Пульсары

• Астрономические объекты

Пульсары — это космические объекты, излучающие периодические импульсы радио-, оптического, рентгеновского и гамма-излучения. Эти сигналы похожи на вспышки маяка: они точно повторяются через доли секунды или миллисекунды, что делает пульсары одними из самых точных «часов» во Вселенной.

Согласно современным астрофизическим представлениям, пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звёзды с мощным магнитным полем, чьи лучи излучения направлены в космос подобно свету маяка. Если эти лучи попадают на Землю, мы можем зарегистрировать их как регулярные импульсы.

Что такое пульсар?

Определение

Пульсар (от англ. pulsar , сокр. от pulsating radio source ) — это нейтронная звезда, вращающаяся с огромной скоростью и испускающая электромагнитное излучение в виде регулярных импульсов.

Как он работает?

• Это остаток массивной звезды, которая взорвалась как сверхновая
• Имеет размер около 10–30 км в диаметре, но массу сравнимую с Солнцем
• Обладает очень сильным магнитным полем
• Его излучение распространяется в виде узкого луча, который мы фиксируем, когда он проходит по направлению к Земле

Проще говоря, пульсар — это космический маяк, работающий за счёт вращения и магнетизма.

История открытия

Первый пульсар был открыт в 1967 году английским астрономом Джоселин Белл и её научным руководителем Энтони Хьюишем.

• Она заметила периодический радиосигнал с очень высокой точностью: 1,337 секунды между импульсами
• Сначала предполагали, что это сигнал внеземной цивилизации — поэтому первые наблюдатели шутливо обозначили его как LGM-1 (Little Green Men)
• Но вскоре были найдены другие пульсары, и стало ясно, что это новый тип астрономических объектов

Типы пульсаров

Строение и физика пульсара

1. Нейтронная звезда

• Плотность: ~10¹⁷ кг/м³ — один стакан вещества такой звезды весил бы несколько миллиардов тонн
• Масса: 1,4–2 массы Солнца
• Температура: до миллионов градусов
• Магнитное поле: в триллионы раз сильнее земного

2. Магнитосфера

• Область над поверхностью, где движутся заряженные частицы
• Создаёт узкий луч излучения, направленный в пространство
• Именно благодаря этому мы видим «мигающий» сигнал

3. Излучение

• Пульсар может излучать в разных длинах волн: радио, оптика, рентген, гамма
• Учёные до сих пор не знают точно, как разные виды излучения формируются
• Считается, что радиоволны создаются ближе к магнитным полюсам, а гамма-лучи — ближе к экватору

Почему пульсары «пульсируют»?

Когда нейтронная звезда вращается:

• Её магнитные полюса излучают лучи энергии
• Эти лучи могут быть направлены не по оси вращения
• Поэтому, если наш телескоп находится на линии этих лучей, мы регистрируем равномерные вспышки

Это похоже на маяк: вы видите вспышку, только когда его луч повёрнут в вашу сторону.

Чем быстрее вращается пульсар, тем короче интервал между импульсами.

Формирование пульсаров

Пульсары возникают после взрыва сверхновой, когда массивная звезда заканчивает своё существование.

Этапы образования:

1. Звезда исчерпывает ядерное топливо
2. Её внешние слои взрываются, а ядро сжимается в нейтронную звезду
3. Звезда начинает вращаться со скоростью до 716 оборотов в секунду
4. Формируется сильное магнитное поле, которое ускоряет электроны, создавая радиоимпульсы

Интересные факты о пульсарах

Роль пульсаров в науке

1. Поиск гравитационных волн

Миллисекундные пульсары используются как часть проекта Pulsar Timing Arrays, чтобы обнаруживать колебания пространства-времени, вызванные гравитационными волнами.

2. Тестирование теории относительности

• Пульсары в двойных системах позволяют тестировать общую теорию относительности
• Например, система PSR B1913+16 стала первой, в которой было доказано существование гравитационных волн, за что была присуждена Нобелевская премия

3. Навигация в космосе

NASA уже провела эксперименты по использованию пульсаров как естественных ориентиров для межпланетных кораблей. Это будущее космической навигации.

Миллисекундные пульсары

Особый класс пульсаров, вращающихся со скоростью сотни оборотов в секунду.

Особенности:

• Возникают в двойных системах, где пульсар «ворует» вещество у компаньона
• Это позволяет ему раскручиваться до рекордных скоростей
• Такие пульсары — одни из самых точных природных часов во Вселенной

Пульсары и поиск жизни

Некоторые учёные предполагают, что пульсары могут быть источниками космического сигнала, который можно использовать для поиска внеземного разума.

• В 1967 году первый пульсар даже был принят за сигнал инопланетной цивилизации
• Сегодня такие сигналы используются для понимания структуры Вселенной
• Однако остаются вопросы:
  

  Может ли жизнь существовать рядом с пульсарами? Или эти импульсы — сигналы, посланные специально?

Современные исследования

• Телескоп GLAST (позже переименован в Fermi) обнаружил более 2050 гамма-пульсаров
• Радиотелескоп SKA (Square Kilometre Array) поможет находить новые пульсары с невероятной чувствительностью
• Обсерватория Chandra и XMM-Newton исследуют рентгеновские пульсары
• Луна пульсаров – это область, где ищутся следы внеземных технологий и космических сигналов

Будущее пульсаров

Со временем пульсары теряют энергию своего вращения и замедляются.

• Через миллионы лет они становятся слишком медленными, чтобы производить излучение
• Иногда они могут снова активироваться, если есть близкий спутник, от которого они «подкачивают» вещество
• Такие пульсары называют «возрождёнными», или миллисекундными