Пульсар – це особливий вид нейтронної зірки, яка є надщільним залишковим ядром масивної зірки. Іншими словами, це щільні залишки зірок, що розірвалися, і є частиною класу об’єктів, які називаються нейтронними зірками.
Ці надщільні залишки масивних зірок випромінюють промені, як маяк.
Концепція цього художника показує пульсар, який схожий на маяк, оскільки його світло з’являється регулярними імпульсами під час його обертання.
Пульсари випускають пучки випромінювання, які розгортаються по колу, коли пульсар обертається. Коли ці промені спалахують над Землею, ми бачимо їх як регулярні повторювані імпульси радіовипромінювання.
«Пульсари самі по собі є вражаючими об’єктами — маса Сонця, затиснута в крихітну кульку розміром з місто, що обертається навколо своєї осі, в деяких випадках швидше, ніж кухонний блендер, і розносить по небу промені радіохвиль», — Енн Арчібальд. , професор астрономії Університету Ньюкасла у Великобританії, повідомив Live Science в електронному листі.
Хто відкрив пульсари?
У 1967 році аспірантка на ім’я Джоселін Белл вивчала результати міжпланетної сцинтиляційної решітки в Радіоастрономічній обсерваторії Малларда в Кембриджі, Великобританія. Вона працювала зі своїм радником Ентоні Хьюішом, коли вони знайшли джерело повторюваних радіосигналів, що надходять з одного й того самого місця у небі, щоночі, згідно з CSIRO Australian Telescope National Facility.
Сигнал був настільки регулярним, що повторювався кожні 1,33 секунди, що Белл і Х’юіш замислилися, чи не натрапили вони на повідомлення від розвиненої інопланетної цивілізації. Вони навіть спочатку назвали джерело «LGM-1» — “little green men”, що перекладається як маленькі, зелені чоловічки. Але як тільки вони знайшли інші подібні джерела в інших частинах неба, вони зрозуміли, що сигнали повинні мати природне походження (інакше інопланетяни були б скрізь).
Хоча пульсари випромінюють електромагнітне випромінювання на всіх довжинах хвиль, радіохвилі найкраще проникають у хмари міжзоряного газу та пилу в галактиці, тому астрономи, як правило, бачать віддалені об’єкти в радіоспектрі раніше інших частин спектра.
Як формуються пульсари?
На цій ілюстрації показано лінії магнітного поля, що виступають із сильно магнітної нейтронної зірки, або щільний самородок, що залишився після того, як зірка вибухне надновою. Відомі як магнетари, ці об’єкти генерують яскраві спалахи світла, які можуть бути забезпечені їх сильними магнітними полями.
До відкриття пульсарів астрономи вже припускали, що нейтронні зірки можуть існувати. Вони з’ясували, що коли зірка, яка набагато масивніша за Сонце, помирає, вона іноді може залишити неймовірно щільне ядро. Астрономи назвали це ядро нейтронною зіркою. За даними Національної радіоастрономічної обсерваторії Національного наукового фонду, нейтронна зірка має неймовірно високу щільність (приблизно таку ж щільність, як і атомне ядро), що поміщає матеріал на кілька сонечок у об’єм всього в кілька миль у діаметрі. )
Хоча нейтронні зірки майже повністю складаються з нейтронів, вони містять деякі позитивно заряджені протони. Оскільки нейтронні зірки такі малі й щільні, вони обертаються неймовірно швидко. Заряди, що рухаються по колу, посилюють неймовірно сильні магнітні поля, і цей магнетизм може запускати пучки випромінювання, які вилітають з магнітних полюсів нейтронної зірки.
Як пульсари пульсують?
Магнітні полюси нейтронної зірки рідко збігаються з її віссю обертання. Це так само, як Земля: магнітні полюси нашої планети не збігаються з її географічними полюсами. На нейтронних зірках це змушує промінь випромінювання поширювати простір по колу над і під зіркою, згідно з дослідженням NASA Imagine the Universe.
Якщо пучки радіації проминуть Землю, астрономи побачать звичайну нейтронну зірку. Але якщо промінь пронесеться над Землею, телескопи виявлять сплеск радіації щоразу, коли промінь повертається. З точки зору землянина, вони виглядають як регулярні спалахи або імпульси радіації, звідси й назва «пульсари».
Спалахи від пульсарів надзвичайно регулярні, деякі з них зберігають регулярні цикли з точністю до мільярдної наносекунди.
«Це як мати точний годинник, зручно встановлений десь у галактиці», – сказав Арчібальд.
Чи небезпечні пульсари?
Ця чотирипанельна графіка показує два пульсари, які спостерігала рентгенівська обсерваторія Чандра НАСА. Geminga знаходиться у верхньому лівому куті, а B0355+54 — у верхньому правому куті. На обох цих зображеннях рентгенівські промені Чандри, пофарбовані в синій і фіолетовий кольори, поєднані з інфрачервоними даними з космічного телескопа НАСА Spitzer. Ілюстрація художника під кожним зображенням показує, як може виглядати структура кожної туманності пульсарного вітру.
Здалека пульсари не небезпечніші за будь-який інший екзотичний вид зірок у Всесвіті. Однак познайомитися з пульсаром близько і особисто було б поганою ідеєю. На додаток до пучків випромінювання, пульсари зазвичай мають дуже сильні магнітні поля, а самі нейтронні зірки часто досить гарячі, щоб випромінювати рентгенівське випромінювання.
На щастя, найближчий відомий пульсар, PSR J0108-1431, знаходиться на відстані 424 світлових років від нас.
Скільки існує пульсарів?
Хоча астрономи вважають, що в галактиці Чумацький Шлях є близько мільярда нейтронних зірок, ми знаємо лише близько 2000 пульсарів. Частково причиною цієї невідповідності є те, що пучок випромінювання пульсара повинен ідеально збігатися з Землею, щоб телескопи могли його побачити. По-друге, не кожна нейтронна зірка обертається досить швидко або має достатньо сильне магнітне поле, щоб генерувати пучки випромінювання. Нарешті, астрономи нанесли на карту лише невелику частину загального об’єму галактики, і вони не спостерігали за кожним пульсаром, згідно з NASA (відкриється в новій вкладці).
Чому пульсари сповільнюються?
Завдяки ретельним спостереженням астрономи виявили, що пульсари мають тенденцію сповільнюватися з часом. Випромінювання сильних пучків випромінювання вимагає енергії, і ця енергія походить від енергії обертання нейтронної зірки. Коли пульсар продовжує обертатися, він сповільнюється і втрачає енергію. Зрештою, через кілька мільйонів років, пульсар «вимикається» і стає звичайною нейтронною зіркою, згідно з Центром астрофізики та суперкомп’ютерів університету Суінберна в Австралії.
Однак іноді нейтронна зірка може витягнути матеріал із сусіднього зоряного супутника. Цей процес повертає нейтронній зірці кутовий момент, дозволяючи їй підвищити оберти і знову стати пульсаром.
Для чого можна використовувати пульсари?
Окрім вивчення самих пульсарів, астрономи можуть використовувати їх для інших дослідницьких цілей. Одне з найцікавіших застосувань – це астрономія гравітаційних хвиль, яка вивчає брижі в просторі-часі, що утворюються при зіткненні масивних об’єктів.
«Гравітаційні хвилі утворюються в результаті деяких з найбільш вражаючих подій у Всесвіті, — пояснив Арчібальд, — і вони дають нам спосіб вивчати ці події, який повністю відрізняється від того, що ми зазвичай отримуємо, виявляючи світло чи радіохвилі».
Коли об’єкти стикаються і випускають гравітаційні хвилі, ці хвилі змінюють відстані між точками. Отже, якщо астрономи мають свої телескопи, навчені на пульсарі, то тривалість між імпульсами може скоротитися або подовжити, якщо повз проходить гравітаційна хвиля.
Спостерігаючи за мережею пульсарів, астрономи сподіваються вловити сигнали проходження гравітаційних хвиль. Дослідження тільки починаються, але Арчібальд, який є частиною однієї з цих спільних робіт, схвильований.
«Спочатку ми очікуємо побачити гравітаційні хвилі досить нечітко, але навіть у цьому випадку це розповість нам більше про те, як утворилися галактики, — сказав Арчібальд. — Проте, по мірі розвитку технологій, ми зможемо виявити окремі пари чорних дір, перегинів у космічній системі». струни або щось зовсім несподіване».
