✅Що таке пульсари і як вони утворилися?

Пульсар – це маленька зірка, що дуже швидко обертається, такий собі космічний дервіш. На поверхні зірки є ділянка, яка випромінює в простір вузькоспрямований пучок радіохвиль. Наші радіотелескопи приймають це випромінювання тоді, коли джерело повернуте в бік Землі.

Зірка обертається, і потік випромінювання припиняється. Наступний оборот зірки – і ми знову приймаємо її радіо послання. Так само діє маяк з обертовим ліхтарем. Здалеку ми сприймаємо його світло як пульсуючий. Те ж саме відбувається і з пульсаром. Ми сприймаємо його випромінювання, як пульсуючий з певною частотою джерело радіо хвильового випромінювання.

Пульсари відносяться до сімейства нейтронних зірок. Нейтронна зірка – це зірка, яка залишається після катастрофічного вибуху гігантської зірки.

Зірка середньої величини, наприклад Сонце, розмірами в мільйон разів перевершує таку планету, як Земля. Гігантські зірки в поперечнику в 10, а іноді і в 1000 разів більше Сонця.

Нейтронна зірка – це гігантська зірка, стиснута до розміру великого міста. Ця обставина і робить поведінку нейтронної зірки дуже дивним.

Кожна така зірка дорівнює за масою гігантської зірки, але ця маса стиснута в надзвичайно малому обсязі. Одна чайна ложка речовини нейтронної зірки важить мільярд тонн.

Ось як це відбувається. Після того як зірка вибухає, її залишки стискаються під дією гравітаційних сил. Вчені називають цей процес колапсом зірки. У міру розвитку колапсу сила гравітації зростає, а атоми речовини зірки все тісніше і тісніше туляться один до одного.

У нормальному стані атоми знаходяться на значній відстані один від одного, тому що електронні хмари атомів взаємно відштовхуються. Але після вибуху гігантської зірки атоми так сильно притиснуті і спресовані, що електрони буквально упресовують в ядра атомів.

Ядро атома складається з протонів і нейтронів. Електрони, втиснуті в ядро, реагують з протонами, і в результаті утворюються нейтрони. З плином часу все речовину зірки стає гігантським клубком спресованих нейтронів. Народжується нейтронна зірка.

Вчені вважають, що пульсари зірки існують з незапам’ятних часів. У всякому разі, вони були задовго до того, як їх відкрили.

Перші свідчення їх існування отримані в листопаді 1967 року, коли кілька радіотелескопів в Англії намацали в небі невідомий раніше джерело радіохвильового випромінювання.

У космосі є багато джерел радіохвиль. Наприклад, молекули води і амонію, що дрейфують в міжзоряному просторі, випромінюють радіохвилі. Ці хвилі уловлюються тарілковими антенами радіотелескопів.

Нове джерело радіохвиль, однак, не був схожий на інші. Студентка-старшокурсниця Джослин Белл вивчала радіохвилі, зареєстровані самописами радіотелескопу. Вона звернула увагу на регулярно повторювані спалахи електромагнітного випромінювання, які надходили на антену телескопа з інтервалом в 1,33733 секунди.

Коли новина про відкриття Белл стала надбанням широкої публіки, то деякі вчені вирішили, що Белл прийняла послання чужої цивілізації. Кілька місяців потому був зареєстрований інше джерело пульсуючого радіовипромінювання.

Вчені залишили думку про їх штучне походження. Було вирішено, що ці джерела – надщільні зірки. Їх назвали пульсарами з – за пульсуючого характеру випромінювання. Пульсари виявилися тими самими нейтронними зірками, за якими вчені вже давно полювали. З того часу були відкриті сотні подібних зірок.

Але чому ж пульсари пульсують?

Вчені вважають, що причина в їх швидкому обертанні. Всі зірки, подібно планетам, обертаються навколо своєї осі. Наприклад, Сонце робить один оборот за один місяць. При зменшенні розміру тіла, що обертається воно починає обертатися швидше.

Уявіть собі фігуриста, який обертається на льоду. Коли він притискає руки до тіла, обертання різко прискорюється. Те ж відбувається зі надщільного зірками. Пульсар розміром з Лос-Анджелес обертається зі швидкістю один оборот в секунду. Інші пульсари можуть обертатися ще швидше.

У цьому обертанні і криється причина пульсуючого випромінювання. Пульсари оточені сильним магнітним полем. Уздовж силових ліній цього магнітного поля переміщаються протони й електрони.

Як відомо, сила магнітного поля зростає у північного і південного магнітних полюсів. У цих точках швидкість переміщення протонів і електронів стає дуже великою. При такому розгоні частинки виділяють кванти енергії в діапазоні від рентгенівських променів до радіохвиль.

Оскільки пульсар обертається, а джерело випромінювання обертається разом з ним, то ми сприймаємо випромінювання пульсара тільки в той момент, коли джерело повернутий в бік Землі. Точно так само ми сприймаємо світло маяка з обертовим ліхтарем.

Що таке пульсар: визначення, особливості та різні факти

Пульсари були виявлені абсолютно випадково в середині 60-х років ХХ століття. Це сталося під час спостережень за допомогою радіотелескопа, який спочатку був призначений для того, щоб вивчати різні мерехтливі джерела в незвіданих глибинах космосу. Що ж це космічні об “єкти?

Відкриття пульсарів британськими дослідниками

Група вчених – Джослін Белл, Ентоні Х’юїс та інші – проводили дослідження в Кембриджському університеті. Ці імпульси надходили з періодичністю в 0,3 сек., а їх частота становила 81,5 МГц. Тоді астрономи ще не задумувалися про те, що таке пульсар насправді і яка його природа. Перше, на що вони звернули увагу – це на дивовижну періодичність виявлених ними «» послань «». Адже звичайні мерехтіння відбувалися в хаотичному режимі. Серед учених навіть виникло припущення про те, що ці сигнали є свідченням намагається достукатися до людства позаземної цивілізації. Для їх позначення було введено назву LGM – це англійське скорочення означало little green men (“маленькі зелені чоловічки” “). Дослідники почали робити серйозні спроби для того, щоб розшифрувати загадковий “код” “, і для цього залучалися імениті фахівці-дешифрувальники з усієї планети. Однак їхні спроби не увінчалися успіхом.

Протягом наступних трьох років астрономи виявили ще 3 подібних джерела. І тоді-то вчені зрозуміли, що таке пульсар. Він виявився ще одним об’єктом Всесвіту, ніякого відношення не має до інопланетних цивілізацій. Саме тоді пульсари і отримали свою назву. За їх відкриття вчений Ентоні Х’юіш був удостоєний Нобелівської премії з фізики.

Що представляють собою нейтронні зірки?

Але незважаючи на те, що відкриття це відбулося досить давно, багатьох досі цікавить відповідь на питання «» що таке пульсар «». Це не дивно, адже не кожен може похвалитися, що в його школі чи університеті астрономія викладалася на вищому рівні. Відповідаємо на питання: пульсар – це нейтронна зірка, яка утворюється після того, як відбувається спалах наднової зірки. А так постійність пульсації, яка здивувала свого часу, може бути легко пояснена – причиною її є стабільність обертання цих нейтронних зірок.

В астрономії пульсари позначаються чотиризначним числом. Причому перші дві цифри назви позначають годинник, а наступні дві – хвилини, в які відбувається пряме сходження імпульсу. А попереду цифр ставляться дві латинські літери, в яких кодується місце відкриття. Найперший з усіх відкритих пульсарів отримав назву СР 1919 (або «Кембриджський пульсар»).

Квазари

Що таке пульсари і квазари? Ми вже розібралися з тим, що пульсари є найпотужнішими радіоджерелами, випромінювання яких зосереджується в окремо взятих імпульсах певної частоти. Квазари також є одними з найцікавіших об’єктів у всьому Всесвіті. Вони також є надзвичайно яскравими – перевершують за своєю потужністю загальну силу випромінювання галактик, які подібні до Чумацького Шляху. Квазари були виявлені астрономами як об’єкти, що володіють великим червоним зміщенням. Згідно з однією з поширених теорій, квазари – це галактики на початковому етапі свого розвитку, всередині яких знаходиться надмасивна чорна діра.

Найяскравіший пульсар в історії

Одним з найзнаменитіших таких об’єктів Всесвіту є пульсар у Крабовидній туманності. Дане відкриття показує, що пульсар – це один з найдивовижніших об’єктів у всьому Всесвіті.

Вибух нейтронної зірки в нинішній Крабовидній туманності був настільки потужним, що це навіть не може вписатися в сучасну теорію астрофізики. У 1054 році н. е. на небосхилі засяяла нова зірка, яка в наші дні отримала назву SN 1054. Вибух її спостерігався навіть у денний час, що було засвідчено в історичних хроніках Китаю та арабських країн. Цікаво, що Європа не помітила цього вибуху – тоді суспільство було настільки поглинене розглядами між папою римським і його легатом, кардиналом Гумбером, що жоден вчений того часу не зафіксував цього вибуху в своїх роботах. А через кілька століть на місці цього вибуху було виявлено нову туманність, що згодом отримала назву Крабовидної. Її першовідкривачеві, Вільяму Парсонсу, вона чомусь за своєю формою нагадала краба.

А в 1968 році вперше був виявлений пульсар PSR B0531 + 21, і саме цей пульсар був першим з усіх, які вчені ототожнили з залишками від наднової зірки. Джерелом пульсації, якщо судити більш строго, є не сама зірка, а так звана вторинна плазма, яка утворюється в магнітному полі обертається з шаленою швидкістю зірки. Частота обертання пульсара Крабовидної туманності становить 30 разів на одну секунду.

Відкриття, яке не вписується в рамки сучасних теорій

Але цей пульсар дивовижний не тільки своєю яскравістю і частотою. Нещодавно було виявлено, що PSR B0531 + 21 випускає радіоактивні промені в діапазоні, який перевищує позначку в 100 млрд вольт. Це число в мільйони разів перевершує те випромінювання, яке використовується в медичному обладнанні, а також воно в десять разів вище, ніж те значення, яке описується в сучасній теорії гамма-променів. Мартін Шредер, американський астроном, говорить про це так: “Якби всього лише два роки тому ви поставили будь-якому астрофізику питання про те, чи може бути виявлено такого роду випромінювання, ви б отримали однозначне” “ні” “. Такої теорії, в яку може вкластися відкритий нами факт, просто не існує “.

Що таке пульсари і як вони утворилися: загадка астрономії

Завдяки дослідженням пульсара Крабовидної туманності, вчені мають уявлення про природу цих загадкових об’єктів космосу. Тепер можна більш-менш чітко уявляти собі, що таке пульсар. Їх виникнення пояснюється тим, що на фінальній стадії своєї еволюції деякі зірки вибухають і спалахують величезним феєрверком – відбувається народження наднової зірки. Від звичайних зірок їх відрізняє потужність спалаху. Всього в нашій Галактиці відбувається близько 100 таких спалахів на рік. Лише за кілька діб наднова зірка збільшує світність у кілька мільйонів разів.

Усі без винятку туманності, а також пульсари з’являються на місці спалахів наднових зірок. Але спостерігати пульсари можна не у всіх залишках цього типу небесних світил. Це не повинно бентежити любителів астрономії – адже пульсар можна спостерігати тільки в тому випадку, якщо він розташований під певним кутом обертання. Крім того, в силу своєї природи пульсари «живуть» довше, ніж туманності, в яких вони утворюються. Вчені досі не можуть точно визначити ті причини, які змушують гостилу і, здавалося б, давно мертву зірку ставати джерелом потужного радіовипромінювання. Незважаючи на велику кількість гіпотез, відповідь на це питання астрономам належить дати в майбутньому.

Пульсари з найкоротшим періодом обертання

Ймовірно, тим, хто задається питанням про те, що таке пульсар і які останні новини від астрофізиків про ці небесні об’єкти, буде цікаво знати і загальну кількість відкритих на сьогоднішній день зірок такого роду. Сьогодні вченим відомо більш ніж 1 300 пульсарів. Причому величезна кількість – близько 90% – цих зірок пульсують в межах від 0,1 до 1 секунди. Є навіть пульсари з ще меншими періодами – вони носять назву мілісекундних. Один з них виявили астрономи 1982 року в сузір’ї Лисички. Період його обертання становив лише 0,00155 сек. Схематичне зображення пульсара включає в себе вісь обертання, магнітне поле, а також радіохвилі.

Такі короткі періоди обертання пульсарів і послужили головним аргументом на користь припущень про те, що за своєю природою вони являють собою обертові нейтронні зірки (пульсар є синонімом виразу «» нейтронна зірка «»). Адже небесне тіло з таким періодом обертання має бути дуже щільним. Дослідження цих об’єктів тривають досі. Дізнавшись про те, що таке нейтронні пульсари, вчені не зупинилися на відкритих раніше фактах. Адже ці зірки були справді дивовижними – їх існування могло бути можливим виключно за умови, що відцентрові сили, які виникають внаслідок обертання, менше сил тяжіння, які пов’язують речовину пульсара.

Різні види нейтронних зірок

Надалі виявилося, що пульсари з мілісекундними періодами обертання є не наймолодшими, а, навпаки, одними з найстаріших. І у пульсарів цієї категорії були найслабші магнітні поля.

Є також і тип нейтронних зірок, званих рентгенівськими пульсарами. Це такі небесні тіла, які випускають рентгенівське випромінювання. Вони також належать до категорії нейтронних зірок. Однак радіопульсари і зірки, що випромінюють рентгенівське випромінювання, діють по-різному і мають різні властивості. Вперше пульсар такого роду був відкритий в 1972 році в сузір’ї Геркулес.

Природа пульсарів

Коли дослідники тільки почали вивчати, що таке пульсари, то вони вирішили, що нейтронні зірки мають ту ж природу і щільність, що і ядра атомів. Такий висновок був зроблений, оскільки для всіх пульсарів характерне жорстке випромінювання – точно таке ж, яке супроводжує і ядерні реакції. Однак подальші розрахунки дозволили астрономам зробити інше твердження. Тип космічних об’єктів «» пульсар «» – це небесне тіло, яке подібне планетам-гігантам (інакше званим «» інфрачервоними зірками «»).