Введення

Протягом століть єдиним джерелом відомостей про зірки і
Всесвіту був для астрономів видиме світло. Спостерігаючи неозброєним окомабо за допомогою телескопів, вони використовували тільки дуже невеликий інтервалхвиль зі всього різноманіття електромагнітного випромінювання, що випускаєтьсянебесними тілами. Астрономія перетворилася з середини нашого століття, колипрогрес фізики і техніки надав їй нові прилади та інструменти,що дозволяють вести спостереження в самому широкому діапазоні хвиль - від метровихрадіохвиль до гамма-променів, де довжини хвиль становлять мільярдні часткиміліметра. Це викликало наростаючий потік астрономічних даних, у томучислі і відкриття пульсарів.

Відкриття

Влітку 1967 р. у Кембриджському університеті (Англія) став до ладу новийрадіотелескоп, спеціально побудований Е. Хьюішем і його працівниками дляоднієї наглядової завдання - вивчення мерехтінь космічнихрадіоджерела. Новий радіотелескоп дозволяв проводити спостереженнявеликих ділянок неба, а апаратура для обробки сигналів була здатнареєструвати рівень радіо-потоку через кожні кілька десятих частоксекунди. Ці дві особливості їх інструменту і дозволили кембріджськихрадіоастрономії відкрити щось зовсім нове - пульсари. Відкриттяпульсарів відзначено Нобелівською премією з фізики в 1978 р.

Інтерпретація: нейтронні зірки

В астрономії відомо чимало зірок, блиск яких безперервно змінюється,то зростаючи, то падаючи. Є зірки, їх називають цефеїд зі строгоперіодичними варіаціями блиску. Посилення і ослаблення яскравості відбуваєтьсяу різних зірок цього класу з періодами від кількох днів до року. Але допульсарів ніколи ще не зустрічалися зірки з настільки коротким періодом, яку першому «кембриджського» пульсара.

Слідом за ним в дуже короткий час було відкрито кілька десятківпульсарів, і періоди деяких з них були ще коротше. Зараз відомоблизько чотирьох сотень пульсарів. Дуже короткі періоди пульсарів послужилипершим і самим вагомим аргументом на користь інтерпретації цих об'єктів якобертаються нейтронних зірок. Походження швидкого обертання нейтроннихзірок-пульсарів безсумнівно викликане сильним стисненням зірки при їїперетворення з «звичайною» зірки на нейтронну. Коли зірка стискається, їїобертання прискорюється. Тут діє один з основних законів механіки --закон збереження моменту імпульсу. З нього випливає, що при змінірозмірів обертового тіла, змінюється і швидкість його обертання. Більшешвидке початкове обертання дає і ще більш короткі періоди. Заразвідомі не тільки пульсари, що випромінюють в радіодіапазоні, - їх називаютьрадіопульсарамі, але і рентгенівські пульсари, що випромінюють регулярніімпульси рентгенівських променів. Але й радіопульсари, і рентгенівські пульсаривідрізняються від барстери в одному принциповому відношенні: вони володіютьдуже сильними магнітними полями, які разом зі швидким обертанням істворюють ефект пульсацій, хоча і діють ці поля по-різному врадіопульсарах і пульсара рентгенівських.

Рентгенівські пульсари

Рентгенівські пульсари - це тісні подвійні системи, в яких одна ззірок є нейтронної, а інша - яскравою зіркою-гігантом. Відомоблизько двох десятків цих об'єктів. Перші два рентгенівських пульсара - всузір'ї Геркулеса і в сузір'їв Центавра. Пульсар в Геркулесі посилаєімпульси з періодом 1,24 с. Це період обертання нейтронної зірки. Міжіншим, спостереження рентгенівських затемнень для барстери до останньогочасу не вдавалося. Пульсар в сузір'ї Центавра має період пульсацій
4,8 с. У більшості випадків компаньйоном нейтронної зірки в рентгенівськихпульсара є яскрава блакитна зірка-гігант. Цим вони відрізняються відбарстери, які містять слабкі зірки-карлики. Є всі підставивважати, що нейтронні зірки рентгенівських пульсарів мають дужесильним магнітним полем, що досягає значень магнітної індукції B (108 -
109 Тл, що в 1011 - 1012 разів більше середнього магнітного поля Сонця. Алетакі поля природно утворюються в результаті сильного стиснення приперетворення звичайної зірки в нейтронну.

За своєю структурою, тобто з геометрії силових ліній, магнітне полепульсара схоже, як можна очікувати, на магнітне поле Землі або Сонця: унього є два полюси, з яких у різні боки розходяться силовілінії. Таке поле називають дипольним.

Від рентгенівських пульсарів ніколи не спостерігали спалахів, подібнихспалахів барстери. З іншого боку, від барстери ніколи не спостерігалирегулярних пульсацій. Магнітне поле нейтронних зірок у барстери помітнослабшим, ніж у пульсара. Різниця в магнітному полі пов'язано, ймовірно, звідмінністю віку барстери і пульсарів. Отже, барстери - цестарі системи, в яких магнітне поле встигло з часом в какой-тоступеня ослабнути, а пульсари - це відносно молоді системи і томумагнітні поля в них сильніше.

Радіопульсари

Розподіл радіопульсаров на небесній сфері дозволяє укластиперш за все, що ці джерела належать нашій Галактиці: вони очевиднимчином концентруються до її площині служить, екватором галактичноїкоординатної сітки. Якщо радіопульсари розташовуються поблизу галактичноїплощині, серед наймолодших зірок Галактики, то розумно вважати, що йсамі вони є молодими. Сувора періодичність проходження імпульсів,розташування в площині Галактики і молодість - все це зближуєрадіопульсари з рентгенівськими пульсарами. Але в багатьох інших відносинахвони різко відрізняються один від одного. Справа не тільки в тому, що однівипускають радіохвилі, а інші рентгенівські промені. Найважливіше те, щорадіопульсари - це поодинокі, а не подвійні зірки. Фізика радіопульсаровмає бути зовсім іншою, ніж у барстери або рентгенівських пульсарів.
Принципово іншим повинен бути джерело їх енергії. Випромінювання пульсара
Крабоподібної туманності реєструється в усіх діапазонах електромагнітниххвиль - від радіохвиль до гамма-променів. Найбільше енергії він випускаєсаме в області гамма-променів:
E (10-11 Вт/м2

Але більшість радіопульсаров реєструються завдяки випромінюванню врадіодіапазоні. Відстань до Крабоподібної туманності: d = 6 * 1019 м,отже, можна знайти світність пульсара:

Джерело енергії

Періодичність імпульсів радіопульсара витримується з дивовижноюточністю. Це найточніші годинники в природі. Характерне час зміниперіоду становить для більшості пульсарів приблизно мільйон років.

Обертання сповільнюється з часом, отже, витрачається енергіяобертання. Кінетичну енергію обертання зірки можна отримати за формулою:де М - маса зірки, V - характерна швидкість обертання. При типовомуперіоді 1 с і радіусі нейтронної зірки 10000 м:
E = 3 * 1039 Дж.
Такий запас енергії обертання. Кінетична енергія обертання нейтронноїзірки досить велика і вона здатна служити резервуаром, з якоговипромінювання черпає свою енергію.

Магнітно-дипольному випромінювання

Нейтронна зірка може мати дуже значним магнітним полем.
Швидше за все, поле має дипольний характер, а його вісь нахилена до осіобертання нейтронної зірки, як і у рентгенівського пульсара. Магнітно -дипольному випромінювання давно вивчено в електродинаміці. Отже, що обертаєтьсянейтронна зірка з похилим магнітним полем здатна випромінюватиелектромагнітні хвилі. При цьому енергія її обертання перетвориться венергію випромінювання.

Магнітосфера

Магнітосфера - обертається хмара заряджених частинок, що оточуєнейтронну зірку. Можливість і навіть необхідність існування такогохмари довели американські астрофізики-теоретики П. Голдрайх і В.
Джуліан. Народження і прискорення частинок, що утворюють магнітосферу, вимагаєзначної енергії, яка черпається з кінетичної енергії обертаннянейтронної зірки. Теоретичний аналіз, виконаний П. Голдрайхом і В.
Джуліаном, показує, що на це витрачається приблизно стільки женергії, скільки і на магнітно-дипольному випромінювання.

Основна частка енергії обертання, що втрачається нейтронної зіркою,перетвориться не в спостережуване випромінювання пульсара, а в енергію частинок,прискорених в магнітосфері нейтронної зірки. Радіопульсари є, такимчином, потужним джерелом частинок високих енергій. З плином часупульсар втрачає свою енергію обертання і магнітну енергію, так щопоступово і частота обертання, і магнітне поле нейтронної зірки зменшуються.
Радіопульсари - це поодинокі нейтронні зірки, а не члени тісних подвійнихсистем. І тим не менше світіння, хоча і досить слабке, все ж таки можевиникати:
L = 1024 Вт

Пульсари і космічні промені

Ще в 1934р. В. Бааде і Ф. Цвіккі вказали на можливий зв'язок міжспалахами найновіших, нейтронними зірками і космічними променями --частинками високих енергій, що приходять на Землю з космічногопростору. Найбільша енергія частинки, зареєстрована в космічнихпроменях:
E = 1020 еВ (10 Дж
Середня концентрація часток космічних променів у міжзоряному просторінашої Галактики оцінюється величиною:n (10-4 м3
Середня енергія частинки:
E (10-9 Дж (1010 еВ
Щільність енергії космічних променів, тобто енергія частинок в одиниці об'єму:
(E (10-13 Дж/м3

Основною ж питання фізики космічних променів з самого початку її розвитку
- Природа їхньої високої енергії. Він до цих пір ще не вирішено. Відкриттяпульсарів, аналіз їх електродинаміки, дані про частки високої енергії в
Крабоподібної туманності - все це вказує на пульсари як на ефективнийджерело космічних променів.

Висновок

За відкриття пульсарів Ентоні Хьюішу в 1974 році була присуджена
Нобелівська премія з фізики. Відкриття дійсно було видатного, ілише назва виявилася не точним. Пульсари зовсім не пульсують. Ценазву дали їм тоді, коли ще вважали, що це зірки, які,подібно цефеїд, періодично розширюються і стискаються. Тепер ми знаємо,що пульсари - це обертаються нейтронні зірки. Однак назваприжилося.
-----------------------< br>