Вселенная полна загадочных объектов, которые просто завораживают астрономов. Среди них черные дыры, квазары, сверхскопления галактик, пульсары, магнетары и нейтронные звезды. Многие люди вообще не представляют, о чем идет речь, хотя в СМИ часто звучат эти термины. Чтобы понять, что такое пульсары и магнетары, надо сначала углубиться в механику нейтронных звезд.
Что такое нейтронные звезды?
Во вселенной существует множество звезд разных типов - от небольших и тусклых красных карликов до массивных и светящихся сверхгигантов. Это может показаться нелогичным, но обычно чем меньше звезда, тем она стабильнее и тем больше продолжительность ее космической жизни.
Дело в том, что малая звезда сжигает содержащийся в ней водород гораздо медленнее, чем ее сверхгигантские аналоги. Таким образом, чем массивнее звезды, тем быстрее они расходуют свое газообразное топливо. По окончании своей космической жизни массивные звезды - масса которых составляет от четырех до восьми масс Солнца – взрываются, теряя внешние слои газа, и превращаются в сверхновые.
Некоторые звезды настолько массивны – от 20 до 100 раз больше Солнца – что коллапс продолжается до тех пор, пока ядро не превратится в бесконечно плотную точку, образуя черную дыру звездной массы. Те, что поменьше, оставляют после себя так называемую нейтронные звезды.
Нейтронные звезды - это одни из самых компактных объектов во Вселенной. Они чрезвычайно малы, с диаметром всего около 20 км. Кроме того, они настолько плотные, что их масса такая же как у Солнца и даже больше.
По данным НАСА, «один сахарный кубик из материала нейтронной звезды будет весить на Земле около одного миллиарда тонн».
Но как эта некогда массивная звезда стала таким плотным объектом? Этот процесс довольно сложный, но чрезвычайно интересный. Вещество, из которого состоят звезды, содержит как электроны, так и протоны. Но когда у звезды заканчивается топливо и начинается ее коллапс, большинство атомов сжимаются и превращаются в нейтроны.
Все элементы, которые когда-то составляли ядро звезды, становятся нейтронами. На протяжении всего процесса нейтроны выделяют огромное количество субатомных частиц, нейтрино. По оценкам, одна сверхновая звезда излучает в 10 раз больше нейтрино, чем Солнце частиц, протонов, нейтронов и электронов.
Нейтроны способны предотвратить полное разрушение ядра звезды, масса которой превышает солнечную в 1,44 раза, и образование черной дыры благодаря явлению, известному как давление вырождения нейтронов.
Когда звезда сжимается, нейтроны переходят на более высокие энергетические уровни, и при этом создается избыточное давление, предотвращающее дальнейший гравитационный коллапс, что приводит к образованию нейтронной звезды.
Если нашу Землю сжать до размеров нейтронной звезды, она была бы размером с баскетбольный мяч.
Нейтронные звезды трудно обнаружить, потому что они очень малы и не излучают большого количества энергии. Однако иногда они испускают пульсирующие рентгеновские лучи или электромагнитное излучение, которые можно обнаружить.
Что такое пульсары?
Пульсары – это нейтронные звезды, но не все нейтронные звезды - пульсары. Некоторые нейтронные звезды расположены таким образом относительно Земли, что мы можем наблюдать их оси вращения. Они излучают большое количество радиоволн и другие виды электромагнитных излучений через равные промежутки времени. Поэтому то их и назвали пульсарами.
Пульсары вращаются с огромными скоростями. Они похожи на мерцающие звезды, но «мигают» предсказуемым, ритмичным образом. На самом деле они вообще не «мигают» - нам просто это кажется из-за того, что они очень быстро вращаются.
Отличительной особенностью пульсаров является то, что у них очень сильные магнитные поля, которые направляют струи частиц вдоль обоих магнитных полюсов. Эти ускоренные частицы испускают мощные лучи света. Подобно маяку, их свет появляется и исчезает из поля зрения наблюдателей на Земле, у которых создается впечатление, что этот крошечный объект, размером с Манхэттен, мерцает и гаснет, как свеча на ветру.
Пульсары и нейтронные звезды обладают мощными магнитными полями, которые могут быть в миллионы миллиардов раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности Земли.
Специалисты НАСА отмечают, что гравитационное притяжение там настолько велико, что «небольшой легкий предмет, упавший на поверхность звезды, ударил бы с силой тысячи водородных бомб».
Примерно каждая десятая нейтронная звезда становится пугающим небесным объектом, магнетаром.
Что такое магнетары?
Хотя магнетары встречаются крайне редко, они являются одними из самых мощных магнитных объектов во Вселенной.
Согласно данным НАСА, «магнетары имеют магнитные поля в тысячу раз сильнее, чем у обычных нейтронных звезд, которые измеряются миллионами миллиардов Гауссов. Для сравнения, магнитное поле Солнца составляет всего около 5 Гауссов».
Нейтронные звезды и пульсары обычно мощнее, если они принадлежат двойным звездным системам. Одна из теорий формирования магнетаров основана на взаимодействии двух очень массивных звезд, вращающихся вокруг друг друга в компактной двойной системе.
Кроме того, они могут образоваться, когда нейтронная звезда откачивает газообразные вещества из «живой» звезды. В этом смысле магнетары похожи на нейтронные звезды-вампиры. Одни воруют материал у своих компаньонов, чтобы стать сильнее, другие функционируют по-другому. Но самый простой из них может легко повредить все кредитные карты на планете с расстояния менее половины дистанции от Земли до Луны.
Любопытно, что некоторые магнетары получают свою магнитную энергию в результате явления, которое можно сравнить с землетрясением – сотрясения коры, которое происходит, когда кора магнетара нагревается под воздействием гравитационных напряжений и экстремальных магнитных полей до такой степени, что начинает излучать огромное количество энергии, называемое гамма-всплеском.
Один из самых мощных за все время гамма-всплесков, получивший название SGR 1806-20, пришел к нам с другой части галактики в 2004 году. Он ионизировал верхние слои атмосферы Земли и выделил за 0,2 секунды больше энергии, чем наше Солнце за более чем 250 000 лет. Если бы магнетар был ближе, это могло бы закончиться гибелью всего живого на планете.
Каждый из этих объектов по-своему уникален и удивителен. И ученым еще предстоит узнать о них много нового и интересного.
И наш канал будет держать вас в курсе - подписывайтесь и ставьте лайки.