Про Вселенную и ее нейтронные звезды

по мотивам статьи Нейтронные звезды/рентгеновские двойные с сайта Чандры

Все вокруг нас состоит из пустоты. В основном. Да и мы сами - тоже пустота. Скалы, реки, воздух, здание МГУ, бюстик Вольтера на рояле, самые крепкие алмазы и самые легкие пуховые платки, книги, интернет, экран вашего Ай-Пада, содержимое головы вашего соседа Кольки - все это просто пустота. Буквально.

Атомы, из которых все это сложено, представляют собой крошечные ядра, состоящие из нуклонов (протонов и нейтронов), которые погружены в легкие облачка электронных оболочек - не то частиц, не то квантов энергий, и где они находятся - непонятно, и как они движутся - неясно, здесь можно говорить только о статистических вероятностях... Ядро содержит в себе 99.9% массы всего атома, занимая всего 1/100,000 диаметра электронного облака - ничтожно малую величину!

Электронные оболочки, несмотря на кажущуюся эфемерность, играют очень большую роль в атомной физике - когда, например, вы пытаетесь сблизить атомы своего тела с атомами скалы, они превращаются в упругие шары, больно отталкиваясь всеми этими своими оболочками...

А что, если совсем лишить атомы электронов? Можно ли тогда упаковать материю плотно-плотно - так, чтобы пустоты между ядрами практически исчезли? Допускает ли такое безобразное отношение к материи физика? И что за зверь в результате получится?

Оказывается, в битком набитой всяческими чудесами Вселенной такие звери встречаются повсеместно и называются ... нейтронными звездами! Но что может сбить все электроны с атомов и спрессовать их ядра в самое плотное вещество, которое мы только знаем? - Ну конечно же, взрыв!

Только взрыв этот непростой. Его производит массивная звезда-гигант в конце жизненного пути, которая в ярости  выбрасывает в космос все, что в ней накопилось за недолгие годы ее яркой жизни. А ее ядро при этом сжимается так, что электроны буквально вдавливаются в протоны, которые при этом лишаются заряда и становятся нейтронами. Атомы полностью разрушаются, становясь однородной нейтронной массой. Ужас. Фактически, в космосе появляется гигантский атом, в котором только одни нейтроны, сжатые в сферу диаметром 10-20 км. Представляете себе плотность такого вещества?

Нейтронные звезды - удивительные, завораживающие, сбивающие с толку объекты. Все, к чему вы привыкли здесь, на Земле, вблизи нейтронных звезд часто бывает лишено всякого смысла. Сила тяжести там дичайшая - зашкаливают все гравитометры! Искривление пространства, вызванное такой массой, видно практически невооруженным глазом...  Привезите чайную ложку вещества нейтронной звезды на Землю - она пробьет кору нашей планеты и застрянет где-то глубоко-глубоко в ее веществе...

Страшно? Нет? Ну, если, несмотря на все сказанное, вы все-таки решите направить свой мегакорабль Небесный Орел к нейтронной звезде, нужно принять во внимание следующее:

- гравитация. Как уже говорилось, сила тяжести там такая, что вас буквально порвет. Нет, это не модный оборот молодежной речи -  вас с вашим кораблем сначала растянет, а потом порвет на куски дикая гравитация нейтронной;

- магнитное поле, которое там настолько сильное, что не нейтрально заряженные атомы вашего корабля начнут вытягиваться в сигары, направленные вдоль его линий... К чему это приведет? Хотите поэкспериментировать??

- если вам как-то удастся избежать первых двух напастей, есть еще третья. Мощное магнитное поле быстро вращающейся звезды создает электрическое поле напряжением в квадриллионы вольт! Подобное поле может генерировать разряды (потоки) высокоэнергетических частиц прямо через вакуум- в 30 млн раз сильнее, чем земные молнии... мда, вот вам на закуску. :(

Пульсары

Узнаете? Это наш логотип, ну то есть пульсар с облаком горячего газа в центре Крабовидной Туманности!

Быстро вращающиеся нейтронные звезды с сильным магнитным полем и пучком частиц высоких энергий, который, как лампа маяка, описывает в пространстве круг - иногда с частотой до сотен оборотов в секунду - излучает во всем диапазоне частот, включая радиоволны! Открытие подобного чуда - сама по себе очень достойная история, ознакомление с которой настоятельно рекомендуем.

Название "пульсар" происходит от "пульсирующий источник излучения". Сейчас мы знаем о существовании около тысячи пульсаров. и нет никаких сомнений, что их будет открыто еще больше.

Так, например, самый юный и самый энергичный известный нам пульсар - в Крабовидной туманности - наблюдается на всех длинах волн  - от радио и до гамма-диапазона. Есть несколько десятков пульсаров, которые видны только в рентгеновских лучах. На текущий момент известно также 6 пульсаров гамма-диапазона.

Магнетары

 

Магнетары - нейтронные звезды с чрезвычайно сильным магнитным полем - в квадриллионы раз большим, чем магнитное поле Земли! Они, как правило, образуются еще до взрыва, внутри очень массивной звезды, когда ее ядро сжимается в быстро вращающийся карлик. После формирования нейтронной внешние слои первоначальной звезды ...:#$%^@#$%!! - выносит в открытый космос взрывом сверхновой! Дикие магнитные поля магнетара вызывают т.н. звездотрясения, когда его поверхность расцветает рентгеновскими лучами разных энергий. Эти рентгеновские вспышки - очень ценный материал для астрономов, поскольку дают возможность изучать промежуточный тип сверхновых - между обычными сверхновыми и гиперновыми - когда звезда просто превращается в поток гамма-излучения, и после нее не остается ничегошеньки...

Самое мощное магнитное поле, которое когда-либо создавало человечество в лаборатории на Земле, было в миллион раз больше, чем естественное магнитное поле Земли. Но перейти этот предел не получается -  магнитное вещество просто взрывается от мощи поля. Только нейтронная звезда с ее могучей гравитацией может противостоять магнитным полям магнетара. И то, даже у магнетаров порой кора трескается от невероятной мощи создаваемых ими полей...

Источник этой невообразимой мощи - быстрое вращение поля. Поэтому иногда такие пульсары называют "пульсарами с накачкой вращением" - в отличие от следующего типа пульсаров - "с накачкой аккрецией".

Пульсары с накачкой аккрецией материала.

Случится пульсару быть неподалеку от нормальной звезды - все, приехали. Этот паразит начинает скачивать потихоньку с ничего не подозревающей звезды материал, который закручивается вокруг нейтронной звезды по спирали, прежде чем упасть на нее. 

Кружение этой карусели - не просто акт вандализма космического паразита. Это еще и трение соседних слоев газа между собой, их нагрев до огромных температур и излучение рентгеновских лучей. При этом сильнейшее магнитное поле нейтронной собирает излучение в столб, бьющий, как правило, с полюсов в противоположные стороны. А поскольку нейтронная еще и вращается, этот столб описывает в космосе круги - так же, как их описывает ось Земли при прецессии...

Пульсары с накачкой аккрецией материала, получают энергию извне, от своего компаньона, при падении материала. Избыток этой энергии сбрасывается с полюсов в виде струй высоких энергий. Пульсары с накачкой вращением, напротив, сами производят потоки материала наружу, высвобождая свою энергию в космос при бешеном вращении магнитного поля...

Поведение всех этих пульсаров разное. Некоторые показывают стабильные пульсации с периодом, по которому можно сверять часы, а некоторые вспыхивают и гаснут достаточно хаотично. Некоторые бурно выплескивают энергию, некоторые экономят.

Вы спросите,  в чем же отличие пары черная дыра - звезда-компаньон от бинарной системы нейтронная-обычная звезда?

У черной дыры нет поверхности или магнитных полюсов в бытовом понимании этого слова, поэтому они не могут производить периодических рентгеновских вспышек, хотя, иногда и могут немножко мерцать в рентгеновском диапазоне...

Нейтронные звезды - одна из самых интересных тем современной астрофизики. Здесь все имеет приставку "супер"... Нет и очень долго еще не будет на Земле лабораторий, где бы можно было изучать вещество в таких дико экстремальных условиях.

Кто знает, какие еще секреты таят эти темные призраки космоса?