Главная страница
qrcode

Альманах - Космос. C I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей


Скачать 11.93 Mb.
НазваниеC I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей
АнкорАльманах - Космос.pdf
Дата14.12.2017
Размер11.93 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаAlmanakh_-_Kosmos.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипСборник статей
#51569
страница22 из 36
Каталогid50384802

С этим файлом связано 45 файл(ов). Среди них: и ещё 35 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   36
Попробуем по-другому
Исследователи заключили, что один из основных факторов – гравитационное поле звез+
ды-компаньона – становится решающим. По крайней мере половина всех светил, которые мы видим на небе, в действительности являются двойными. В большинстве систем компаньоны так далеки друг от друга, что живут независимо.
Но у некоторых тесных пар притяжение одной звезды может значительно отклонить вещество,
вытекающее из другой. Доля таких пар как раз соответствует доле биполярных объектов среди планетарных туманностей.
Согласно сценарию, предложенному Марио
Ливио (Mario Livio) из Института космического телескопа и Ноамом Сокером (Noam Soker) из Института «Технион» (Израиль, компаньон захватывает вещество, оттекающее от умирающей звезды. В системе, где размер орбит меньше, чему Меркурия, а орбитальный год измеряется земными сутками, такой обмен сложен. К моменту,
когда вещество умирающей звезды достигает компаньона, последний стремительно перемещается по своей орбите. Вещество, оттянутое приливной силой от рыхлой умирающей звезды, образует хвост, тянущийся за более плотной звез+
дой-компаньоном, плотный толстый диск, обращающийся вокруг компаньона. Моделирование показывает, что компаньон, находящийся на столь же далекой, как у Нептуна, орбите, может окружить себя аккреционным диском.
Раздуваясь, умирающая звезда способна проглотить своего компаньона вместе с диском. Оказавшись на спиральной орбите в теле большей звезды, они разрушают ее изнутри. При этом вытекающие потоки формируют изогнутые струи.
Постепенно компаньон погружается в звезду и наконец сливается с ее ядром, а выброс вещества прекращается. Возможно, поэтому некоторые туманности выглядят так, будто бы его приток в них внезапно прекратился.
Магнитное управление
Звезда-соседка по двойной системе, вероятно,
не единственный скульптор планетарной туманности. Другим игроком может быть мощное магнитное поле самой звезды или диска, окружающего звезду-соседку. Поскольку газ в космосе ионизован, магнитное поле способно управлять его движением. Сильные поля действуют как упругие резиновые нити, направляя газовые потоки. Альманах КОСМОС НЕОБЫЧНАЯ СМЕРТЬ ОБЫЧНЫХ ЗВЕЗД

Модель воспроизводила все изображения, полученные кг. Компьютерные расчеты показали, что идея в основе верна, а новые наблюдения подтвердили, что медленные потоки вокруг экватора звезды более плотные. Однако наша радость была недолгой. В 1994 г.
«Хаббл» получил первое четкое изображение планетарной туманности Кошачий Глаз (NGC открытой Гершелем. Один из ее двух пересекающихся эллипсов – тонкая оболочка, окружающая овальную полость, – соответствовал модели. Но никто не мог предположить, что туманность будет окружена клочковатыми красными областями. Еще более странными казались полосы вне туманности, похожие на струи. Наша модель взаимодействующих ветров в лучшем случае верна лишь частично.
Крепкий орешек
Красивую научную идею не так-то легко отбросить. Сначала мы пытались игнорировать результаты наблюдений, надеясь, что Кошачий
Глаз – аномалия. Ноне тут-то было другие изображения с «Хаббла» подтвердили, что в нашем сценарии смерти звезды отсутствуют какие-то важные детали. Среди планетарных туманностей самые необычные – биполярные. На снимках «Хаббла» они выглядят изысканно мелкие детали симметрично входят в обе части туманности. Симметрия указывает на то, что вся структура рождалась когерентно, в регулярном процессе, действовавшем вблизи поверхности звезд.
Для таких объектов модель взаимодействующих ветров дает прогноз, который легко проверить выйдя за пределы тора, газ должен вытекать наружу с постоянной скоростью, которая создает заметное доплеровское смещение в его спектре. К сожалению, такое испытание модель не выдерживает. В 2000 г. Романо Корради (Romano
L.M. Corradi), работающий сейчас в Группе телескопов И. Ньютона Института астрофизики на
Канарских островах, при помощи телескопа
«Хаббл» изучил Южную крабовидную туманность. Оказалось, что скорость ее расширения возрастает пропорционально расстоянию от звезды, а наиболее далекий от центра газ с самого начала двигался быстро. Прекрасная
130
З ВЕЗ Д Ы
Брюс Балик, Адам Франк
Планетарные туманности говорят о будущем нашей Солнечной системы. Когда Солнце состарится, оно раздуется до размера нынешней орбиты Земли, заставив Меркурий и Венеру сгореть, подобно гигантским метеорам. Земля избежит такой участи, поскольку Солнце, потеряв часть своей массы, ослабит притяжение, и наша планета перейдет на новую, более удаленную орбиту. Солнце, как красный монстр, заполнит все небо. Когда один его край будет скрываться на западе, другой уже начнет восходить на востоке. Более холодное, чем сегодня (2000 K, а не K), оно все равно нагреет нашу планету.
Земля станет свидетелем формирования планетарной туманности как бы изнутри. Солнце сбросит свои внешние слои, колоссально усилив современный солнечный ветер. Постепенно
«красный бегемот разденется до ядра, которое превратится в белый карлик. Освещенные его голубым светом, предметы на Земле будут отбрасывать резкие и черные как смоль тени. Восходы и закаты крохотного светила станут мгновенными. Мощное ультрафиолетовое излучение карлика разрушит все молекулярные связи, камень превратится в плазму, которая окутает планету жутким переливающимся туманом. Теряя излучение, белый карлик постепенно остынет и потухнет. Вскоре остынет и планета. Так погибнет наш мир – сначала в огне, а затем во льду.
Испепеленная красным гигантом – состарившимся Солнцем, – в будущем Земля станет удобным местом для наблюдения зарождающейся планетарной туманностью.
ТЕРРАКОТА
Планетарная туманность Сетчатка Глаза (IC 4406)
В конце х гг. Роджер Шевалье A.Chevalier) и Динг Луо (Ding
Luo) из Виргинского университета предположили, что оттекающий звездный ветер уносит петли магнитного поля. Борьба газа с полем может придавать потоку экзотические формы, но,
чтобы он мог его захватить, оно с самого начала должно быть довольно слабым, а значит, не может нести ответственность за генерацию ветра. Как же сильные магнитные поля выбрасывают вещество в космос Поскольку умирающая звезда бурлит из-за конвекции, связанное с ее ядром магнитное поле вместе с газом поднимается к поверхности. Если ядро вращается быстро,
то поле наматывается на него, как пружина, а когда вырывается на поверхность, захватывает и выбрасывает вещество наружу. Подобное может происходить ив замагниченном аккреционном диске. Фактически как звезда, таки диск могут создать ветер. Несовпадение их осей объясняет некоторые странные многополюсные формы у молодых планетарных туманностей. Вместе с Эриком
Блэкманом (Eric G. Blackman) из Рочес+
терского университета, Сином Мэттом
(Sean Matt) из Университета Макмастера
Адам Франк изучает эти эффекты. Магнитные поля, как и двойные звезды, дают дополнительные силы, способные создать намного большее разнообразие форм, чем это может модель взаимодействующих ветров.
Источники энергии звезд в процессе эволюции затухают, а внешние слои сбрасываются в космос. Фактически теория внутреннего строения и эволюции звезд – одна из самых успешных научных теорий XX столетия, которая объясняет наблюдаемые свойства большинства звезд их излучение, цвет и даже большинство их причуд. Однако новая информация делает несостоятельными даже лучшие из теорий. Такова природа прогресса. Открытия часто, разрушая старое, позволяют решить наболевшие вопросы и открывают путь к стремительному движению вперед, часто – в неожиданном направ+
лении.

(«В мире науки, №9, Альманах КОСМОС НЕОБЫЧНАЯ СМЕРТЬ ОБЫЧНЫХ ЗВЕЗД

132
З ВЕЗ Д Ы
Брюс Балик, Адам Франк
КОГДА УМИРАЕТ ЗВЕЗДА, РОЖДАЕТСЯ ТУМАННОСТЬ
вышающая массу Солнца, сосредоточена в шаре диаметром всего 20 км. Исследования SGR показали, что некоторые нейтронные звезды обладают настолько сильным магнитным полем, что оно существенно изменяет свойства вещества внутри звезд и квантовое состояние вакуума вокруг них,
что и приводит к физическим эффектам, не наблюдаемым в других местах Вселенной.
Никто не ожидал
Поскольку всплеск радиации в марте 1979 г.
был настолько сильным, теоретики предположили, что ее источник находится где+то в нашей Галактике на расстоянии не более нескольких сотен световых лет от Земли. В этом случае интенсивность рентгеновского и гамма+излучения объекта могла бы лежать ниже максимума стационарной светимости звезды, который был рассчитан в 1926 г. английским астрофизиком Артуром Эд+
дингтоном (Arthur Eddington). Он определяется давлением излучения, проходящего через горячие внешние слои звезды. Если интенсивность излучения превысит этот максимум, то его давление преодолеет силу гравитации, вызовет выброс вещества звезды и нарушит ее стационарность.
А поток излучения, меньший предела Эддингто+
на, объяснить несложно. Например, некоторые теоретики предполагали, что всплеск излучения мог быть вызван ударом сгустка вещества, например астероида или кометы, в расположенную неподалеку от нас нейтронную звезду.
Данные наблюдений вынудили ученых отказаться от этой гипотезы. Каждая из космических станций отметила время прибытия первого всплеска жесткого излучения, что позволило группе астрономов во главе с Томасом Клайном
(Thomas Litton Cline) из Годдардовского центра космических полетов NASA определить методом триангуляции местоположение его источника.
Оказалось, что оно совпадает с Большим Магел+
А ль м ан ах КОСМОС »
135
МАГНИТАРЫ
5
марта 1979 г, сбросив спускаемые аппараты в ядовитую атмосферу Венеры, советские космические станции Венера и Венера продолжили полет по эллиптическим орбитам через внутреннюю часть Солнечной системы. Показания счетчиков радиации на борту обеих станций колебались в пределах 100 отсчетов в секунду. Однако в 10:51 по среднеевропейскому времени) на аппараты обрушился поток гамма+излу+
чения. За долю миллисекунды уровень радиации превысил 200 тыс. отсчетов в секунду. Через 11 сек.
поток гамма+излучения накрыл космический зонд NASA
, который также двигался по орбите вокруг Солнца. Стало ясно, что через Солнечную систему прошел плоский фронт излучения высокой энергии. Вскоре он дошел до Венеры, и на обращавшемся вокруг нее спутнике Pioneer Venus
Orbiter детектор зашкалило. Спустя несколько секунд поток достиг Земли и был зарегистрирован тремя спутниками Vela министерства обороны
США, советским спутником Прогноз и космической обсерваторией Einstein. Наконец, на пути через Солнечную систему волновой фронт ударил по международной космической станции Sun'Earth Всплеск жесткого гамма+излучения высокой энергии был враз интенсивнее всех предыдущих, приходивших из+за пределов Солнечной системы, и длился всего 0,2 сек. За ним последовал поток мягкого рентгеновского и гамма+излуче+
ния, пульсировавшего с периодом в 8 секи затухшего через три минуты. Спустя 14,5 часа в 01:17 6 марта в той же точке небесной сферы наблюдалась еще одна, но более слабая вспышка гамма+излучения. В течение последующих четырех лет группа ученых из Ленинградского физи+
ко+технического института им. А.Ф. Иоффе под руководством Евгения Мазеца зарегистрировала еще 16 вспышек. Они различались по интенсивности, но были слабее и короче всплеска 5 марта г.
Астрономы никогда не сталкивались с подобным. Сначала новые вспышки были внесены в каталоги уже хорошо известных и изученных гамма+всплесков (Gamma'Ray Bursts, GRB), хотя отличались от них по целому ряду признаков. В х гг. Кевин Харли (Kevin C. Hurley) из Калифорнийского университета в Беркли обнаружил,
что подобные взрывы происходили еще в двух областях неба. Вспышки у всех этих источников повторялись, в отличие от GRB, которые вспыхивали только один раз см. Нейл Герелс, Луиджи Пи'

ро и Питер Леонард Ярчайшие взрывы во Вселенной, стр. 142). В июле 1986 г. на конференции в Тулузе астрономы пришли к согласию по вопросу о положении этих источников на небе и назвали их повторными мягкими гамма+вспле+
сками» (Soft Gamma Repeaters, SGR). Прошло еще семь лет, прежде чем Дункан и Томпсон, двое из авторов настоящей статьи,
придумали объяснение для этих странных объ+
ктов, и только в 1988 г. Кувелиоту и ее группа нашли убедительные свидетельства, подтверждающие предложенную модель. Последние наблюдения показали, что все это имеет отношение к еще одному типу загадочных небесных тел, известных под названием аномальных рентгеновских пульсаров (Anomalous X'ray Pulsars, AXP). Нейтронные звезды – самые плотные из известных небесных тел их масса, несколько пре+
134
З ВЕЗ Д Ы
МАГНИТАРЫ
Крисса Кувелиоту, Роберт Дункан и Кристофер Томпсон
Некоторые звезды намагничены столь сильно, что излучают гигантские вспышки за счет энергии магнитного поля и существенно изменяют квантовые свойства вакуума.
ОБЗОР:
СВЕРХНАМАГНИЧЕННЫЕ
НЕЙТРОННЫЕ ЗВЕЗДЫ

Астрономы обнаружили несколько звезд, испускающих мощные вспышки гамма и рентгеновского излучения, которые могут быть в миллионы раз ярче всех других известных повторяющихся вспышек. Огромная величина этих энергий и пульсации излучения указывают на нейтронные звезды – второй по экстремальности (после черных дыр) тип объектов во Вселенной.

Эти нейтронные звезды обладают самыми сильными из измеренных магнитными полями, поэтому их и назвали магнитарами. Наблюдаемые вспышки могут объясняться магнитной неустойчивостью, подобной землетрясениям.

Миллионы магнитаров дрейфуют через нашу Галактику незамеченными, т.к. сохраняют активность всего 10 тыс. лет. КАНДИДАТЫ В МАГНИТАРЫ

Гигантская вспышка в августе 1998 г. подтвердила существование магнитаров. Она началась с резкого всплеска излучения, длившегося менее 1 сек. (слева, за которым последовал ряд импульсов с периодом повторения 5,16 сек.
Это была самая мощная вспышка объекта SGR 1900+14 со времени его открытия в 1979 г. (справа).
0142+61
2259+586
1900+14
1844–0258
1841–045
1708–40
0526–66
0110–72
1806–20
1627–41
1048–59
Период вращения, сек.
Год открытия
Название
SGR 052666 1979 8,0
SGR 1900+14 1979 5,16
SGR 180620 1979 7,47
SGR 180123
*
1997
?
SGR 162741 1998
?
AXP 1E 2259+586 1981 6,98
AXP 1E 104859
**
1985 6,45
AXP 4U 0142+61 1993 8,69
AXP 1RXS 170840
**
1997 11,0
AXP 1E 1841045 1997 11,8
AXPAXJ 18440258 1998 6,97
AXP CXJ 01107211
**
2002 5,44
* На карте не показано – положение точно неизвестно Сокращенное название.
В нашей Галактике и ее окрестностях обнаружены двенадцать
объектов, которые могут быть магнитарами.
лановым Облаком – небольшой галактикой, удаленной от нас примерно на 170 тыс. световых лет. Точнее, положение источника совпадает с молодым остатком сверхновой – светящимися остатками звезды, которая взорвалась в Большом Магеллановом Облаке 5 тыс. лет назад. Если это неслучайное совпадение, источник должен находиться в тысячу раз дальше от Земли, чем предполагалось вначале, следовательно, его интенсивность должна быть в миллион раз больше предела Эддингтона. В марте 1979 г. данный источник выделил засек. столько энергии,
сколько Солнце излучает примерно за 10 тыс. лет,
причем эта энергия была сконцентрирована в гамма+диапазоне, а не распределена по всему спектру электромагнитного излучения.
Обычная звезда не может выделять столько энергии, значит, источник должен быть чем+то необычным, например черной дырой или нейтронной звездой. Вариант черной дыры отвергли, т.к. интенсивность излучения менялась с периодом около 8 сек, а черная дыра – бесструктурный объект, который не может испускать строго периодические импульсы. Связь с остатком сверхновой еще больше подкрепляет гипотезу о нейтронной звезде, которая, как сейчас считается, образуется, когда запас ядерного топлива в ядре обычной звезды большой массы истощается, иона под действием сил гравитации коллап+
сирует, вызывая взрыв сверхновой.
Все же отождествление источника всплесков с нейтронной звездой не решило проблемы. Астрономам известно несколько нейтронных звезд,
находящихся в остатках сверхновых, они являются радиопульсарами – объектами, которые периодически испускают импульсы радиоволн. Однако источник всплеска в марте 1979 г. вращался с периодом около 8 сек, что намного медленнее, чем вращение всех известных к тому времени радиопульсаров. И даже в спокойное время он испускал стационарный поток рентгеновского излучения такой большой интенсивности, которую не может объяснить торможение вращения нейтронной звезды. Странно и то, что источник заметно смещен от центра остатка сверхновой. Если он образовался в центре остатка, то для такого смещения он вовремя взрыва должен был приобрести скорость в 1000 км/с, нетипичную для нейтронных звезд.
Наконец, необъяснимыми кажутся и сами вспышки. Всплески рентгеновского излучения наблюдались у некоторых нейтронных звезд и раньше, но они никогда не превышали Эддинг+
тоновского предела. Астрономы приписывали их процессам термоядерного горения водорода или гелия либо процессам внезапной аккреции на звезду. Однако интенсивность вспышек SGR была беспрецедентна, и для ее объяснения требовался другой механизм. Всегда замедляя вращение
Последний всплеск гамма+излучения от источника 5 марта 1979 г. был зарегистрирован в мае г. Два других SGR, расположенные в пределах нашей Галактики, были обнаружены в 1979 г.
и остаются активными до сих пор, производя сотни вспышек в год. В 1998 г. был обнаружен четвертый SGR. Три из четырех этих объектов, вероятно, связаны с остатками сверхновых. Два из них находятся вблизи очень плотных скоплений массивных молодых звезд, что позволяет думать об их происхождении из таких звезд. Пятый кандидат в SGR вспыхивал всего дважды, и его точное положение на небе пока не установлено.
В 1996 г. исследователи Баолянь Чен (Baolian
L. Chang), Ричард Эпштейн (Richard I. Роберт Гайер (Robert A. Guyer) и Алекс Янг (C. Alex
Young) из Лос+Аламосской национальной лаборатории отметили, что вспышки SGR похожи на землетрясения вспышки меньших энергий происходят чаще. Выпускник Алабамского университета в Хантсвилле Эрсин Гёгюс (Ersin Gegus) подтвердил такое поведение для большой выборки вспышек различных источников. Подобные статистические свойства характерны для самоорганизующихся систем, достигающих критического состояния, при котором малое возмущение способно вызвать цепную реакцию. Такое поведение присуще самым различным системам – от обрушения песчаных склонов до магнитных вспышек на Солнце.
Но почему нейтронные звезды ведут себя таким образом Изучение радиопульсаров, которые представляют собой быстро вращающиеся нейтронные звезды с сильными магнитными полями, помогло ответить на вопрос. Магнитное поле, поддерживаемое электрическими токами,
протекающими глубоко внутри звезды, вращается вместе со звездой. Пучки радиоволн испускаются с магнитных полюсов звезды и перемещаются в пространстве из+за ее вращения, подобно сигнальным огням маяка, в результате чего и наблюдаются пульсации. Пульсары испускают также потоки заряженных частиц и низкочастотные электромагнитные волны, которые уносят энергию и угловой нейтронной звезды, в результате чего ее вращение постепенно замед+
ляется.
1   ...   18   19   20   21   22   23   24   25   ...   36

перейти в каталог файлов


связь с админом