что такое пульсар в астрономии
Пульсар
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Рентге́новские двойны́е звёзды — класс двойных звёзд, ярких в рентгеновском диапазоне спектра излучения. Рентгеновское излучение создается веществом, падающим с одной звезды, называемой донором, на вторую, называемую аккретором и очень компактную, являющуюся нейтронной звездой или чёрной дырой. При падении вещества высвобождается гравитационная потенциальная энергия, эквивалентная нескольким десятым долям массы покоя, в форме рентгеновского излучения. Время жизни и темп переноса массы в рентгеновских.
Астрономические радиоисточники (радиоисточники) — это объекты, находящиеся в космическом пространстве, и имеющие сильное излучение в радиодиапазоне. Такие объекты представляют одни из самых экстремальных и энергетических процессов во вселенной. Радиоисточники исследуются посредством регистрации космического радиоизлучения с помощью радиотелескопов.
Релятиви́стские стру́и, дже́ты (англ. Relativistic jet) — струи плазмы, вырывающиеся из центров (ядер) таких астрономических объектов, как активные галактики, квазары и радиогалактики. Первым такую струю обнаружил астроном Гебер Кёртис в 1918 году. Позже физик и философ Стивен Хокинг сумел доказать, что такие выбросы происходят из гипотетических чёрных дыр.
1 МэВ), что соответствует длинам волн от
103—106 раз (в среднем увеличение светимости — в
12 звёздных величин).
Тесные двойные системы — разновидность двойных систем, в которых на тех или иных этапах своей эволюции входящие в неё компоненты могут обмениваться массой. Расстояние между звездами в тесной двойной системе сравнимо с размерами самих звёзд. Поэтому в таких системах возникают более сложные эффекты, чем просто притяжение: приливное искажение формы, прогрев излучением более яркого компаньона и т. д. Обмен веществом вносит существенные коррективы в ход звездной эволюции, поэтому компоненты тесных двойных.
Пульсары
Пульсар в представлении художника
Пульсаром астрономы называют источник импульсного радиоизлучения. Это означает, что телескопами улавливаются периодичные всплески (импульсы) радиоизлучения.
История открытия
В 1960-х годах группа ученых под руководством английского физика Энтони Хьюиша собственными руками создала радиотелескоп, с целью наблюдения компактных источников радиоизлучения. К числу научных сотрудников относилась и 23-хлетняя аспирантка Джоселин Белл, которая собирала материал для своей диссертации. Ее задача состояла в пересмотре всех самописцев телескопа – обработке данных наблюдения, и выявлении сигналов от компактных источников. Вскоре, спустя два месяца работы, Джоселин Белл обнаружила некие сигналы, которые нельзя было отнести ни к помехам, ни к известным компактным источникам. Аспирант предположила, что найденный сигнал порождается точечным источником – звездой. Однако период излучения импульсов этим источником был чуть более секунды. Столь частые вспышки не характерны для переменных звезд и не могут быть вызваны процессами, протекающими в них. Вместе с Энтони Хьюишом аспирант продолжила изучение странного излучения, в результате чего гипотеза о земном его происхождении была отброшена.
Были привлечены и другие ученые. Так как был обнаружен только один такой источник, начали возникать предположения, что периодичный источник является следствием деятельности внеземной разумной цивилизации. По этой причине первый радиопульсар получил название Little Green Men («Маленькие зеленые люди») – сокращенно LGM-1. Вскоре Джоселин было обнаружено еще три источника со столь малой периодичностью в совсем иных областях неба. Тогда стало ясно, что данный источник – это новый класс астрономических объектов.
Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года
Как оказалось, позже – подобные периодические радиосигналы улавливались астрономами и ранее, но принимались за помехи, вызванные человеческой деятельностью.
Кандидаты в пульсары
Характер получаемых импульсов предполагал, что излучение приходит на Землю с участка пространства, относительно небольшого по объему. Также высокая стабильность пульсара свидетельствует о том, что источник излучения представляет собой жесткую систему, а не скопление газа или плазмы. Периодичное же излучение может быть объяснено тремя способами: колебаниями самого объекта-источника, либо его собственным или орбитальным вращением.
Под орбитальным вращением источника периодичного излучения подразумевается взаимное вращение двух объектов, однако такая система со столь низким периодом излучала бы мощные гравитационные волны, которые бы замедляли вращение объектов и приводили бы к их столкновению всего в течение одного года. Кроме того, сближение вызывало бы уменьшение периода излучения, в то время как у пульсаров он несколько растет со временем. Собственные пульсации такого объекта также приводили бы к уменьшению периода. Остается вариант с собственным вращением объекта.
Кандидатами на роль пульсаров стали такие компактные объекты как черные дыры, нейтронные звезды и белые карлики. Так как были открыты пульсары с периодами около 30 миллисекунд, гипотеза о том, что пульсарами могут быть белые карлики – была отброшена. Дело в том, что белые карлики не могли бы иметь такой малый период вращения, так как были бы разрушены в результате центробежной силы, иными словами – просто разлетелись бы. Черные дыры и вовсе не могут излучать самостоятельно. Тогда единственным кандидатом на роль источника периодичного радиоизлучения остается нейтронная звезда, которая имеет высокую скорость вращения.
Физика радиопульсаров
Быстрое вращение нейтронной звезды вызывает потерю некоторой части своего звездного вещества. То есть быстро вращаясь, нейтронная звезда испускает элементарные частицы, образующие плазму.
Схема радиопульсара. Сфера в центре — нейтронная звезда, кривые представляют магнитные силовые линии, конусы вдоль магнитной оси — радиолучи, зелёная линия — ось вращения
Далее, если ось вращения звезды не совпадает с осью магнитного поля, то упомянутое электромагнитное излучение также вращается вокруг оси вращения звезды, вместе с самой нейтронной звездой.
Таким образом астрономы имеют дело с так называемым «маяком», излучение которого периодически направлено в сторону наблюдателя с Земли.
Обозначения
В названии пульсаров зашифрована информация о них. Обозначение PSR XYYYYZZZ несет в себе следующую информацию:
Так открытый в 1967-м году первый пульсар сегодня имеет название PSR B1919+21, первый двойной пульсар (система пульсар-звезда) — PSR B1913+16, а первый дважды двойной (два пульсара) — PSR J0737−3039.
Основные характеристики
Кроме координат, пульсары различают по их характеристикам:
Распределение пульсаров по периодам
К 2011-му году количество открытых радиопульсаров перешло черту в 1970 объектов. Согласно теоретическим подсчетам в галактике Млечный Путь может находится порядка 240 000 радиопульсаров.
ПУЛЬСАР
ПУЛЬСАР, астрономический объект, испускающий мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения в основном в радиодиапазоне. Энергия, излучаемая в импульсах, составляет лишь малую долю его полной энергии. Почти все известные пульсары находятся в нашей Галактике. У каждого пульсара свой период пульсаций; они лежат в диапазоне от 640 импульсов в секунду до одного импульса каждые 5 с. Периоды большинства пульсаров составляют от 0,5 до 1 с. Точные измерения показывают, что обычно период между импульсами возрастает на одну миллиардную долю секунды в сутки; как раз этого следует ожидать при замедлении вращения звезды, теряющей энергию в процессе излучения.
Открытие пульсаров в 1967 было большой неожиданностью, поскольку такие явления не предсказывались ранее. Вскоре стало ясно, что это явление связано либо с радиальными пульсациями, либо с вращением звезд. Но ни обычные звезды, ни даже белые карлики не могут естественным образом пульсировать с такой высокой частотой. Не могут они и вращаться так быстро – центробежная сила разорвет их. Это может быть только очень плотное тело, состоящее из вещества, предсказанного Л.Д.Ландау и Р.Оппенгеймером в 1939. В этом веществе ядра атомов вплотную прижаты друг к другу. Сжать вещество до такой степени может только гигантская сила тяжести, которой обладают лишь очень массивные тела, такие, как звезды. При огромной плотности ядерные реакции превращают большинство частиц в нейтроны, поэтому такие тела называют нейтронными звездами.
Наиболее детально исследован мощный пульсар PSR 0531 + 21, расположенный в Крабовидной туманности. Эта нейтронная звезда делает 30 оборотов в секунду и ее вращающееся магнитное поле с индукцией 10 12 Гс «работает» как гигантский ускоритель заряженных частиц, сообщая им энергию до 10 20 эВ, что в 100 млн. раз больше, чем в самом мощном ускорителе на Земле. Полная мощность излучения этого пульсара в 100 000 раз выше, чем у Солнца. Менее 0,01% этой мощности приходится на радиоимпульсы, ок. 1% излучается в виде оптических импульсов и ок. 10% – в виде рентгеновского излучения. Оставшаяся мощность, вероятно, приходится на низкочастотное радиоизлучение и высокоэнергичные элементарные частицы – космические лучи.
Длительность радиоимпульса у типичного пульсара составляет всего 3% интервала времени между импульсами. Последовательно приходящие импульсы сильно отличаются друг от друга, но средняя (обобщенная) форма импульса у каждого пульсара своя и сохраняется в течение многих лет. Анализ формы импульсов показал много интересного. Обычно каждый импульс состоит из нескольких субимпульсов, которые «дрейфуют» вдоль среднего профиля импульса. У некоторых пульсаров форма среднего профиля может внезапно меняться, переходя от одной устойчивой формы к другой; каждая из них сохраняется в течение многих сотен импульсов. Иногда мощность импульсов падает, а затем восстанавливается. Такое «замирание» может длиться от нескольких секунд до нескольких суток.
При подробном анализе у субимпульсов обнаруживается тонкая структура: каждый импульс состоит из сотен микроимпульсов. Область излучения такого микроимпульса на поверхности пульсара имеет размер менее 300 м. При этом мощность излучения сравнима с солнечной.
Механизм действия пульсара.
Пока существует лишь приближенная картина действия пульсара. Его основой служит вращающаяся нейтронная звезда с мощным магнитным полем. Вращающееся магнитное поле захватывает вылетающие с поверхности звезды ядерные частицы и ускоряет их до очень высоких энергий. Эти частицы испускают электромагнитные кванты в направлении своего движения, формируя вращающиеся пучки излучения. Когда пучок оказывается направленным на Землю, мы принимаем импульс излучения. Не совсем ясно, почему эти импульсы имеют столь четкую структуру; возможно, лишь небольшие области поверхности нейтронной звезды выбрасывают частицы в магнитное поле. Частицы максимально высокой энергии не могут быть ускорены по отдельности; по-видимому, они образуют пучки, содержащие, возможно, 10 12 частиц, которые ускоряются как единая частица. Это помогает понять и резкие границы импульсов, каждый из которых, вероятно, связан с отдельным пучком частиц.
Открытие.
Первый пульсар открыли случайно в 1967 астрономы Кембриджского университета Дж. Белл и Э.Хьюиш. Испытывая новый радиотелескоп с аппаратурой для регистрации быстропеременного космического излучения, они неожиданно обнаружили цепочки импульсов, приходящих с четкой периодичностью. Первый пульсар имел период 1,3373 с и длительность импульса 0,037 с. Ученые назвали его CP 1919, что значит «кембриджский пульсар» (Cambridge Pulsar), имеющий прямое восхождение 19 ч 19 мин. К 1997 усилиями всех радиоастрономов мира было открыто более 700 пульсаров. Исследование пульсаров проводится с помощью крупнейших телескопов, поскольку для регистрации коротких импульсов необходима высокая чувствительность.
Строение пульсара.
Нейтронные звезды имеют жидкое ядро и твердую кору толщиной ок. 1 км. Поэтому по структуре пульсары больше напоминают планеты, чем звезды. Быстрое вращение приводит к некоторой сплюснутости пульсара. Излучение уносит энергию и момент импульса, что вызывает торможение вращения. Однако твердая кора не позволяет пульсару постепенно становиться сферическим. По мере замедления вращения в коре накапливаются напряжения и наконец она ломается: звезда скачкообразно становится чуть более сферической, ее экваториальный радиус уменьшается (всего на 0,01 мм), а скорость вращения (в результате сохранения момента) немного возрастает. Затем вновь следует постепенное замедление вращения и новое «звездотрясение», приводящее к скачку скорости вращения. Так, изучая изменения периодов пульсаров, удается многое узнать о физике твердой коры нейтронных звезд. В ней происходят тектонические процессы, как в коре планет, и, возможно, образуются свои микроскопические горы.
Двойные пульсары.
Пульсар PSR 1913+16 стал первым, обнаруженным в двойной системе. Его орбита сильно вытянута, поэтому он очень близко подходит к своему соседу, который может быть только компактным объектом – белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой. Высокая стабильность импульсов пульсара позволяет по доплеровскому смещению частоты их прихода очень точно изучать его орбитальное движение. Поэтому двойной пульсар был использован для проверки выводов общей теории относительности, согласно которой большая ось его орбиты должна поворачиваться в год примерно на 4 ° ; именно это и наблюдается.
Известно несколько десятков двойных пульсаров. Открытый в 1988 пульсар в двойной системе совершает 622 оборота в секунду. Его сосед с массой всего 2% солнечной, вероятно, был когда-то нормальной звездой. Но пульсар заставил его «похудеть», часть массы перетянув на себя, а часть – испарив и «сдув» в космическое пространство. Скоро пульсар окончательно уничтожит соседа и останется в одиночестве. Видимо, этим можно объяснить тот факт, что подавляющее число пульсаров – одиночки, тогда как не менее половины нормальных звезд входит в двойные и более сложные системы.
Расстояние до пульсаров.
Проходя от пульсара до Земли, радиоволны преодолевают межзвездную среду; взаимодействуя в ней со свободными электронами, они замедляются – чем больше длина волны, тем сильнее замедление. Измерив задержку длинноволнового импульса относительно коротковолнового (которая достигает нескольких минут) и зная плотность межзвездной среды, можно определить расстояние до пульсара.
Как показывают наблюдения, в среднем в межзвездной среде приходится ок. 0,03 электрона на кубический сантиметр. Основанные на этой величине расстояния до пульсаров в среднем составляют несколько сотен св. лет. Но есть и более удаленные объекты: упомянутый выше двойной пульсар PSR 1913+16 удален на 18 000 св. лет.
Пульсар – что это?
Пульсар – это разновидность нейтронной звезды, остаток от массивной звезды. Пульсар отличается от обычных нейтронных звезд тем, что он являются мощным источником радио, оптического, рентгеновского и гамма излучений и вращаются с огромной скоростью. Астрономы обнаруживают их по радиоимпульсам, которые они излучают с регулярными интервалами.
Образование Пульсара
Образование пульсара очень похоже на создание нейтронной звезды. Когда массивная звезда с массой в 4-8 раз больше массы нашего Солнца умирает, она взрывается как сверхновая. Внешние слои уносятся в космос, а внутреннее ядро сжимается под воздействием собственной гравитации. Гравитационное давление настолько сильно, что оно преодолевает связи, которые разделяют атомы.
Электроны и протоны под действием силы тяжести, образуют нейтроны. Гравитация на поверхности нейтронной звезды составляет примерно 2х10 11 силы тяжести на Земле. Так, самые массивные звезды взрываются как сверхновые и могут сжаться в черные дыры. Если они менее массивны, как наше Солнце, они выбрасывают свои внешние слои и затем медленно остывают, превращаясь в белые карлики.
Но для звезд, масса которых в 1,4-3,2 раза превышает массу Солнца, все еще могут стать сверхновыми, но им просто не хватит массы, чтобы создать черную дыру. Эти объекты средней массы заканчивают свою жизнь как нейтронные звезды, а некоторые из них могут стать пульсарами или магнетарами. Когда эти звезды коллапсируют, они сохраняют свой угловой момент.
История обнаружения пульсаров
Первый пульсар был открыт в 1967 году и он удивил научное сообщество регулярными радиоизлучениями, которые он передавал. Они обнаружили таинственное радиоизлучение, исходящее из неподвижной точки в небе, которое достигало максимума каждые 1,33 секунды. Эти излучения были настолько регулярными, что некоторые астрономы думали, что это может быть свидетельством связи с разумной цивилизацией.
Хотя астрономы были уверены, что он имеет естественное происхождение, они назвали его LGM-1 (сокр. от англ. Little Green Men — «маленькие зелёные человечки»). Последующие открытия помогли астрономам обнаружить истинную природу этих странных объектов. Ученые предположили, что это быстро вращающиеся нейтронные звезды. Это было подтверждено открытием пульсара с очень коротким периодом вращения (33 миллисекунды) в Крабовидной туманности. До сих пор было найдено более 2000 пульсаров и самый быстрый обнаруженный излучает 716 импульсов в секунду.
Позднее пульсары были обнаружены в бинарных системах, что помогло подтвердить общую теорию относительности Эйнштейна. А в 1982 году был найден пульсар с периодом вращения всего 1,6 микросекунд. На самом деле, первые когда – либо открытые экзопланеты были обнаружены на орбите пульсара, конечно, это было бы не очень пригодное для жизни место.
Интересные факты
Когда пульсар формируется, он имеет наибольшую энергию и самую быструю скорость вращения. По мере того как он выпускает электромагнитную энергию, он постепенно замедляется. В течение 10-100 миллионов лет он замедляется до такой степени, что его лучи отключаются и пульсар становится тихим.
Когда они активны, они вращаются с такой сверхъестественной регулярностью, что астрономы используют их в качестве таймеров. На самом деле, говорят, что некоторые типы пульсаров соперничают с атомными часами в их точности в поддержании времени.
Пульсары также помогают нам искать гравитационные волны, исследовать межзвездную среду и даже находить на орбите внеземные планеты. Фактически, первые экзопланеты были открыты вокруг пульсара в 1992 году, когда астрономы Александр Вольщан и Дейл Фрейл объявили об открытии системы с несколькими планетами вокруг PSR B1257+12 – миллисекундного пульсара, который, как известно, имеет две экзопланеты.
Было даже высказано предположение, что космические аппараты могут использовать их в качестве маяков для навигации вокруг Солнечной системы. На космическом корабле НАСА Вояджер 1 есть карты, которые показывают направление движения Солнца до 14 пульсаров в нашем регионе. Если бы инопланетяне хотели найти нашу родную планету, они не могли бы попросить более точную карту.
ПУЛЬСАР
Полезное
Смотреть что такое «ПУЛЬСАР» в других словарях:
ПУЛЬСАР — ПУЛЬСАР, небесное тело, которое с чрезвычайной регулярностью испускает РАДИОВОЛНЫ в виде импульсов. Впервые они были обнаружены англичанкой Джоселин Белл (р. 1943), работавшей в Меллардовской радиоастрономической обсерватории в Кембридже. Первый… … Научно-технический энциклопедический словарь
пульсар — а, м. Poulsard. Вино из Пульсара, действительно, приобрело себе вполне заслуженную славу. Кроме того пульсар прекрасный столовый виноград. 1900. Бр. Елисеевы 1 16. Пульсар Poulsard, Peloussard. Хороший винный сорт. ЭСХ 1905 9 153. Юрское вино,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
пульсар — спинар, источник, звезда Словарь русских синонимов. пульсар сущ., кол во синонимов: 4 • звезда (503) • источник … Словарь синонимов
пульсар — пульсар, мн. пульсары, род. пульсаров … Словарь трудностей произношения и ударения в современном русском языке
Пульсар — Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре изображения нейтронная звезда, кривые линии обозначают линии магнитного поля пульсара, голубые конусы потоки излучения пульсара … Википедия
Пульсар — астрономический объект, испускающий мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения. Первыми были открыты радиопульсары, а затем эти же объекты были обнаружены в оптическом, рентгеновском и гамма диапазонах. Все они оказались… … Астрономический словарь
пульсар — пульсар, пульсары, пульсара, пульсаров, пульсару, пульсарам, пульсар, пульсары, пульсаром, пульсарами, пульсаре, пульсарах (Источник: «Полная акцентуированная парадигма по А. А. Зализняку») … Формы слов
пульсар — пульс ар, а … Русский орфографический словарь
пульсар — (2 м); мн. пульса/ры, Р. пульса/ров … Орфографический словарь русского языка