Магнетар

Масса нейтронной звезды

Массы большинства нейтронных звёзд составляют 1,3—1,5 массы Солнца. Это близко к значению предела Чандрасекара. Теоретически допускается существование нейтронных звёзд с массами от 0,1 до примерно 2,5 солнечных масс. Однако значение верхнего предела массы в настоящее время достоверно неизвестно. Самые массивные нейтронные звёзды из известных — Vela X-1 (имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс на уровне 1σ, что соответствует уровню значимости α≈34 %), PSR J1614-2230ruen (с оценкой массы 1,97±0,04 солнечных), и PSR J0348+0432ruen (с оценкой массы 2,01±0,04 солнечных).

Гравитация в нейтронных звёздах уравновешивается давлением вырожденного нейтронного газа. Максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера-Волкова. Численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды. Существуют теоретические предпосылки к тому, что при ещё большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые.

Самая магнитная звезда

Анализ излучения звезды показал, что некоторые спектральные линии аномального компонента HD 45166 сильно расщеплены из-за эффекта Зеемана. В качестве грубой аналогии можно представить, что призма разлагает свет, но вместо «радуги» из-за необычного источника света наблюдатель видит дискретные полоски. Под действием магнитного поля эти полоски могут расщепиться на множество мелких и тонких, что и называют эффектом Зеемана.

В результате ученым удалось узнать, что аномальный компонент HD 45166 обладает магнитным полем в 4,3 Тл. Это не очень много по меркам сверхпроводящих магнитов (в Большом адронном коллайдере стоят на 8,7 Тл), но абсолютный рекорд для «обычных» звезд (не нейтронных). Кроме того, созданные человеком магниты малы, а магнитное поле звезды обладает высокой индуктивностью по всей ее площади. Также удалось уточнить, что температура этой звезды на 15 тыс. кельвинов меньше, чем считалось, и равна примерно 56 тыс. кельвинов, а масса равна двум солнечным.

Что такое звезды – магнетары

Впервые магнетар – “магнитная звезда”, была обнаружена в 1998 году и буквально “поставила на уши” астрономов со всего мира. Само существование магнетаров, иначе говоря – сверхмощных нейтронных звезд, было предположено в 1992 году, однако природа этих космических объектов была столь странной, что до первой встречи с “настоящим” магнетаром, не все ученые верили в их существование.

Чем таким особенным отличаются магнетары? Тем, что своим существованием  они буквально бросают вызов наиболее известным гипотезам о происхождении черных дыр. Дело в том, что обнаружения магнетаров, считалось, что происхождение такого явления как черная дыра вполне понятно: некая звезда “умирает”, взрывается и превращается в сверхновую, а затем сжимается в сверхплотную “точку”, которая (если звезда была не слишком велика) так и остается в этой форме, или (если звезда была очень велика), “проваливается сама в себя” под действием собственной сверхмощной гравитации и создает черную дыру.

Как выглядел бы магнетар, если бы мы могли наблюдать его визуально

Но сила гравитации обнаруженных к настоящему времени магнетаров столь чудовищна, что, следуя обычной логике, на их месте должна была образоваться черная дыра, а никакая не нейтронная звезда, пусть даже и очень мощная!

Какова сила гравитации у этих странных объектов? Представьте себе – всего лишь горошина его материи весила бы более 100 миллионов тонн. Иными словами – при реальном размере этих объектов в 20-30 км (ничто по сравнению даже с нашей планетой), в этот крохотный объем “упаковано” примерно столько же материи, сколько находится в нескольких звездах размером с наше Солнце!

Затрудняет исследование магнетаров, с одной стороны, их удаленность от нашей планеты, а с другой, их сравнительно малое число – к примеру, на данный момент к магнетарам относят всего около 20 космических объектов.  Связано это скорее всего с тем, что жизненный цикл магнетара достаточно короток и сильное магнитное поле таких звезд исчезает по прошествии примерно 10 тыс. лет, после чего их активность и излучение рентгеновских лучей прекращается. Согласно одному из предположений, в нашей Галактике за всё время её существования могло сформироваться до 30 000 000 магнетаров.

Впрочем, как минимум одно правдоподобное объяснение природе происхождения магнетаров, наука уже дала.

Строение и состав

Схема строения магнетара

Магнетар – тип нейтронной звезды, которая имеет чрезвычайно высокую плотность. Как правило, все нейтронные звезды покрыты относительно тонкой корой, состоящей в основном из электронов и тяжелых атомных ядер. Внутри нейтронной звезды находится жидкая плазма, которая в основном состоит из нейтронов. Считается, что именно чрезвычайно сильная внутренняя плотность магнетара служит причиной его высокого магнитного излучения.

А Вы смотрели: Звезда Поллукс или бета Близнецов

Магнетары – это звезды, которые очень быстро вращаются вокруг своей оси. Скорость вращения этих звезд колеблется в пределах от нескольких раз до тысяч оборотов в секунду. Большинство магнетаров имеет относительно небольшие размеры. Как правило, диаметр большинства из них достигает всего 20-30 километров. Хотя, конечно же, существуют сверхмассивные магнетары, которые обладают гораздо большими габаритами.

Что касается массы, то здесь не все так просто. Из-за своей высокой плотности, магнетар диаметром в 30 километров будет значительно тяжелее нашего Солнца. Что касается сверхкрупных магнетаров, то их вес может превышать вес Солнца в несколько десятков раз, а то и более.

Беспокойное соседство

Знаменитая космическая обсерватория «Чандра» обнаружила сотни объектов (в том числе и в других галактиках), свидетельствующих о том, что не всем нейтронным звездам предназначено вести жизнь в одиночестве. Такие объекты рождаются в двойных системах, которые пережили взрыв сверхновой, создавший нейтронную звезду. А иногда случается, что одиночные нейтронные звезды в плотных звездных областях типа шаровых скоплений захватывают себе компаньона. В таком случае нейтронная звезда будет «красть» вещество у своей соседки. И в зависимости от того, насколько массивная звезда составит ей компанию, эта «кража» будет вызывать разные последствия. Газ, текущий с компаньона, массой, меньшей, чем у нашего Солнца, на такую «крошку», как нейтронная звезда, не сможет сразу упасть из-за слишком большого собственного углового момента, поэтому он создает вокруг нее так называемый аккреционный диск из «украденной» материи. Трение при накручивании на нейтронную звезду и сжатие в гравитационном поле разогревает газ до миллионов градусов, и он начинает испускать рентгеновское излучение. Другое интересное явление, связанное с нейтронными звездами, имеющими маломассивного компаньона, рентгеновские вспышки (барстеры). Они обычно длятся от нескольких секунд до нескольких минут и в максимуме дают звезде светимость, почти в 100 тысяч раз превышающую светимость Солнца.

Эти вспышки объясняют тем, что, когда водород и гелий переносятся на нейтронную звезду с компаньона, они образуют плотный слой. Постепенно этот слой становится настолько плотным и горячим, что начинается реакция термоядерного синтеза и выделяется огромное количество энергии. По мощности это эквивалентно взрыву всего ядерного арсенала землян на каждом квадратном сантиметре поверхности нейтронной звезды в течение минуты. Совсем другая картина наблюдается, если нейтронная звезда имеет массивного компаньона. Звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра (исходящего от ее поверхности потока ионизированного газа), и огромная гравитация нейтронной звезды захватывает часть этого вещества себе. Но здесь вступает в свои права магнитное поле, которое заставляет падающее вещество течь по силовым линиям к магнитным полюсам.

Это означает, что рентгеновское излучение прежде всего генерируется в горячих точках на полюсах, и если магнитная ось и ось вращения звезды не совпадают, то яркость звезды оказывается переменной это тоже пульсар, но только рентгеновский. 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, поскольку первые гораздо быстрее расходуют свое ядерное топливо, чем вторые. Отсюда следует, что барстеры это старые системы, в которых магнитное поле успело со временем ослабеть, а пульсары относительно молодые, и потому магнитные поля в них сильнее. Может быть, барстеры когда-то в прошлом пульсировали, а пульсарам еще предстоит вспыхивать в будущем.

С двойными системами связывают и пульсары с самыми короткими периодами (менее 30 миллисекунд) так называемые миллисекундные пульсары. Несмотря на их быстрое вращение, они оказываются не молодыми, как следовало бы ожидать, а самыми старыми.

Возникают они из двойных систем, где старая, медленно вращающаяся нейтронная звезда начинает поглощать материю со своего, тоже уже состарившегося компаньона (обычно красного гиганта). Падая на поверхность нейтронной звезды, материя передает ей вращательную энергию, заставляя крутиться все быстрее. Происходит это до тех пор, пока компаньон нейтронной звезды, почти освобожденный от лишней массы, не станет белым карликом, а пульсар не оживет и не начнет вращаться со скоростью сотни оборотов в секунду. Впрочем, недавно астрономы обнаружили весьма необычную систему, где компаньоном миллисекундного пульсара является не белый карлик, а гигантская раздутая красная звезда. Ученые полагают, что они наблюдают эту двойную систему как раз в стадии «освобождения» красной звезды от лишнего веса и превращения в белого карлика. Если эта гипотеза неверна, тогда звезда-компаньон может быть обычной звездой из шарового скопления, случайно захваченной пульсаром. Почти все нейтронные звезды, которые известны в настоящее время, найдены или в рентгеновских двойных системах, или как одиночные пульсары.

Известные магнитары

SGR 1806-20световых лет

. По состоянию на март 2016 года известно 23 магнетара, и еще шесть кандидатов ожидают подтверждения. Полный список приведен в онлайн-каталоге McGill SGR / AXP. Примеры известных магнитаров включают:

• SGR 0525-66 в Большом Магеллановом Облаке, расположенном примерно в 163000 световых лет от Земли, первый обнаруженный (в 1979 году)
• SGR 1806 -20, расположенный на расстоянии 50 000 световых лет от Земли на дальней стороне Млечного Пути в созвездии Стрельца.
• SGR 1900 + 14, расположенном на расстоянии 20 000 световых лет в созвездии Акила. После длительного периода низких выбросов (значительные всплески только в 1979 и 1993 годах) он стал активным в мае – августе 1998 года, и всплеск, обнаруженный 27 августа 1998 года, имел достаточную мощность, чтобы заставить NEAR Shoemaker закрыться. вниз, чтобы предотвратить повреждение и пропитать инструменты на BeppoSAX, WIND и RXTE. 29 мая 2008 г. космический телескоп НАСА Спитцер обнаружил материальное кольцо вокруг этого магнетара. Считается, что это кольцо образовалось в результате взрыва 1998 года.
• SGR 0501 + 4516 было обнаружено 22 августа 2008 года.
• 1E 1048.1−5937, расположенное на расстоянии 9000 световых лет в созвездии Карина. Первоначальная звезда, из которой образовался магнетар, имела массу в 30-40 раз больше, чем Солнце.
• . По состоянию на сентябрь 2008 года ESO сообщает об идентификации объекта, который изначально был идентифицирован как магнитар, SWIFT J195509 + 261406, первоначально идентифицированный гамма-всплеском (GRB 070610).
• CXO J164710.2-455216, расположенный в массивном галактическом скоплении Westerlund 1, который образована из звезды с массой, превышающей 40 солнечных масс.
• SWIFT J1822.3 Звезда-1606 открыта 14 июля 2011 года итальянскими и испанскими исследователями из CSIC в Мадриде и Каталонии. Этот магнетар, вопреки предсказаниям, имеет низкое внешнее магнитное поле, и ему может быть всего полмиллиона лет.
• 3XMM J185246.6 + 003317 Обнаружен международной группой астрономов на основе данных XMM- ЕКА. Телескоп Newton X-ray .
• SGR 1935 + 2154 испустил пару световых радиовсплесков 28 апреля 2020 года. Было предположение, что это могут быть галактические примеры быстрые радиовсплески.
• , рентгеновская вспышка, обнаруженная в марте 2020 года, является одним из пяти известных магнитаров, которые также являются радиопульсарами. Ему может быть всего 240 лет.

Магнитар — SGR J1745-2900
Магнитар, обнаруженный очень близко к сверхмассивной черной дыре, Стрелец A *, на центр Млечного Пути галактики

Судороги гигантов

Пульсары считаются одной из ранних стадий жизни нейтронной звезды. Благодаря их излучению ученые узнали и о магнитных полях, и о скорости вращения, и о дальнейшей судьбе нейтронных звезд. Постоянно наблюдая за поведением пульсара, можно точно установит: сколько энергии он теряет, насколько замедляется, и даже то, когда он прекратит своё существование, замедлившись настолько, что не сможет излучать мощные радиоволны. Эти исследования подтвердили многие теоретические предсказания относительно нейтронных звезд.

Уже к 1968 году были обнаружены пульсары с периодом вращения от 0,033 секунды до 2 секунд. Периодичность импульсов радиопульсара выдерживается с удивительной точностью, и поначалу стабильность этих сигналов была выше земных атомных часов. И все же по мере прогресса в области измерения времени для многих пульсаров удалось зарегистрировать регулярные изменения их периодов. Конечно, это исключительно малые изменения, и только за миллионы лет можно ожидать увеличения периода вдвое. Отношение текущей скорости вращения к замедлению вращения — один из способов оценки возраста пульсара.

Несмотря на поразительную стабильность радиосигнала, некоторые пульсары иногда испытывают так называемые «нарушения». За очень короткий интервал времени (менее 2 минут) скорость вращения пульсара увеличивается на существенную величину, а затем через некоторое время возвращается к той величине, которая была до «нарушения&raquo. Полагают, что «нарушения» могут быть вызваны перегруппировкой массы в пределах нейтронной звезды. Но в любом случае точный механизм пока неизвестен. Так, пульсар Вела примерно раз в 3 года подвергается большим «нарушениям», и это делает его очень интересным объектом для изучения подобных явлений.

Известные магнетары

По состоянию на март 2019 года, известны 23 магнетара, еще шесть кандидатов ожидают подтверждения. Наиболее известные магнетары включают:

• SGR 0525-66, в Большом Магеллановом Облаке, расположенном примерно в 163 000 световых лет от Земли, впервые найден в 1979 году;
• SGR 1806-20, расположенный в 50 000 световых лет от Земли на дальней стороне Млечного Пути в созвездии Стрельца.
• SGR 1900+14, расположенный на расстоянии 20 000 световых лет в созвездии Орла. После длительного периода низких выбросов (значительные всплески только в 1979 и 1993 годах) он активизировался в мае–августе 1998 года. 29 мая 2008 года космический телескоп НАСА Spitzer обнаружил кольцо материи вокруг этого магнетара. Считается, что это кольцо образовалось в результате взрыва 1998 года.
• SGR 0501+4516 был обнаружен 22 августа 2008 года.
• 1E 1048,1-5937, расположенный на расстоянии 9000 световых лет в созвездии Киль. Первоначальная звезда, из которой образовался Магнетар, имела массу в 30-40 раз больше массы Солнца.
• CXO J164710. 2-455216, расположенный в массивном галактическом скоплении Westerlund 1, которое образовалось из звезды с массой, превышающей 40 солнечных масс.
• SWIFT J1822. 3 Star-1606 открыто 14 July 2011 итальянскими и испанскими исследователями. Этот Магнетар вопреки предсказаниям имеет низкое внешнее магнитное поле.
• 3XMM J185246.6+003317 обнаружен международной группой астрономов, изучив данные рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton .

Post Views: 4 173

Теория появления магнетаров

Группа астрономов под руководством доктора Бена Ритчи из британского Открытого университета (по данным бюллетеня “Астрономия и астрофизика”) проводила исследование одного из открытых магнетаров, найденого в гигантском звездном скоплении Вестерлунд-1, находящемся в 16 тысячах световых лет от нас в созвездии Жертвенник, наблюдаемом из Южного полушария Земли.

В этом районе Вселенной расположено большое количество огромных звезд. По словам доктора Ритчи, если бы Земля “находилась в сердце этого исполинского скопления, наше ночное небо было бы заполнено сотнями звезд, столь же ярких как полная Луна”.

По только что обнаруженному магнетару астрономы высчитали массу его звезды-прародителя: по всей видимости, эта звезда была по меньшей мере в 40 раз тяжелее Солнца.

Чтобы высчитать массу звезды-прародителя, исследователи сначала определили ее продолжительность жизни. У гигантских звезд коллапс происходит раньше, чем у небольших, поскольку в их ядре гораздо большее давление, а это приводит к заметно более скорому выгоранию водородного топлива.

Астрономы предположили, что эта звезда сформировалась в то же время, когда родились и другие звезды в скоплении Вестерлунд-1. И тот факт, что она уже претерпела коллапс, позволяет предположить, что она была заметно больше, чем остальные. При этом звезды, более чем в 25 раз массивнее нашего Солнца, обычно в результате коллапса превращаются в черные дыры.

Теперь же, считает участвовавший в исследовании доктор Негуеруэла из испанского университета Аликанте, можно говорить о том, что тайна гигантской черной дыры может быть разгадана в том случае, если звезда-прародитель избавилась “от девяти десятых своей массы, а потом взорвалась в сверхновую”.

Но, каким образом звезда могла так “похудеть”? Вполне возможно, речь идет о двойной звезде из двух близко расположенных звезд, где одна из этой пары оттянула на себя большую часть массы второй. Таким образом это позволило бы звезде, о которой идет речь, избежать превращения в черную дыру.

Профессор Майк Круз, астрофизик из университета английского города Бирмингем, в исследовании не участвовавший, назвает работу коллег “блестящим детективным расследованием”.

“Особенно привлекает в этом документе то, насколько аргументы авторов основываются на твердых вычислениях, а не просто на теоретических выкладках”, – добавил профессор Круз.

Использованы материалы сайта http://dark-universe.ru/

Открытый вопрос

Всего на сегодняшний день астрономы обнаружили около 1 200 нейтронных звезд. Из них более 1 000 являются радиопульсарами, а остальные просто рентгеновскими источниками. За годы исследований ученые пришли к выводу, что нейтронные звезды настоящие оригиналы. Одни очень яркие и спокойные, другие периодически вспыхивающие и видоизменяющиеся звездотрясениями, третьи существующие в двойных системах. Эти звезды относятся к самым загадочным и неуловимым астрономическим объектам, соединяющим в себе сильнейшие гравитационные и магнитные поля и экстремальные плотности и энергии. И каждое новое открытие из их бурной жизни дает ученым уникальные сведения, необходимые для понимания природы Материи и эволюции Вселенной.

Вселенкий эталон Послать что-нибудь за пределы Солнечной системы очень даже непросто, поэтому вместе с направившимися туда 30 лет назад космическими кораблями «Пионер-10 и -11» земляне отправили и послания братьям по разуму. Нарисовать нечто такое, что будет понятно Внеземному Уму, задача не из простых, более того, еще нужно было указать обратный адрес и дату отправки письма… Насколько доходчиво все это сумели сделать художники, человеку понять трудно, но сама идея использования радиопульсаров для указания места и времени отправки послания гениальна. Прерывистые лучи различной длины, исходящие из точки, символизирующей Солнце, указывают направление и расстояние до ближайших к Земле пульсаров, а прерывистость линии это не что иное, как двоичное обозначение периода их обращения. Самый длинный луч указывает на центр нашей Галактики Млечный Путь. В качестве единицы времени на послании принята частота радиосигнала, испускаемого атомом водорода при смене взаимной ориентации спинов (направление вращения) протона и электрона.

Знаменитые 21 см или 1420 МГц должны знать все разумные существа во Вселенной. По этим ориентирам, указывающим на «радиомаяки» Вселенной, можно будет отыскать землян даже через много миллионов лет, а сравнив записанную частоту пульсаров с текущей, можно будет прикинуть, когда эти мужчина и женщина благословляли в полет первый космический корабль, покинувший пределы Солнечной системы.

Николай Андреев

Строение нейтронной звезды

Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 10^12—10^13 Гс. Для сравнения — у Земли его значение около 1 Гс. Процессы, происходящие в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. Начиная с 1990-х годов, некоторые нейтронные звёзды отождествлены как магнетары. Это звёзды, обладающие магнитными полями порядка 10^14 Гс и выше.

К 2022 году открыто свыше 2500 нейтронных звёзд. Порядка 90% из них — одиночные. Всего же в нашей Галактике могут существовать 108—109 нейтронных звёзд. То есть где-то по одной на тысячу обычных звёзд. Для нейтронных звёзд характерна высокая скорость движения (как правило, это сотни км/с). В результате аккреции вещества нейтронная звезда может быть в этом случае видна с Земли в разных спектральных диапазонах, включая оптический. На который приходится около 0,003% излучаемой энергии (соответствует 10 звёздной величине).

Нейтронные звёзды — одни из немногих классов космических объектов, которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.

В 1933 году астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки предположили, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. Теоретические расчёты того времени показали, что излучение нейтронной звёзды слишком слабое, и ее невозможно обнаружить. Интерес к нейтронным звёздам усилился в 1960-х гг., когда начала развиваться рентгеновская астрономия.

Магнетизм и звездотрясения

Интенсивный магнетизм изгибает и деформирует твердую кору магнетара. Вызывая так называемые «звездотрясения». Эти события, происходящие на поверхности и в недрах нейтронной звезды, высвобождают гигантские количества энергии. В результате которых рождаются  электроны и позитроны. Когда они объединяются и уничтожают друг друга, происходит аннигиляция. Продуктом которой являются смертоносные гамма-лучи, пронизывающие всю Вселенную…

Испускаемый магнетизм замедляет звезду. Всего за 10 000 лет, согласно современным представлениям, магнитное поле классического магнетара ослабевает до ничтожной величины, всего лишь в 2 триллиона раз большей, чем у Земли. Затем звездотрясения прекращаются вовсе. И гамма-лучи затухают.

Короче говоря, магнетары воплощают в себе физику крайностей. Это колоссальные плотность, гравитация и магнетизм. Неудивительно, что они такие таинственные.

Но это пока Вы держитесь от них на расстоянии.

Представьте себе какого-нибудь незадачливого космонавта, медленно приближающегося к SGR 1806–20. На половине расстояния от Земли до Луны магнетар все еще будет выглядеть как безобидная точка. Но все кредитные карты космонавта будут уже стерты. Несмотря на то, что незадачливый покоритель космоса оказывается на мели, любопытство все еще движет им. И он продолжает лететь вперед. На расстоянии 3000 км магнетар по-прежнему выглядит как точка. Но его магнитное поле теперь притягивает атомы в теле космонавта, превращая их в длинные странные игольчатые образования.

Поездка окончена. Любопытство кошку сгубило. Запомните! Никогда не приближайтесь к магнетару ближе, чем на 3000 км!

Загадочные магнетары обладают самым мощным магнитным полем во Вселенной

Команде астрономов впервые в мире удалось измерить магнитное поле в определённой точке на поверхности магнетара. Магнетары – это разновидность нейтронных звёзд, плотное и компактное ядро гигантской звезды, внешние слои которой были отброшены в результате взрыва сверхновой.

Магнетары имеют самое сильное магнитное поле во Вселенной. До сегодняшнего дня удавалось измерить лишь их наиболее крупномасштабные поля, однако с помощью новой техники и наблюдений за магнетарами в рентгеновском спектре, астрономы выявили сильное, локализованное магнитное поле внутри их поверхности.

Магнитное поле магнетара имеет сложную структуру. Проще всего засечь и измерить его внешнюю часть, которая имеет форму и поведение, сходные с обычным биполярным магнитом.

Новое исследование проводилось на магнетаре SGR 0418+5729. Наблюдения за ним с помощью космического рентгеновского телескопа «XMM-Newton» показали, что внутри него скрыто второе — чрезвычайно сильное магнитное поле.

«Этот магнетар имеет сильное поле, лежащее под его поверхностью. Однако единственный способ обнаружить его – это найти брешь в поверхности, через которую скрытое поле может вырваться наружу», рассказывает один из соавторов исследования Сильвия Зейн.

Такие магнитные утечки также позволяют объяснить характерные для магнетаров спонтанные вспышки излучения. Искривлённое магнитное поле, заключённое внутри звезды, наращивает напряжение под её поверхностью, в какой-то момент прорывая «оболочку» и испуская неожиданные вспышки рентгеновского излучения.

Магнетары слишком малы – всего лишь около 20 километров в диаметре – и удалены, чтобы их можно было разглядеть даже в самые лучшие телескопы. Астрономы замечают их лишь по косвенным признакам, измеряя вариации рентгеновской эмиссии по мере вращения звезды.

«SGR 0418+5729 обращается один раз в 9 секунды. Мы обнаружили, что в определённой точке этого вращения, яркость его рентгеновского свечения резко падает. Это означает, что нечто в конкретной точке его поверхности поглощает излучение», добавляет соавтор исследования Роберто Туролла.

Команда полагает, что концентрация протонов на маленьком участке поверхности магнетара – возможно, порядка нескольких сотен метров – поглощает это излучение. Протоны сконцентрированы в такой малый объём сильным локализованным магнитным полем, вырывающимся из внутренних слоёв звезды, представляя серьёзное свидетельство того, что внутри неё скрывается второе искривлённое магнитное поле.

«Это потрясающее открытие также подтверждает, что, в принципе, другие пульсары могут скрывать сходные мощные магнитные поля под своей поверхностью. В результате, многие пульсары могут переключаться, и на время становится активными магнетарами – и благодаря этому в будущем мы можем открыть намного больше магнетаоров, чем думали прежде. Это заставит нас существенно пересмотреть наши представления о нейтронных звёздах», говорит Зейн.

Данные этого исследования были опубликованы в журнале «Nature».

Происхождение магнитных полей

Основная теория сильных полей магнетаров состоит в том, что она является результатом магнитогидродинамического динамо-процесса в турбулентной, чрезвычайно плотной проводящей жидкости, которая существует до того, как нейтронная звезда установится в свою равновесную конфигурацию. Эти поля затем сохраняются за счет постоянных токов в протон-сверхпроводящей фазе вещества, которая существует на промежуточной глубине внутри нейтронной звезды (где нейтроны преобладают по массе). Аналогичный магнитогидродинамический динамо-процесс создает еще более интенсивные переходные поля при коалесценции пар нейтронных звезд. Но другая теория состоит в том, что они просто являются результатом коллапса звезд с необычно высокими магнитными полями.

Неправильная Вольфа-Райе

Двойная звезда HD 45166 известна астрономам более ста лет, и все это время ученые не могли понять ее аномальную природу. Она удалена от Земли на 4 тыс. св. лет и состоит из двух компонентов: обычной звезды массой в четыре Солнца и ее странного компаньона. По спектральным характеристикам он напоминает звезды Вольфа — Райе, чрезвычайно яркие и горячие (до 200 тыс. кельвинов). К этому классу относятся массивные звезды на поздних стадиях эволюции, исчерпавшие значительную часть водорода, но богатые гелием.

Однако HD 45166 отличается от других звезд Вольфа — Райе. Излучение любой звезды можно разложить на спектр — например, с помощью призмы, но для рентгеновского и радиодиапазона потребуются другие методы. Спектр целиком зависит от свойств звезды, благодаря чему можно узнать ее химический состав и другие параметры. За счет этого еще давно астрономы смогли узнать, что компонент HD 45166 не относится к типу Вольфа-Райе, в том числе потому, что в нем слишком много кислорода, азота и углерода, а его масса лишь в четыре раза больше солнечной (а не в десятки раз).

Чтобы выяснить природу аномальной звезды, Томер Шенар из Амстердамского университета и его коллеги сопоставили результаты наблюдений с помощью трех оптических телескопов: 3,60-метрового CFHT, расположенного на Гавайях, чилийского MPG/ESO и телескопа Меркатора, расположенного на Канарах.

Рождение на кончике пера

Открытие в 1932 году новой элементарной частицы нейтрона заставило астрофизиков задуматься над тем, какую роль он может играть в эволюции звезд. Два года спустя было высказано предположение о том, что взрывы сверхновых звезд связаны с превращением обычных звезд в нейтронные. Затем были выполнены расчеты структуры и параметров последних, и стало ясно, что если небольшие звезды (типа нашего Солнца) в конце своей эволюции превращаются в белых карликов, то более тяжелые становятся нейтронными. В августе 1967 года радиоастрономы при изучении мерцаний космических радиоисточников обнаружили странные сигналы фиксировались очень короткие, длительностью около 50 миллисекунд, импульсы радиоизлучения, повторявшиеся через строго определенный интервал времени (порядка одной секунды). Это было совершенно не похоже на обычную хаотическую картину случайных нерегулярных колебаний радиоизлучения. После тщательной проверки всей аппаратуры пришла уверенность, что импульсы имеют внеземное происхождение. Астрономов трудно удивить объектами, излучающими с переменной интенсивностью, но в данном случае период был столь мал, а сигналы столь регулярны, что ученые всерьез предположили, что они могут быть весточками от внеземных цивилизаций.

А потому первый пульсар получил название LGM-1 (от английского Little Green Men «Маленькие Зеленые Человечки»), хотя попытки найти какой-либо смысл в принимаемых импульсах окончились безрезультатно. Вскоре были обнаружены еще 3 пульсирующих радиоисточника. Их период опять оказался много меньше характерных времен колебания и вращения всех известных астрономических объектов. Из-за импульсного характера излучения новые объекты стали называть пульсарами. Это открытие буквально всколыхнуло астрономию, и из многих радиообсерваторий начали поступать сообщения об обнаружении пульсаров. После открытия пульсара в Крабовидной Туманности, возникшей из-за взрыва сверхновой в 1054 году (эта звезда была видна днем, о чем упоминают в своих летописях китайцы, арабы и североамериканцы), стало ясно, что пульсары каким-то образом связаны с вспышками сверхновых звезд.

Скорее всего, сигналы шли от объекта, оставшегося после взрыва. Прошло немало времени, прежде чем астрофизики поняли, что пульсары это и есть быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые они так долго искали.

Наблюдение и известные магнетары

Сверхновая и магнетар 3XMM J185246.6+003317 (большая синяя точка под ней)

Из-за относительно небольшой величины магнетаров, а также их удаленности от Земли, наблюдать их при помощи обычных, любительских телескопов не представляется возможным. Для наблюдения магнетаров наиболее подходит метод инфракрасного или рентгеновского сканирования неба. При помощи специальных агрегатов ученые пытаются обнаружить магнетары в космическом пространстве. Благо из-за того, что они излучают интенсивное магнитное поле и радиацию, обнаружить их с помощью приборов представляется намного более простой задачей.

На сегодняшний день, по разным источникам, человечеству известно от 30 до 150 магнетаров. Последняя цифра скорее характеризует не столько действительное количество магнетаров, сколько количество объектов, похожих на эти астрономические тела. По данным на 2007 год астрономами было открыто только 12 магнетаров. Среди них: SGR 1806-20, SGR 1900+14, 1E 1048.1-5937 и другие.

Магнетар SGR 1806-20

Первый объект, SGR 1806-20 представляет чрезвычайно мощный магнетар, который удален от нашей планеты на расстояние 14,5 килопарсек или 50 тысяч световых лет и находится на другом краю нашей Галактики. Второй, предположительно, взорвался в 1998 году, но его свет до сих пор доходит до Земли. Третий находится на относительно близком от нас расстоянии – всего 9 тысяч световых лет. Обнаружение каждого из этих магнетаров было настоящей сенсацией для астрономов. Обнаружение этих и других подобных им звезд продолжает радовать ученых и по сегодняшний день.