что такое магнетар в космосе

Магнетар

Магнетар – звезда с настолько мощным магнитным полем, что способна вытащить железо из крови человека, находясь за тысячи километров от него.

Общие сведения

Магнетар – это нейтронная звезда, обладающая невероятно сильным магнитным полем, которое может равняться до 10*11 Тесла и выше. Как известно, нейтронные звезды появляются вследствие выгорания обычных звезд, являясь как бы конечным продуктом их эволюции. Обычно нейтронная звезда появляется после вспышки сверхновой. Для того чтобы после взрыва сверхновой образовался магнетар, звезде нужно иметь достаточную массу.

Рисунок магнетара SGR 0418+5729

Обычно магнетарами становятся те астрономические светила, которые имели массу, которая соответствовала весу примерно 40-ка наших Солнц. И хотя данное утверждение не доказано, многие ученые считают, что оно истинно, поскольку для того, чтобы превратиться в магнетар, звезде нужно иметь достаточное количество вещества.

Хотя магнетары за счет своего огромного магнитного поля, а также по ряду других причин являются чрезвычайно интересными объектами для астрономов, в действительности на сегодняшний день они достаточно мало изучены учеными. Это объясняется несколькими факторами. Во-первых, практически все известные нам магнетары находятся на достаточно большом удалении от Земли, из-за чего их непросто обнаружить и впоследствии наблюдать за ними. Во-вторых, магнетары имеют сравнительно небольшую, как для звезд, продолжительность жизни. Многие из известных магнетаров уже доживают свой срок, из-за чего их магнитное излучение уже не так сильно, по причине чего трудно понять истинную мощь и сущность этих звезд.

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.

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.

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.

Интересные факты

Источник

Магнетар – магнит вселенной

Магнетар – это тип нейтронной звезды, которая обладает чрезвычайно мощным магнитным полем (∼10 13 до 10 15 G, ∼10 9 до 10 11 T). Распад магнитного поля приводит к испусканию высокоэнергетического электромагнитного излучения, в частности рентгеновского и гамма – излучения. Теория, касающаяся этих объектов, была предложена Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном в 1992 году, но первый зарегистрированный всплеск гамма-лучей, предположительно исходящий от магнетара, был обнаружен 5 марта 1979 года.

Как и другие нейтронные звезды, магнетары имеют диаметр около 20 км и массу в 1,1-2 раза больше массы Солнца. Плотность внутренней поверхности магнетара такова, что столовая ложка его вещества будет иметь массу свыше 100 млн. тонн. Магнетары отличаются от других нейтронных звезд еще более сильными магнитными полями и сравнительно более быстрым вращением. Большинство нейтронных звезд вращаются один раз в 10 секунд, тогда как магнетары вращаются в 10 раз быстрее. Магнитное поле магнетара порождает очень сильные и характерные всплески рентгеновского и гамма-излучения. Активная жизнь магнетара коротка. Их сильные магнитные поля распадаются примерно через 10 000 лет, после чего активность и сильное рентгеновское излучение прекращаются. По оценкам астрономов, количество неактивных магнетаров в Млечном Пути составляет более 30 млн.

Звездные землетрясения, вызванные на поверхности магнетара, нарушают магнитное поле, которое охватывает его, часто приводя к чрезвычайно мощным выбросам гамма-лучей, которые были зарегистрированы на Земле в 1979, 1998 и 2004 годах.

Магнитное поле

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.

Формирование магнетара

Когда в сверхновой звезда коллапсирует в нейтронную звезду, ее магнитное поле резко возрастает в силе. При уменьшении размера вдвое, магнитное поле увеличивается в 4 раза. Дункан и Томпсон вычислили, что когда вращение, температура и магнитное поле новообразованной нейтронной звезды попадают в правильные диапазоны, может действовать динамо-механизм. Он преобразует тепловую и вращательную энергию в магнитную энергию и увеличивает магнитное поле с 10 8 Тесла до более чем 10 11 Тесла (10 15 гауссов). В результате получается магнетар. Считается, что примерно 1 из 10 взрывов сверхновых приводит к появлению магнетара.

История открытия

5 марта 1979 года, через несколько месяцев после успешного попадания спутников в атмосферу Венеры, два беспилотных советских космических зонда Венера 11 и 12, были поражены взрывом гамма-излучения. Этот контакт повысил показания излучения на обоих зондах с обычных 100 отсчетов в секунду до более чем 200 000 отсчетов в секунду, всего за долю миллисекунды.

Гамма-всплеск и сверхновой звезды, питаемой магнетаром

21 февраля 2008 года было обнаружена нейтронная звезда со свойствами радиопульсара, который испускал магнитные всплески, такие как магнетар. Это говорит о том, что магнетары не являются просто редким типом пульсара, но могут быть одной из фаз в жизни некоторых пульсаров. 24 сентября 2008 года было объявлено, что это был первый оптически активный магнетар. Вновь обнаруженный объект получил обозначение SWIFT J195509+261406. 1 сентября 2014 года опубликована новость о магнетаре, близком к остатку сверхновой Kesteven 79. Астрономы из Европы и Китая обнаружили этот магнетар, названный 3XMM J185246.6+003317. В 2013 году был обнаружен Магнетар PSR J1745-2900, который обращается вокруг черной дыры в системе Стрельца A. Этот объект является ценным инструментом для изучения ионизированной межзвездной среды по направлению к центру Галактики. В 2018 году результатом слияния двух нейтронных звезд был обнаружен гипермассивный Магнетар.

Известные магнетары

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

Источник

Что случится с Землей, если магнетар появится в Солнечной системе?

В космическом пространстве можно встретить множество удивительных небесных тел, поражающих воображение своими характеристиками. Одним из таких объектов является магнетар, с которым землянам лучше не соседствовать.

Магнетары представляют собою нейтронные звезды, но с невероятно мощным магнитным полем. Просто вообразите, что перед вами возник мощнейший объект во Вселенной, напоминающий гигантский вращающийся магнит.

По сути, это космический эквивалент большой и голодной белой акулы. Вот только магнетар не просто разорвет вас в клочья, а разобьет до состояния атомов.

Магнетары, как и нейтронные звезды, возникают после взрыва сверхновых. Однако они отличаются невероятно высокой плотностью. Одна ложка магнетара может весить миллиард тонн! Также это самые магнитные звезды среди известных космических объектов.

Для измерения напряженности магнитного поля используют единицу Гаусс. Земное магнитное поле составляет 0.6 Гс, магнитик на холодильнике – 10 Гс, а мощнейший магнит на Земле – 410 000 Гс. Но эти цифры не способны соревноваться с мощностью магнетара в 1 квадриллион Гс (единица и 15 нулей).

Художественное видение вспышки на ультрамагнитной нейтронной звезде (магнетар)

Что же произойдет, если такое чудовище окажется в Солнечной системе? В принципе, если он находится где-то в галактике и бездействует, то мы можем не переживать. Пугает его активность и приближенность к Земле.

Земляне начнут ощущать присутствие магнетара, если он окажется на половине лунной дистанции от Земли. Магнетар просто сотрет всю информацию с магнитных полос ваших банковских карточек.

Но есть и альтернативный вариант, когда разрушительная сила магнетаров бьет с больших дистанций. Периодически магнетары способны проходить сквозь звездные встряски. Это события, когда кора звезды трескается, высвобождая огромный объем радиации в космос.

Этот опасный поток способен добраться до Земли, сжать наше магнитное поле и частично ионизировать атмосферу. И это произойдет даже при удаленности в 50000 световых лет, если поток направится к нам.

Магнетар SGR 1900+14

Кстати, однажды мы были на волоске от угрозы. В 2004 году гамма-лучи от магнетара из другой галактики прошли на близкой дистанции к Земле. За 1/5 секунды объект выделил больше энергии, чем Солнце за последние 250 000 лет. Страшно представить, что было бы, если б магнетар ударил по нам.

А теперь ухудшим ситуацию и переместим наш активный магнетар («сотрясающийся») с радиоактивной волной на дистанцию в 10000 лет. Ну, давайте прощаться с озоновым слоем. Затем у него получится просто стереть большую часть поверхности планеты вместе с ее жителями.

Так что ситуация пугает. Если бы рядом с нами был магнетар, проходящий сквозь звездную встряску и направивший в нашу сторону радиационный выброс, то вы б не читали эту статью. Нас просто не станет в один миг.

Радует лишь то, что эти жуткие магнитные чудовища не доживают до своего 10000-го дня рождения. У них короткая продолжительность существования. В итоге, они просто становятся нейтронными звездами. Это все еще плотные магниты, но не такие опасные, как магнетары.

Источник

Магнетар

Когда звезды, превосходящие Солнце по массивности, взрываются, на их месте может сформироваться нейтронная звезда. Умирающее небесное тело больше не располагает достаточным световым давлением, чтобы удерживать гравитацию. Сила настолько мощная, что протоны и электроны выталкиваются в пространство, образуя нейтроны. И что же мы имеем? Нейтроны! Сплошная масса нейтронов.

Художественная интерпретация нейтронной звезды

Если сформировалась нейтронная звезда, то мы получает пульсар. Ранее накопленная масса сжимается до размеров крошечного «шара», вращающегося сотню раз в секунду. Но это не самое странное. Из десяти появившихся нейтронных звезд всегда найдется одна довольно странная, которую называют магнетаром. Это нейтронные звезды, появившиеся из сверхновых. Но в процессе формирования происходят необычные вещи. Что именно? Магнитное поле становится настолько интенсивным, что ученые не могут понять, откуда оно берется.

Художественное представление магнетара в скоплении Westerlund 1

Некоторые полагают, что когда вращение, температура и магнитное поле нейтронной звезды собираются в идеальное пятно, вы получаете динамо-двигатель, усиливающий магнитное поле в 1000 раз.

Но недавние открытия дали больше подсказок. Ученые нашли магнетар, удаляющийся от Млечного Пути. Нам уже удавалось наблюдать подобные объекты, когда одна звезда в системе взрывается в виде сверхновой. То есть, он был частью двоичной системы.

Во время партнерства, объекты вращались рядом (ближе дистанции Земля-Солнце). Этого расстояния хватало, чтобы обмениваться материалом. Первой начала умирать крупная звезда, отдавая свою массу меньшей. Это заставило ее раскручиваться и отдавать массу обратно. В итоге, меньшая взрывается как сверхновая, выбросив вторую на новую траекторию. Вместо формирования нейтронной звезды мы получили магнетар.

Магнетар SGR 1900+14

Мощь наблюдаемого магнитного поля просто ошеломляет! У Земли оно занимает 25 гауссов, а на поверхности мы испытываем лишь меньше 0.5 гауссов. У нейтронной звезды – триллион гауссов, но магнетары превосходят эту отметку в 1000 раз!

Чтобы случилось, если бы вы оказались рядом? Ну, в пределах 1000 км магнитное поле настолько сильное, что разорвало бы вас на атомном уровне. Дело в том, что сами атомы деформируются и больше не могут поддерживать вашу форму.

Но вы бы так ничего и не поняли, потому что умерли от интенсивного излучения и смертоносных частиц объекта в магнитном поле.

Звездообразование раскалывает поверхность нейтронной звезды

Наиболее сильное событие случилось с объектом SGR 1806-20, удаленным на 50000 световых лет. За 1/10 секунды одно из землетрясений создало больше энергии, чем Солнце за 100000 лет. И это не сверхновая, а всего лишь одна трещина на поверхности!

К счастью для нас, эти действительно убийственные объекты расположены далеко и нет никакой вероятности, что они могут приблизиться. Чтобы лучше изучить магнетары и узнать больше интересной информации, посмотрите видео.

Источник

Магнитары и их активность: источники мягких повторяющихся гамма-всплесков

Сергей Борисович Попов

Что такое магнитары?

Существует несколько теорий, объясняющих природу МПГ. В настоящее время есть два основных подхода, использующихся для объяснения свойств МПГ и родственного им класса объектов — аномальных рентгеновских пульсаров (АРП). Это околозвездные диски и сверхсильные магнитные поля.

С точки зрения наблюдений есть два ключевых факта, используемые в обоих подходах. Это длинные (в сравнении с радиопульсарами) периоды вращения нейтронных звезд и большие положительные производные периода (т. е. периоды всегда увеличиваются и довольно быстро).

Один из подходов исторически связан именно АРП. Поэтому в начале несколько слов об этих объектах. АРП были выделены в отдельный класс в середине 90-х гг., когда заметили, что есть небольшая группа рентгеновских пульсаров с близкими периодами (порядка 10 секунд). Для всех этих источников было характерно постоянное увеличение периода пульсаций (т. е. вращение нейтронной звезды все время замедляется). Кроме того, ни для одного из этих объектов не удавалось (да так и не удалось) зарегистрировать излучение оптического компаньона, т. е. возникало подозрения, что все АРП не двойные системы (как прочие рентгеновские пульсары), а одиночные нейтронные звезды.

Уже в середине 90-х была высказана гипотеза, что АРП — это одиночные нейтронные звезды, окруженные диском. Такой диск может возникнуть или из-за разрушения компаньона, или же из-за процесса обратной аккреции (fall-back) при образовании нейтронной звезды (выброшенное в результате взрыва вещество частично оказывается гравитационно связанным с образовавшимся компактным объектом, и постепенно выпадет на него). В этой теории достаточно естественно можно объяснить периоды и замедление АРП и МПГ. Однако описать вспышечную активность очень трудно. В настоящее время эта теория не пользуется большой популярностью, и мы в дальнейшем не будет подробно ее обсуждать. Обратимся к ее более успешному конкуренту — модели магнитаров. (Д. Г. Яковлев из ФТИ им. Иоффе обратил наше внимание на то, что по-русски название этих объектов следует писать именно через «и». В самом деле, коли название происходит от слова «магнит», то не стоит просто калькировать английское magnetar.)

Магнитарная модель родилась в 1992 г. Наиболее последовательная разработка этой теории связана с именами американских ученых Кристофера Томпсона (C. Thompson) и Роберта Дункана (R. Duncan). На английском языке можно прочесть замечательные популярные материалы по МПГ, подготовленные Дунканом. (Отметим также, что одновременно с первой работой этой пары в 1992 г. появилась статья Владимира Усова, где высказывалась гипотеза о том, что сверхзамагниченные нейтронные звезды с миллисекундными периодами могут быть связаны с космическими гамма-всплесками.) Длинные периоды и их быстрое увеличение естественно объясняются наличием у нейтронной звезды большого (порядка 10 14-15 Гаусс) магнитного поля. Существенно, что постоянная (невспышечная) светимость и МПГ и АРП превосходит потери вращательной энергии. Это отличает эти источники от обычных радиопульсаров. Авторское определение магнитара говорит именно о том, что не вращение, а магнитное поле ответственно за основной вклад в энергетику. Это можно обеспечить распадом (затуханием) магнитного поля.

Наличие большого поля с учетом его распада говорит о молодости нейтронных звезд. Это подтверждается и оценкой возраста по периоду. Если мы разделим период вращения на темп его замедления, то мы получим оценку возраста нейтронной звезды. Для МПГ такая процедура дает возраст порядка тысячи лет, для АРП несколько больше — около десяти тысяч лет.

Существенно, что в модели магнитара можно пытаться объяснять свойства вспышек. Причем, вспышки наблюдаются не только у МПГ. Всплески, аналогичные слабым вспышкам МПГ, зарегистрированы и от АРП. Этот факт тесно связывает два типа источников друг с другом.

Окончательной теории вспышек пока нет, но можно указать общие черты, используемые в разных вариантах решения этой проблемы. Энергия выделяется из-за перестройки системы силовых линий магнитного поля. В этом смысле вспышки магнитаров могут быть подобны солнечным вспышкам, хотя есть и некоторые отличия, связанные с тем, что в случае магнитаров во-первых, энергия поля очень велика, а во-вторых, силовые линии «зацеплены» за плотное вещество — кору нейтронной звезды. Причиной перестройки магнитосферы как раз может быть подвижка коры, хотя есть и другие предположния о том, что же вызывает начало всплеска, например, это может быть связано с какими-то плазменными неустойчивостями. Была замечана любопытная особенность. Распределение слабых спектров по энергии аналогично распределению землетрясений по силе. Некоторые исследователи полагают, что это можно рассматривать как косвенный аргумент в пользу того, что всплески инициируются «звездотрясениями».

Всплеск АРП 1E 1048-5937. Рисунок взят из работы Гавриила и др. (Gavriil et al.) Nature том 419 стр. 142 (2002)

О сильном магнитном поле косвенно свидетельствуют длинные периоды и быстрый темп их увеличения. Кроме оценок магнитного поля по темпу замедления вращения нейтронных звезд существуют и прямые измерения. Несколько лет назад по наблюдениям на спутнике RXTE удалось получить спектры одного из МПГ, в которых отчетливо различима спектральная деталь. Наиболее подходящим объяснением этой линии в спектре является протонное циклотронное поглощение (это означает, что за поглощение ответственны протоны, вращающиеся вокруг силовых линий магнитного поля). Если эта гипотеза верна, то поле получается равным 10 15 Гаусс, что, кстати сказать, совпадает с оценкой по темпу замедления вращения.

Спектр МПГ 1806-20. Видна спектральная деталь, которую связывают с протонной циклотронной линией. Рисунок взят из работы Ибрагима и др. (A. I. Ibrahim et. al.) Astrophysical journal том 574 стр. L51 (2002)

Если оценки возраста магнитаров, сделанные по их замедлению, верны, то можно попытаться оценить какая доля нейтронных звезд проходит через эту эволюционную стадию. Если в Галактике находится несколько сот миллионов нейтронных звезд, а возраст Галактики примерно 10 миллиардов лет, то, принимая, что мы знаем несколько магнитаров с возрастом порядка нескольких тысяч лет, можно получить, что несколько процентов нейтронных звезд рождается со сверхсильными магнитными полями. При этом время жизни магнитара должно быть невелико. За несколько десятков тысяч лет магнитное поле затухает до значений, исключающих активность типа проявляемой МПГ и АРП. Т. о. число магнитаров среди новорожденных нейтронных звезд не так уж мало!

Здесь уместно сделать несколько замечаний о «магнитарной угрозе». Среди новостей, посвященных вспышке 27 декабря, мелькали фразы о том, что будь источник расположен на расстоянии в 30 пк от нас, излучение всплеска могло бы погубить жизнь на Земле. Сделанная выше оценка частоты появления магнитаров делает появление такого редкого и короткоживущего объекта на небольшом расстоянии от солнечной системы крайне маловероятным. Даже локальный избыток числа молодых нейтронных звезд, связанный с Поясом Гулда (локальной дискообразной структурой размером около 600 пк, содержащей массивные звезды), не увеличивает оценку существенно. Кроме того, в спокойном состоянии магнитар не может «спрятаться» от нас на небольшом расстоянии. Заметная рентгеновская светимость такого источника «выдала» бы его, если бы он был у нас под боком.

Источник