентавр Х-3 - третий по яркости в созвездии Кентавра. Р.п. в Малом Магеллановом Облаке обозначается как SMC X-1, в Большом Магеллановом Облаке - LMC X-4. Обнаружение со спутников большого числа рентг. источников потребовало др. системы обозначений. Напр., 4U 1900-40 соответствует обозначению Р.п. Паруса Х-1 в четывертом каталоге "Ухуру". Первые четыре цифры обозначают прямое восхождение (19 ч 00 мин), а вторые две вместе со знаком дают склонение объекта. Аналогичный смысл имеют цифры в обозначении источников, открытых спутником "Ариэль" (Великобритания), напр. A 0535+26. Обозначения типа GX 1+4 относятся к источникам в центральной области Галактики. Цифры соответствуют галактич. координатам (см. ) l и b (в данном случае l =1 o , b =+4 o). Употребляются и др. обозначения. Так, открытый с борта советских АМС "Венера-11, -12" в эксперименте "Конус" вспыхивающий Р.п. с периодом 8 с (см. ) получил наименование FXP 0520-66.
Переменность излучения Р.п.
, где i
- угол наклонения орбиты двойной системы
(в
этой системе близок к 90 o), v - скорость орбитального движения
Р.п.;
v
sin i
=416 км/с, эксцентриситет орбиты мал. Рентг. затмения обнаружены
далеко не во всех двойных системах с Р.п. (для наблюдения затмений необходимо, чтобы
луч зрения был близок к плоскости орбиты двойной системы), а периодич. изменения
P
- в большинстве двойных систем с Р.п.После открытия Р.п. в его окрестности обычно быстро находят переменную оптич. звезду (второй компонент двойной системы)Ю блеск к-рой меняется с периодм, равным орбитальному или в два раза меньшим (см. ниже). Кроме того, спектр. линии оптич. компонента испытывают доплеровский сдвиг, периодически изменяющийся с орбитальным периодом вдойной системы. Оптич. переменность двойных систем с Р.п. обусловлена двумя эффектами. Первй эффект (эффект отражения) наблюдается в системах, в к-рых светимость оптич. звезды меньше светимости Р.п. Сторона звезды, обращенная к Р.п., прогревается его рентг. излучением и в оптич. лучах оказывается ярче, чем противоположная сторона. Вращение двойной системы приводит к тому, что наблюдается то более яркая, то менее яркая сторона звезды. Такой эффект наиболее отчетливо проявляется в системе, включающей Р.п. Геркулес Х-1 и звезду HZ Геркулеса. На ед. поверхности этой звезды, обращенной к рентг. источнику, падает в тридцать раз больше энегрии в виде рентг. излучения, чем поступает из недр звезды. В результате амплитуда оптич. переменности превышает 2 m в фильтре B. Часть рентг. излучения отражается атмосферой звезды, но осн. доля поглощается ею и перерабатывается в оптич. излучение. Это излучение слабо пульсирует с периодом P. Часть энергии уходит на эффективное нагревание вещества на поверхности, сопровождающееся формированием т.н. индуцированного звездного ветра.
Второй эффект, называемый эффектом эллипсоидальности, связан с тем, что форма звезды, заполняющей критич. полость Роша, заметно отличается от сферической. В результате два раза за орбитальный период к наблюдателю обращена большая часть поверхности и два раза меньшая. Такая переменность с периодом, вдвое меньшим орбитального периода двойной системы, наблюдается в двойных системах, где светимость оптич. компонента намного превышает рентг. светимость Р.п. В частности, именно благодаря такой переменности был открыт нормальный компонент источника Кентавр Х-3.
Аккреция на нейтронную звезду с сильным магнитным полем.
В тесных двойных звездных системах возможны два осн. типа аккреции: дисковая и сферически-симметричная.
Если перетекание вещества идет преимущественно через внутр. точку Лагранжа,
то перетекающее вещество обладает значит. уд. моментом количества движения и вокруг
нейтронной звезды образуется .
Если норм. звезда теряет вещество посредством звездного ветра, то возможно формирование
ударной волны и близкая к сферически-симметричной аккреции за ней.
 |
|
Рис. 3. Упрощенная картина аккреции на замагниченную нейтронную звезду в двойной системе. Газ поступает к звезде как в геометрически тонком диске, так и сферически-симметричным образом. Реальная магнитосфера имеет более сложную форму, чем изображено на рис. а (, M - угловая скорость вращения и магнитный момент нейтронной звезды). Условия вмораживания плазмы в магнитосферу благоприятны не на всей ее поверхности. Вмороженная плазма течет вдоль линий к магнитным полюсам (стрелки). Вблизи полюсов аккреционный канал представляет собой незамкнутый венец (б). |
В Р.п. со светимостью L X
В Р.п. со светимостью, близкой к эрг/с, колоссальное энерговыделение в зоне магн. полюсов приводит к тому, что сила на падающие электроны способна остановить поток аккрецирующего вещества. Вблизи поверхности нейтронной звезды (на высоте 1 м) может сформироваться радиационно-доминированная ударная волна. В такой ударной волне давление излучения намного превышает давление плазмы. Падающие на звезду электроны тормозятся силой давления излучения, обусловленной томсоновским рассеянием излучения, идущего снизу. Одновременно останавливаются связанные с электронами элестростатич. силами протоны, несущие основную кинетич. энергию. Эта энергия расходуется на увеличение энергии фотонов, вследствие их многократных рассеяний на высокоскоростных электронах (комптонизации). Часть "жестких" фотонов уходит к наблюдателю, а часть попадает в плотные слои атмосферы (нейтронной звезды), нагревая ее. В этих слоях вследствие рождаются многочисленные "мягкие" фотоны, к-рые (испытывая томсоновское рассеяние на падающих электронах) и тормозят падающее вещество.
Если светимость Р.п. превышает 10 37 эрг/с, то над поверхностью нейтронной звезды в районе магн. полюсов формируется аккреционная колонка. Радиационно-димонированная ударная волна возникает на большой высоте над поверхностью нейтронной звезды (сотни метров и даже километры). В ней происходит торможение потока. Под ударной волной осуществляется режим оседания. Излучение уходит через боковую поверхность колонки, вещество же в ней медленно оседает, выделяя гравитац. энергию, превращающуюся в тепло и излучение. Силам гравитации противодействует градиент давления излучения, запертого в радиационно-димонированной колонке. Аккреционная колонка может обеспечить светимость, намного превышающую , т.к. с боков колонка удерживается магн. полем, а не силами гравитации. Более того, если магн. поле нейтронной звезды превышает 10 13 Гс, то в основании колонки темп-ра плазмы достигает 10 10 К. При таких темп-рах происходят процессы рождения и аннигиляции электрон-позитронных пар. Нейтрино, образующиеся в реакциях , уносят осн. долю светимости. Рентг. светимость (превышающая критическую) составляет малую долю нейтринной светимости . Отметим в связи с этим существование Р.п. SMC X-1 и LMC X-4, имеющих рентг. светимости ~ 10 39 эрг/с, т.е. намного превышающие критическую. Эти объекты имеют, по-видимому, и значительную нейтринную светимость. Излучаемые нейтрино прогревают недра нейтронной звезды и, поглощаясь в недрах норм. компонента двойной системы, дают малый вклад в его оптич. светимость. Поток аккрецирующего вещества в таких объектах может достигать
в год. В этом случае возможна ситуация, когда за 10 6 -10 5
лет работы Р.п. на нейтронную звезду выпадет ок.
вещества, будет превышен предел устойчивости для нейтронных звезд, произойдет , сопровождающийся взрывом сверхновой редко встречающегося
типа и образованием черной дыры. Это может произойти лиль при дисковой аккреции,
когда давление излучения не препятствует аккреции на больших расстояниях от тяготеющего
центра.
Формирование профилей импульсов и спектры излучения Р.п.Выделение энергии в ограниченной зоне вблизи полюсов нейтронной звезды в совокупности с ее вращением приводит к феномену пульсара: наблюдатель видит излучающую зону под разными углами и принимает переменный во времени поток рентг. излучения. Период P равен периоду вращения нейтронной звезды. Наличие сильного магн. поля может приводить к направленности излучения. В зависимости от соотношения между энергией фотонов, напряженностью магн. поля и темп-рой плазмы могут формироваться как карандашная, так и ножевая диаграммы направленности. Важнейшим параметром явл. гирочастота (циклотронная частота) электрона . Степень направленности явл. функцией отношений и . Диаграмма направленности определят форму профиля импульсов Р.п. Профили импульсов ряда Р.п. приведены на рис. 4. Вид профилей многих Рп. изменяется
– это космические источники радио-, оптического, рентгеновского и/или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов).
Поэтому по виду излучения их разделяют на радиопульсары, оптические пульсары, рентгеновские и/или гамма-пульсары. Природа излучения пульсаров пока полностью не раскрыта, модели пульсаров и механизмов излучения ими энергии изучаются теоретически. На сегодняшний день преобладает мнение о пульсарах как о вращающихся нейтронных звездах с сильным магнитным полем.
Открытие пульсаров
Это произошло в 1967 г. Английский радиоастроном Э. Хьюиш и его сотрудники обнаружили идущие как бы из пустого места в космосе короткие радиоимпульсы, повторяющиеся стабильно с периодом не менее секунды. Сначала результаты наблюдений за этим явлением хранились в тайне, т.к. можно было предположить, что эти импульсы радиоизлучения имеют искусственное происхождение – возможно, это сигналы какой-нибудь внеземной цивилизации? Но источника излучения, совершающего орбитальное движение, обнаружено не было, зато группа Хьюиша нашла еще 3 источника подобных сигналов. Таким образом, надежда на сигналы внеземной цивилизации исчезла, и в феврале 1968 г. в появилось сообщение об открытии быстропеременных внеземных радиоисточников неизвестной природы с высокостабильной частотой.
Это сообщение вызвало настоящую сенсацию, а в 1974 г. за это открытие Хьюиш получил Нобелевскую премию. Пульсар этот называется PSR J1921+2153. В настоящее время известно около 2 тысяч радиопульсаров, они обычно обозначаются буквами PSR и цифрами, которые выражают их экваториальные координаты.
Что представляет собой радиопульсар?
Астрофизики пришли к общему мнению, что радиопульсар представляет собой нейтронную звезду. Она испускает узконаправленные потоки радиоизлучения, и в результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени - так образуются импульсы пульсара. Большинство астрономов уверены в том, что пульсары - это крохотные нейтронные звезды с диаметром в несколько километров, вращающиеся с периодами в доли секунды. Их даже называют иногда «звездными волчками». Из-за магнитного поля излучение пульсара похоже на луч прожектора: когда из-за вращения нейтронной звезды луч попадает на антенну радиотелескопа, видны всплески излучения. Сигналы пульсаров на разных радиочастотах распространяются в межзвездной плазме с разной скоростью. По взаимному запаздыванию сигналов определяют расстояние до пульсара, определяют их расположение в Галактике. Распределение пульсаров приблизительно соответствует распределению остатков сверхновых звезд.
Рентгеновские пульсары
Рентгеновский пульсар представляет собой тесную двойную систему , одним из компонентов которой является нейтронная звезда , а вторым - нормальная звезда , в результате чего происходит перетекание материи с обычной звезды на нейтронную. Нейтронные звезды - это звезды с очень малыми размерами (20-30 км в диаметре) и чрезвычайно высокими плотностями, превышающими плотность атомного ядра. Астрономы считают, что нейтронные звёзды появляются в результате взрывов сверхновых. При взрыве сверхновой происходит стремительный коллапс ядра нормальной звезды, которое затем и превращается в нейтронную звезду. Во время сжатия в силу закона сохранения момента импульса, а также сохранения магнитного потока происходит резкое увеличение скорости вращения и магнитного поля звезды. Таким образом, для рентгеновского пульсара важны именно два этих признака: быстрая скорость вращения и чрезвычайно высокие магнитные поля. Материя, ударяясь о твердую поверхность нейтронной звезды, сильно разогревается и начинает излучать в рентгене. Близкими родственниками рентгеновских пульсаров являются поляры и промежуточные поляры . Различие между пульсарами и полярами заключается в том, что пульсар - это нейтронная звезда, а поляр - белый карлик. Соответственно, у них ниже магнитные поля и скорость вращения.
Оптические пульсары
В январе 1969 г. район пульсара в Крабовидной туманности был обследован оптическим телескопом с фотоэлектрической аппаратурой, способной регистрировать быстрые колебания блеска. Было отмечено существование оптического объекта с колебаниями блеска, имеющими такой же период, как и радиопульсар в этой туманности. Этим объектом оказалась звездочка 16-й величины в центре туманности. Она имела какой-то неразборчивый спектр без спектральных линий. Исследуя в 1942 г. Крабовидную туманность, В. Бааде указал на нее как на возможный звездный остаток сверхновой, а И.С. Шкловский в более поздние годы предполагал, что она является источником релятивистских частиц и фотонов высокой энергии. Но все это были лишь предположения. И вот звезда оказалась оптическим пульсаром , имеющим одинаковые с радиопульсаром период и интеримпульсы, а физически она должна быть нейтронной звездой, расход энергии которой достаточен для поддержания свечения и всех видов излучений Крабовидной туманности. После открытия оптического пульсара были проведены поиски и в других остатках сверхновых, особенно в тех, где уже найдены радиопульсары. Но только в 1977 г. австралийским астрономам с помощью специальной техники удалось нащупать пульсацию в оптическом диапазоне исключительно слабой звездочки 25-й величины в остатке сверхновой Паруса X. Третий оптический пульсар нашли в 1982 г. в созвездии Лисички по радиоизлучению. Остатка сверхновой не найдено.
Что же собой представляет оптический пульсар? Центральные компоненты спектральных линий SS 433 показывают перемещения с периодом 13 суток и изменения скорости движения от -73 до +73 км/с. Видимо, здесь также присутствует тесная двойная система, состоящая из оптически наблюдаемого горячего сверхгиганта классов О или В и невидимого в оптике рентгеновского компонента. Сверхгигант имеет массу более десяти солнечных, он раздулся до предельных границ собственной зоны тяготения, пополняет своим газом диск, окружающий по экватору вращения рентгеновский компонент. Плоскость диска перпендикулярна оси вращения компактного объекта, каким является рентгеновский компонент, а не лежит в орбитальной плоскости двойной системы. Поэтому диск и обе газовые струи ведут себя как наклонно вращающийся волчок, причем ось их вращения прецессирует (описывает конус), совершая один оборот за 164 суток (это известное явление прецессии вращающихся тел). Рентгеновский компонент, пожирающий газ диска и выбрасывающий струи, может быть нейтронной звездой.
Относятся к числу самых мощных космических источников гамма-излучения. Астрофизики очень хотят выяснить, каким образом эти нейтронные звезды ухитряются так сильно светить в гамма-диапазоне. До запуска телескопа Ферми было известно лишь около десятка гамма-пульсаров, в то время как общее число пульсаров составило примерно 1800. Теперь новая обсерватория стала открывать гамма-пульсары десятками. Ученые надеются, что ее работа дастмножество ценных сведений, которые помогут лучше понять природу гамма-пульсаров и других космическихгенераторов гамма-квантов.
В 2012 г. астрономы обнаружили при помощи орбитального гамма-телескопа "Ферми" быстрейший на сегодня гамма-пульсар в созвездии Центавра, совершающий один оборот за 2,5 миллисекунды и пожирающий при этом останки звезды-компаньона размером с Юпитер. (Га́мма-излуче́ние (гамма-лучи , γ-лучи ) - вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длиной волны - < 5·10 −3 нм и, вследствие этого, ярко выраженными корпускулярными и слабо выраженными волновыми свойствами. На картинке гамма-излучение показано фиолетовым цветом.
Подытожим…
Нейтронные звезды
– удивительные объекты. Их в последнее время наблюдают с особенным интересом, т.к. загадку представляет не только их строение, но и огромная их плотность, сильнейшие магнитные и гравитационные поля. Материя там находится в особом состоянии, напоминающем огромное атомное ядро, и эти условия невозможно воспроизвести в земных лабораториях.
Пульсар - это просто огромный намагниченный волчок, крутящийся вокруг оси, не совпадающей с осью магнита
. Если бы на него ничего не падало и он ничего не испускал, то его радиоизлучение имело бы частоту вращения и мы никогда бы его не услышали на Земле. Но дело в том, что данный волчок имеет колоссальную массу и высокую температуру поверхности, а вращающееся магнитное поле создает огромное по напряженности электрическое поле, способное разгонять протоны и электроны почти до световых скоростей. Причем все эти заряженные частицы, носящиеся вокруг пульсара, зажаты в ловушке из его колоссального магнитного поля. И только в пределах небольшого телесного угла около магнитной оси они могут вырваться на волю (нейтронные звезды обладают самыми сильными магнитными полями во Вселенной, достигающими 1010-1014 гаусс. Сравним: земное поле составляет 1 гаусс, солнечное - 10-50 гаусс). Именно эти потоки заряженных частиц и являются источником того радиоизлучения, по которому и были открыты пульсары, оказавшиеся в дальнейшем нейтронными звездами. Поскольку магнитная ось нейтронной звезды необязательно совпадает с осью ее вращения, то при вращении звезды поток радиоволн распространяется в космосе подобно лучу проблескового маяка - лишь на миг прорезая окружающую мглу.
Эта плотность приближается к плотности вещества внутри атомных ядер:
Столь компактными, сжатыми до такой высокой степени могут быть лишь нейтронные звезды: их плотность действительно близка к ядерной. Этот вывод подтверждается всей пятнадцатилетней историей изучения пульсаров.Но каково происхождение быстрого вращения нейтронных звезд-пульсаров? Оно несомненно вызвано сильным сжатием звезды при ее превращении из «обычной» звезды в нейтронную. Звезды всегда обладают вращением с той или иной скоростью или периодом: Солнце, например, вращается вокруг своей оси с периодом около месяца. Когда звезда сжимается, ее вращение убыстряется. С ней происходит то же, что с танцором на льду: прижимая к себе руки, танцор ускоряет свое вращение. Здесь действует один из основных законов механики -- закон сохранения момента импульса (или момента количества движения). Из него следует, что при изменении размеров вращающегося тела изменяется и скорость его вращения; но остается неизменным произведение
(которое и представляет собой - с точностью до несущественного числового множителя - момент импульса). В этом произведении Q - частота вращения тела, M- его масса, R- размер тела в направлении, перпендикулярном оси вращения, который в случае сферической звезды совпадает. с ее радиусом. При неизменной массе остается постоянным произведение
И, значит, с уменьшением размера тела частота его вращения возрастает по закону:(1.3)
Дальнейшее сжатие до размера нейтронной звезды,
означает уменьшение радиуса в тысячу раз. Соответственно в миллион раз должна возрасти частота вращения и во столько же раз должен уменьшиться его период. Вместо, скажем месяца звезда совершает теперь один оборот вокруг своей оси всего за три секунды. Более быстрое исходное вращение дает и еще более короткие периоды. Сейчас известны не только пульсары, излучающие в радиодиапазоне, - их называют радиопульсарами, но и рентгеновские пульсары, излучающие регулярные импульсы рентгеновских лучей. Они тоже оказались нейтронными звездами; в их физике много такого, что роднит их с барстерами. Но и радиопульсары, и рентгеновские пульсары отличаются от барстеров в одном принципиальном отношении: они обладают очень сильными магнитными полями. Именно магнитные поля - вместе с быстрым вращением - и создают эффект пульсаций, хотя и действуют эти поля по-разному в радиопульсарах и пульсарах рентгеновских.
Мы расскажем сначала о рентгеновских пульсарах, механизм излучения которых более или менее ясен, а затем о радиопульсарах, которые изучены пока в гораздо меньшей степени, хотя они и открыты раньше рентгеновских пульсаров и барстеров.
Рентгеновские пульсары
Рентгеновские пульсары - это тесные двойные системы, в которых одна из звезд является нейтронной, а другая - яркой звездой-гигантом. Известно около двух десятков этих объектов. Первые два рентгеновских пульсара - в созвездии Геркулеса и в созвездий Центавра - открыты в 1972 г. (за три года до обнаружения барстеров) с помощью американского исследовательского спутница «Ухуру»). Пульсар в Геркулесе посылает импульсы с периодом 1,24 с. Это период вращения нейтронной звезды. В системе имеется еще один период - нейтронная звезда и ее компаньон совершают обращение вокруг их общего центра тяжести с периодом 1,7 дня. Орбитальный период был определен в этом случае благодаря тому (случайному) обстоятельству, что «обычная» звезда при своем орбитальном движении регулярно оказывается на луче зрения, соединяющем нас и нейтронную звезду, и потому она заслоняет на время рентгеновский источник. Это возможно, очевидно, тогда, когда плоскость звездных орбит составляет лишь небольшой угол с лучом зрения. Рентгеновское излучение прекращается приблизительно на 6 часов, потом снова появляется, и так каждые 1,7 дня.
(Между прочим, наблюдение рентгеновских затмений для барстеров до
последнего времени не удавалось. И это было странно: если орбиты двойных
систем ориентированы в пространстве хаотически, то нужно ожидать, что из
более чем трех десятков барстеров по крайней мере несколько имеют
плоскости орбитального движения, приблизительно параллельные лучу зрения
(как у пульсара в Геркулесе), чтобы обычная звезда могла периодически
закрывать от нас нейтронную звезду. Только в 1982 г., т. е. через 7 лет после
открытия барстеров, один пример затменного барстера был, наконец,
обнаружен.)Длительные наблюдения позволили установить еще один -
третий - период рентгеновского пульсара в Геркулесе: этот период составляет
35 дней, из которых II дней источник светит, а 24 дня нет. Причина этого
явления остается пока неизвестной. Пульсар в созвездии Центавра имеет
период пульсаций 4,8 с. Период орбитального движения составляет 2,087
дня-он тоже найден по рентгеновским затмениям. Долгопериодических
изменений, подобных 35-дневному периоду пульсара в созвездии Геркулеса у
этого пульсара не находят. Компаньоном нейтронной звезды в двойной системе
этого пульсара является яркая видимая звезда-гигант с массой 10-20 Солнц. В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновских
пульсарах является яркая голубая звезда-гигант. Этим они отличаются от
барстеров, которые содержат слабые звезды-карлики. Но как и в барстерах, в
этих системах возможно перетекание вещества от обычной звезды к
нейтронной звезде, и их излучение тоже возникает благодаря нагреву
поверхности нейтронной звезды потоком аккрецируемого вещества. Это тот же
физический механизм излучения, что и в случае фонового (не вспышечного)
излучения барстера. У некоторых из рентгеновских пульсаров вещество
перетекает к нейтронной звезде в виде струи (как в барстерах). В большинстве
же случаев звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра -
исходящего от ее поверхности во все стороны потока плазмы, ионизированного
газа. (Явление такого рода наблюдается и у Солнца, хотя солнечный ветер и
слабее - Солнце не гигант, а карлик.) Часть плазмы звездного ветра попадает
в окрестности нейтронной звезды, в зону преобладания ее тяготения, где и
захватывается ею.
Однако при приближении к поверхности нейтронной звезды заряженные
частицы плазмы начинают испытывать воздействие еще одного силового поля
магнитного поля нейтронной звезды-пульсара. Магнитное поле способно
Рентгеновские пульсары
Рентгеновские пульсары - это тесные двойные системы, в которых одна из звезд является нейтронной, а другая - яркой звездой-гигантом. Известно около двух десятков этих объектов. Первые два рентгеновских пульсара - в созвездии Геркулеса и в созвездий Центавра - открыты в 1972 г. (за три года до обнаружения барстеров) с помощью американского исследовательского спутница «Ухуру»). Пульсар в Геркулесе посылает импульсы с периодом 1,24 с. Это период вращения нейтронной звезды. В системе имеется еще один период - нейтронная звезда и ее компаньон совершают обращение вокруг их общего центра тяжести с периодом 1,7 дня. Орбитальный период был определен в этом случае благодаря тому (случайному) обстоятельству, что «обычная» звезда при своем орбитальном движении регулярно оказывается на луче зрения, соединяющем нас и нейтронную звезду, и потому она заслоняет на время рентгеновский источник. Это возможно, очевидно, тогда, когда плоскость звездных орбит составляет лишь небольшой угол с лучом зрения. Рентгеновское излучение прекращается приблизительно на 6 часов, потом снова появляется, и так каждые 1,7 дня.
(Между прочим, наблюдение рентгеновских затмений для барстеров до последнего времени не удавалось. И это было странно: если орбиты двойных систем ориентированы в пространстве хаотически, то нужно ожидать, что из более чем трех десятков барстеров по крайней мере несколько имеют плоскости орбитального движения, приблизительно параллельные лучу зрения (как у пульсара в Геркулесе), чтобы обычная звезда могла периодически закрывать от нас нейтронную звезду. Только в 1982 г., т. е. через 7 лет после открытия барстеров, один пример затменного барстера был, наконец, обнаружен.) Длительные наблюдения позволили установить еще один - третий - период рентгеновского пульсара в Геркулесе: этот период составляет 35 дней, из которых 11 дней источник светит, а 24 дня нет. Причина этого явления остается пока неизвестной. Пульсар в созвездии Центавра имеет период пульсаций 4,8 с. Период орбитального движения составляет 2,087 дня - он тоже найден по рентгеновским затмениям. Долгопериодических изменений, подобных 35-дневному периоду пульсара в созвездии Геркулеса у этого пульсара не находят. Компаньоном нейтронной звезды в двойной системе этого пульсара является яркая видимая звезда-гигант с массой 10-20 Солнц. В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновских пульсарах является яркая голубая звезда-гигант. Этим они отличаются от барстеров, которые содержат слабые звезды-карлики. Но как и в барстерах, в этих системах возможно перетекание вещества от обычной звезды к нейтронной звезде, и их излучение тоже возникает благодаря нагреву поверхности нейтронной звезды потоком аккрецируемого вещества.
Это тот же физический механизм излучения, что и в случае фонового (не вспышечного) излучения барстера. У некоторых из рентгеновских пульсаров вещество перетекает к нейтронной звезде в виде струи (как в барстерах). В большинстве же случаев звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра - исходящего от ее поверхности во все стороны потока плазмы, ионизированного газа. (Явление такого рода наблюдается и у Солнца, хотя солнечный ветер и слабее - Солнце не гигант, а карлик.) Часть плазмы звездного ветра попадает в окрестности нейтронной звезды, в зону преобладания ее тяготения, где и захватывается ею.
Однако при приближении к поверхности нейтронной звезды заряженные частицы плазмы начинают испытывать воздействие еще одного силового поля магнитного поля нейтронной звезды-пульсара. Магнитное поле способно перестроить аккреционный поток, сделать его несферически-симметричным, а направленным. Как мы сейчас увидим, из-за этого и возникает эффект пульсаций излучения, эффект маяка. Есть все основания полагать, что нейтронные звезды рентгеновских пульсаров обладают очень сильным магнитным полем, достигающим значений магнитной индукции 10 8 – 10 9 Тл, что в 10 11 – 10 12 Тл раз больше среднего магнитного поля Солнца. Но такие поля естественно получаются в результате сильного сжатия при превращении обычной звезды в нейтронную. Согласно общим соотношениям электродинамики магнитная индукция В поля, силовые линии. которого пронизывают данную массу вещества, усиливается при уменьшении геометрических размеров R этой массы.
Это соотношение следует из закона сохранения магнитного потока. Стоит обратить внимание на то, что магнитная индукция нарастает при сжатии тела точно так же, как и его частота вращения. При уменьшении радиуса звезды от значения, равного, например, радиусу Солнца 10 9 м, до радиуса нейтронной звезды, 10 4 м магнитное поле усиливается на 10 порядков. Магнитное поле с индукцией B=10 -4 Тл сравнимое с полем Солнца, считается более или менее типичным для обычных звезд; у некоторых «магнитных» звезд обнаружены поля в несколько тысяч раз большие, так что вполне можно ожидать, что определенная (и не слишком малая) доля нейтронных звезд действительно должна обладать очень сильным, магнитным полем. К такому заключению пришел советский астрофизик Н. С. Кардашев еще в 1964 г.
По своей структуре, т. е. по геометрии силовых линий, магнитное поле пульсара похоже, как можно ожидать, на магнитное поле Земли или Солнца: у него имеются два полюса, из которых в разные стороны расходятся силовые линии. Такое поле называют дипольным.
Вещество, аккрецируемое нейтронной звездой, - это звездный ветер, оно ионизовано, и поэтому взаимодействует при своем движении с ее магнитным полем. Известно, что движение заряженных частиц поперек силовых линий поля затруднено, а движение вдоль силовых линий происходит беспрепятственно. По этой причине аккрецируемое вещество движется вблизи нейтронной звезды практически по силовым линиям ее магнитного поля. Магнитное поле нейтронной звезды как бы создает воронки у ее магнитных полюсов, и в них направляется аккреционный поток. На такую возможность указали еще в 1970 г. советские астрофизики Г. С. Бисноватый-Коганта. А. М. Фридман. Благодаря этому нагрев поверхности нейтронной звезды оказывается неравномерным: у полюсов температура значительно выше, чем на всей остальной поверхности. Горячие пятна у полюсов имеют, согласно расчетам, площадь около одного квадратного километра; они и создают главным образом излучение звезды - ведь светимость очень чувствительна к температуре - она пропорциональна температуре в четвертой степени.
Как и у Земли, магнитная ось нейтронной звезды наклонена к ее оси вращения. Из-за этого возникает эффект маяка: яркое пятно то видно, то не видно наблюдателю. Излучение быстро вращающейся нейтронной звезды представляется наблюдателю прерывистым, пульсирующим. Этот эффект был предсказан теоретически советским астрофизиком В. Ф. Шварцманом за несколько лет до открытия рентгеновских пульсаров. На самом деле излучение горячего пятна происходит, конечно, непрерывно, но оно не равномерно по направлениям, не изотропно, и рентгеновские лучи от него не направлены все время на нас, их пучок вращается в пространстве вокруг оси вращения нейтронной звезды, пробегая по Земле один раз за период.
От рентгеновских пульсаров никогда не наблюдали вспышек, подобных вспышкам барстеров. С другой стороны, от барстеров никогда не наблюдали регулярных пульсаций. Почему же барстеры не пульсируют, а пульсары не вспыхивают? Все дело, вероятно, в том, что магнитное поле нейтронных звезд в барстерах заметно слабее, чем в пульсарах, и потому оно не влияет сколько-нибудь заметно на динамику аккреции, допуская более или менее равномерный прогрев всей поверхности нейтронной звезды. Ее вращение, которое может быть столь же быстрым, как и у пульсаров, не сказывается на рентгеновском потоке так как этот поток изотропен. С другой стороны, предполагают, что поле магнитной индукцией B=10 -8 Тл способно как то - хотя, правда, и не вполне ясно пока, как именно, - подавлять термоядерные взрывы в приполярных зонах нейтронных звезд. Различие в магнитном поле связано, вероятно, с различием возраста барстеров и пульсаров. О возрасте двойной системы можно судить по обычной звезде-компаньону.
Нейтронные звезды в рентгеновских пульсарах имеют компаньонами яркие звезды-гиганты; в барстерах же компаньонами нейтронных звезд являются слабые по блеску звезды малых масс. Возраст ярких гигантов не превышает нескольких десятков миллионов лет, тогда как возраст слабых звезд-карликов может насчитывать миллиарды лет: первые гораздо быстрее расходуют свое ядерное топливо, чем вторые. Отсюда следует, что барстеры - это старые системы, в которых магнитное поле успело со временем в какой-то степени ослабнуть, а пульсары - это относительно молодые системы и потому магнитные поля в них. сильнее. Может быть, барстеры когда-то в прошлом пульсировали, а, пульсарам еще предстоит вспыхивать в будущем.
Известно, что самые молодые и яркие звезды Галактики находятся в ее диске, вблизи галактической плоскости. Естественно поэтому ожидать, что и рентгеновские пульсары с их яркими звездами-гигантами располагаются преимущественно у галактической плоскости. Их общее распределение по небесной сфере должно отличаться от распределения барстеров, старых объектов, которые - как и все старые звезды Галактики - концентрируются не к ее плоскости, а к галактическому центру. Наблюдения подтверждают эти соображения: рентгеновские пульсары действительно находятся в диске Галактики, в сравнительно узком слое по обе стороны галактической плоскости. Такое же распределение на небе обнаруживают и пульсары, излучающие радиоимпульсы, - радиопульсары.
РЕНТГЕНОВСКИЕ ПУЛЬСАРЫ
- источники переменного периодич. рентг.
, представляющие собой вращающиеся нейтронные звёзды
с
сильным магн. полем, излучающие за счёт аккреции
. Магн. поля на
поверхности Р. п. ~ 10 11 -10 14 Гс. Светимости
большинства Р. п. от 10 35 до 10 39 эрг/с. Периоды
следования импульсов Р
от 0,07 с до неск. тыс. секунд. Р. п. входят
в тесные двойные звёздные системы (см. Тесные двойные звёзды
),вторым
компонентом к-рых является нормальная (невырожденная) звезда, поставляющая
вещество, необходимое для аккреции и нормального функционирования Р. п.
Если второй компонент находится на стадии эволюции, когда скорость потери
массы мала, нейтронная звезда не проявляет себя как Р. п. Рентг. пульсары
встречаются как в массивных молодых двойных звёздных системах, относящихся
к населению I Галактики
и лежащих в её плоскости, так и в маломассивных
двойных системах, относящихся к населению II Галактики и принадлежащих
к её сферич. составляющей. Р. п. открыты также в Магеллановых Облаках.
Всего открыто ок. 30 Р. п.
Рис. 1. Запись излучения рентгеновского пульсара Кентавр Х-3, полученная
со спутника «Ухуру» 7 мая 1971. По вертикальной оси - число отсчётов за
временной интервал 1 бин = 0,096 с, по горизонтальной - время в бинах.
Регистрируемый поток максимален, когда источник находится в центре поля
зрения счётчика, ограниченного коллиматором. Из-за вращения спутника регистрируемый
средний поток сначала нарастает, а затем спадает. На эту простую зависимость
от времени наложены периодические пульсации, связанные с собственной переменностью
источника
.
Рис. 2. Долгопериодическая переменность рентгеновского излучения источника Кентавр- Х-3 (нижний график, N - число отсчётов, с -t). Видны характерные рентгеновские затмения. На верхнем графике приведены изменения периода Р, доказывающие движение пульсара вокруг центра масс двойной системы (А 1,387-10 -3) .
На нач. этапе исследований рентг. объектам присваивались наименования по созвездиям, в к-рых они находятся. Напр., Геркулес Х-1 означает первый по рентг. яркости объект в созвездии Геркулеса, Кентавр Х-3 - третий по яркости в созвездии Кентавра. Р. п. в Малом Магеллановом Облаке обозначается как SMC Х-1, в Большом Магеллановом Облаке - LMC Х-4 [часто встречающаяся в обозначениях рентг. источников буква X - от англ. X-rays (рентг. лучи)]. Обнаружение со спутников большого числа рентг. источников потребовало др. системы обозначений. Напр., 4U 1900-40 соответствует обозначению Р. п. Паруса Х-1 в четвёртом каталоге спутника «Ухуру» (США). Первые четыре цифры обозначают прямое восхождение (19 ч 00 мин), вторые две вместе со знаком дают склонение объекта (см. Координаты астрономические ).Аналогичный смысл имеют цифры в обозначении источников, открытых спутником «Ариэль» (Великобритания), напр. А0535 + 26. Обозначения типа GX1+4 относятся к источникам в центр. области Галактики. Цифры соответствуют галактич. координатам l и b (в данном случае l = 1°, b = +4°). Употребляются и др. обозначения. Так, открытый с борта советских АМС «Венера-11, -12» в эксперименте «Конус» вспыхивающий Р. п. с периодом около 8 секунд получил наименование FXP0520-66.
Переменность излучения рентгеновских пульсаров. Короткопериодич. переменность рентг. излучения Р. п. иллюстрирует рис. 1, на к-ром приведена запись излучения одного из первых открытых Р. п.- Кентавра Х-3 (май 1971, спутник «Ухуру»). Период следования импульсов Р = 4,8 с.
На рис. 2 показана долгопериодич. переменность Р. п. Кентавр Х-3. Раз
в двое суток Р. п. периодически «исчезает» (затмевается) на 11 ч (ниж.
график). Тщательные исследования показали также, что Р
зависит от
фазы двухдневного периода Т
= 2,087 сут по гармонич.
закону (верх. график): где
- изменение Р, Р 0
- невозмущённое значение Р, А
- амплитуда относит. изменения Р, t 0
соответствует
одному из моментов, когда отклонение периода максимально. Эти два факта
интерпретируются однозначно: Р. п. входит в двойную систему с орбитальным
периодом, равным Т
. «Исчезновения» объясняются затмениями Р. п.
вторым компонентом двойной системы. По продолжительности затмения можно
сделать вывод о том, что второй (затмевающий) компонент заполняет свою
полость Роша
.Периодич. изменения Р
обусловлены эффектом
Доплера при орбитальном движении Р. п. вокруг центра масс двойной системы.
Амплитуда изменения периода
,
где i
- угол наклонения орбиты двойной системы (в этой системе близок
к 90°), v
- скорость орбитального движения Р. п.; v
sin i
= 416 км/с, эксцентриситет орбиты мал. Рентг. затмения обнаружены далеко
не во всех двойных системах с Р. п. (для наблюдения затмений необходимо,
чтобы луч зрения был близок к плоскости орбиты двойной системы), а периодич.
изменения Р
- в большинстве двойных систем с Р. п.
Рис. 3. Упрощённая картина аккреции на замагниченную нейтронную звезду в двойной системе. Газ поступает к звезде как в геометрически тонком диске, так и сферически-симметричным образом. Реальная магнитосфера имеет более сложную форму, чем это изображено на рис. а ( и М - угловая скорость вращения и магнитный момент нейтронной звезды). Условия вмораживания плазмы в магнитосферу благоприятны не на всей её поверхности. Вмороженная плазма течёт вдоль магнитных силовых линий к магнитным полюсам (стрелки). Вблизи полюсов аккреционный канал представляет собой незамкнутый венец (б) .
После открытия Р. п. в его окрестности обычно быстро находят переменную оптич. звезду (второй компонент двойной системы), блеск к-рой меняется с периодом, равным орбитальному или в два раза меньшим (см. ниже). Кроме того, спектральные линии оптич. компонента испытывают доплеровский сдвиг, периодически изменяющийся с орбитальным периодом двойной системы. Оптич. переменность двойных систем с Р. п. обусловлена двумя эффектами. Первый эффект (эффект отражения) наблюдается в системах, в к-рых светимость оптич. звезды меньше светимости Р. п. Сторона звезды, обращённая к Р. п., прогревается его рентг. излучением и в оптич. лучах оказывается ярче, чем противоположная сторона. Вращение двойной системы приводит к тому, что наблюдается то более яркая, то менее яркая сторона звезды. Такой эффект наиб. отчётливо проявляется в системе, включающей Р. п. Геркулес Х-1 и звезду HZ Геркулеса. На единицу поверхности этой звезды, обращённой к рентг. источнику, падает в тридцать раз больше энергии в виде рентг. излучения, чем поступает из недр звезды. В результате амплитуда оптич. переменности превышает 2 т в фильтре В (см. Астрофотометрия ).Часть рентг. излучения отражается атмосферой звезды, но осн. доля поглощается ею и перерабатывается в оптич. излучение, к-рое слабо пульсирует с периодом Р . Часть энергии уходит на эфф. нагревание вещества на поверхности, сопровождающееся формированием т. н. индуциров. звёздного ветра . Второй эффект, называемый эффектом эллипсоидальности, связан с тем, что форма звезды, заполняющей полость Роша, заметно отличается от сферической. В результате два раза за орбитальный период к наблюдателю обращена б. ч. поверхности и два раза - меньшая. Такая переменность с периодом, вдвое меньшим орбитального периода, наблюдается в двойных системах, где светимость оптич. компонента намного превышает рентг. светимость Р. п. В частности, именно благодаря такой переменности был открыт нормальный компонент источника Кентавр Х-3.
Аккреция на нейтронную звезду с сильным магнитным полем. В тесных двойных звёздных системах возможны два осн. типа аккреции: дисковая и сферически-симметричная. Если перетекание вещества идёт преим. через внутр. точку Лагранжа (см. в ст. Полость Роша ),то перетекающее вещество обладает значит. уд. моментом кол-ва движения и вокруг нейтронной звезды образуется аккреционный диск. Если нормальная звезда теряет вещество посредством звёздного ветра, то возможны формирование ударной волны и близкая к сферически-симметричной аккреция за ней.
Рис. 4. Профили импульсов ряда рентгеновских пульсаров. Приведены
интервалы энергий, для которых получены данные, и периоды Р
.
Рис. 5. Зависимость профиля импульсов от энергии для двух рентгеновских
пульсаров
.
Рис. 6. Спектры ряда рентгеновских пульсаров. Заметна рентгеновская линия железа с hv 6,5- 7 кэВ .
Свободное падение (при сферически-симметричной аккреции) возможно лишь
на больших расстояниях R
от звезды. На расстоянии Л м
~ 100-1000 км (радиус магнитосферы) давление магн. поля нейтронной звезды
сравнивается с давлением аккрецирующего потока вещества
( -
вещества) и останавливает его. В зоне R < R M
формируется
замкнутая магнитосфера нейтронной звезды (рис. 3, а), вблизи R M
возникает , в к-рой плазма охлаждается излучением Р. п. за
счёт комптоновского рассеяния. Благодаря неустойчивости Рэлея- Тейлора
становится возможным проникновение капель плазмы внутрь магнитосферы, где
происходит их дальнейшее дробление и вмораживание в магн. поле. Магн. поле
канализирует поток аккрецирующей плазмы и направляет её в область магн.
полюсов (рис. 3, б)
. Зона, на к-рую выпадает вещество, по-видимому,
не превышает по площади 1 км 2 . На поверхности нейтронной звезды
гравитац. энергия связи на единицу массы
. Поток выпадающего на звезду вещества, необходимый для поддержания светимости
L x ~ 10 35 -10 39 эрг/с, равен
в год. На 1 см 2 поверхности выпадает более тонны вещества в
секунду. Скорость свободного падения составляет 0,4 с
.
В Р. п. со светимостью L x < 10 36 эрг/с падающие протоны и электроны тормозятся в атмосфере (образованной веществом, выпавшим на нейтронную звезду за ничтожные доли секунды до этого) за счёт ядерных и кулоновских столкновений. Выделяющаяся энергия излучается слоем, к-рого ок. 10-20 г/см 2 , а толщина - неск. метров. Существует предположение, что может возникнуть тонкая (неск. см) бесстолкновительная ударная волна, в к-рой выделяется вся кинетич. энергия аккрецирующего потока.
Рис. 7. Зависимость периода Р (в с) от времени для ряда рентгеновских пульсаров .
В Р.п. со светимостью, близкой к 5*10 36 эрг/с, колоссальное энерговыделение в зоне магн. полюсов приводит к тому, что сила давления излучения (см. Давление света )на падающие электроны способна остановить поток аккрецирующего вещества. Вблизи поверхности нейтронной звезды (на высоте меньше 1 м) может сформироваться радиац--доминиров. ударная волна. В такой ударной волне давление излучения намного превышает давление плазмы. Падающие на звезду электроны тормозятся силой давления излучения, обусловленной томсоновским рассеянием излучения, идущего снизу. Одновременно останавливаются связанные с электронами электростатич. силами протоны, несущие осн. кинетич. энергию. Эта энергия расходуется на увеличение энергии фотонов вследствие их многократных рассеяний на высокоскоростных электронах (комптонизации). Часть «жёстких» фотонов уходит к наблюдателю, а часть попадает в плотные слои атмосферы (нейтронной звезды), нагревая её. В этих слоях вследствие рождаются многочисл. «мягкие» фотоны, к-рые, испытывая томсоновское рассеяние на падающих электронах, тормозят падающее вещество.
Если светимость Р. п. превышает 10 37 эрг/с, то над поверхностью
нейтронной звезды в районе магн. полюсов формируется аккреционная колонка.
Радиац. доминиров. ударная волна возникает на большой высоте над поверхностью
нейтронной звезды (сотни метров и даже километров). В ней происходит торможение
потока. Под ударной волной осуществляется режим оседания. Излучение уходит
через боковую поверхность колонки, вещество же в ней медленно оседает,
выделяя гравитац. энергию, превращающуюся в тепло и излучение. Силам гравитации
противодействует градиент давления излучения, запертого в радиац--доминиров.
колонке. Колонка может обеспечить светимость, намного превышающую критическую
светимость
, т. к. с боков она удерживается магн. полем, а не силами
гравитации. Более того, если магн. поле нейтронной звезды превышает 10 13
Гс, то в основании колонки темп-pa плазмы и излучения достигает 10 10
К. При таких темп-pax происходят процессы рождения и электрон-позитронных
пар. Нейтрино, образующиеся в реакции
, уносят осн. долю светимости. Рентг. светимость (превышающая критическую)
составляет малую долю нейтринной светимости
, причём светимости SMC Х-1 и LMC Х-4 ~ 10 м эрг/с, т. е. намного
превышают критическую. Эти объекты имеют, по-видимому, и значит. нейтринную
светимость. Излучаемые нейтрино прогревают недра нейтронной звезды и, поглощаясь
в недрах нормального компонента двойной системы, дают малый вклад в его
оптич. светимость. Поток аккрецирующего вещества в таких объектах может
достигать (10 - 6
-10 - 5
)
в год. В этом случае возможна ситуация, когда за 10 6 -10 5
лет «работы» Р. п. на нейтронную звезду выпадает ок. 1
вещества, будет превышен предел устойчивости для нейтронных звёзд, произойдёт
гравитационный коллапс
,сопровождаемый взрывом сверхновой звезды
редко встречающегося типа и образованием чёрной дыры
. Это может
произойти лишь при дисковой аккреции, когда давление излучения не препятствует
аккреции на больших расстояниях от тяготеющего центра.
Формирование профилей импульсов и спектры излучения рентгеновских пульсаров. Выделение энергии в огранич. зоне вблизи полюсов нейтронной звезды в совокупности с её вращением приводит к феномену пульсара: наблюдатель видит излучающую зону под разными углами и принимает переменный во времени поток рентг. излучения. Период Р равен периоду вращения нейтронной звезды. Наличие сильного магн. поля может приводить к направленности излучения. В зависимости от соотношения между энергией фотонов hv , напряжённостью магн. поля H и темп-рой плазмы Т е могут формироваться как «карандашная», так и «ножевая» диаграммы направленности. Важнейший параметр - гирочастота ( частота) электрона . Степень направленности является ф-цией отношений. Диаграмма направленности определяет форму профиля импульсов Р. п. Профили импульсов ряда Р. п. приведены на рис. 4. Вид профилей у многих Р. п. изменяется с увеличением энергии фотонов (рис. 5).
Спектр излучения нейтронной звезды должен быть многокомпонентным. Излучают ударная волна, аккреционная колонка, поверхность нейтронной звезды вблизи основания колонки, плазма, текущая по магнитосфере к полюсам нейтронной звезды. Эта плазма поглощает жёсткое излучение колонки и переизлучает его в «мягком» рентг. диапазоне как в континууме (непрерывном спектре), так и в рентг. линиях (характеристических и резонансных) ионов тяжёлых элементов. Спектры (рис. 6) решающим образом зависят от светимости Р. п. и напряжённости магн. поля, поэтому они сильно отличаются друг от друга.
Если потоки плазмы на магнитосфере Р. п. высокой светимости не покрывают всю её поверхность, то образуются «окна», в к-рые свободно выходит «жёсткое» излучение, в то время как др. направления для него закрыты из-за большой оптич. толщи потоков плазмы. Вращение нейтронной звезды должно приводить к пульсациям излучения. Это ещё один механизм формирования профиля рентг. импульсов.
Важнейшим этапом в изучении Р. п. явилось открытие гиролинии [спектральной линии, обусловленной циклотронным излучением (либо поглощением) электронов] в спектре Р. п. Геркулес Х-1. Открытие гиролинии дало метод прямого эксперим. определения магн. полей нейтронных звёзд. Гиролиния в спектре Р. п. Геркулес Х-1 соответствует hv H = 56 кэВ. Согласно соотношению hv H = 1,1 (H /10 11 Гс) кэВ, напряжённость магн. поля на поверхности этой нейтронной звезды 5*10 12 Гс.
Ускорение и замедление вращения нейтронных звёзд. В отличие от радиопульсаров (нек-рые из них, в частности пульсары в Крабе и Парусах, излучают в рентг. диапазоне), излучающих за счёт энергии вращения замагниченной нейтронной звезды и увеличивающих свой период со временем, Р. п., излучающие за счёт аккреции, ускоряют своё вращение. Действительно при дисковой аккреции вещество, выпадающее на магнитосферу, имеет заметный уд. момент кол-ва движения. Вмораживаясь в магн. поле, аккрецирующая плазма движется к поверхности звезды и передаёт ей свой момент кол-ва движения. В результате вращение звезды ускоряется и период следования импульсов уменьшается. Этот эффект характерен для всех Р. п. (рис. 7). Однако иногда наблюдается и замедление вращения. Это возможно в случае, если изменяется темп аккреции либо направление момента кол-ва движения аккрецирующего вещества. Среди механизмов, приводящих к увеличению периода, обсуждается т. н. пропеллерный механизм. Предполагается, что асимметричная атмосфера нейтронной звезды вращается в атмосфере, созданной аккрецирующим со звуковой скоростью газом, при этом генерируются звуковые или ударные волны, возбуждаются конвективные течения, отводящие момент количества движения от магнитосферы к звёздному ветру, обтекающему нейтронную звезду. Р. А. Сюняев .
Загрузка...
