что такое пульсар в астрономии
Просто о сложном: пульсар
Пульсар — крошечная быстро вращающаяся звезда с участком, излучающим сконцентрированный поток радиоволн.
© aishoren.exblog.jp
Земные радиотелескопы способны уловить излучение в момент, когда звезда повернута в сторону нашей планеты тем самым участком. Как только звезда поворачивается обратной стороной — поток прекращается. Новый виток — вновь фиксируется сигнал.
Пульсар, как нейтронная звезда
Для наблюдателя с Земли пульсар будет восприниматься, как пульсирующий с определенной частотой источник радиоволнового излучения.
Грубо говоря, нейтронная звезда — это огромная звезда в 100-1000 раз массивней Солнца, которая была сжата до 20-40 километров в диаметре.
Важно отметить, что при таком размере звезда имеет массу в 1,3-1,5 раза больше нашего светила. Огромная масса сжата в малом пространстве и из-за этого поведение объекта становится весьма необычным.
Рождение
Когда взрывается гигантская звезда, то ее остатки начинают сжиматься под влиянием гравитационных сил — коллапс звезды. В ходе коллапса атомы начинают тесно сжиматься, и электроны «вгрызаются» в ядра атомов.
© smel.dk
Так как ядро атома состоит из протонов и нейтронов, то появление там электронов приводит к взаимодействию с протонами, что провоцирует появление новых нейтронов. Это происходит до тех пор, пока вещество звезды не будет представлять собой субстанцию спрессованных нейтронов.
Открытие пульсаров
Впервые о них заговорили в 1967 году, когда английские телескопы зафиксировали неизвестный источник радиоволнового излучения. Несмотря на то, что в космосе очень много источников радиоволн, которые регулярно улавливают на Земле, новый источник имел совершенно иную природу.
Открытие по праву принадлежит студентке Джоселин Белл, которая изучала периодические радиоволны и обратила внимание на повторяющиеся с интервалом в 1,34 секунды сигналы из глубин космоса.
Когда о необычном открытии заговорили в научном сообществе, то некоторые из астрономов решили, что Белл перехватила сигнал от внеземной цивилизации. Начались исследования и были пойманы аналогичные пульсирующие радиоизлучения. Разговоры о пришельцах прекратились и в ближайшее время нашли источник сигналов — сверхплотные звезды.
После этого события были открыты сотни пульсирующих звезд и родилось понятие пульсар.
Почему пульсируют?
Все звезды вращаются вокруг собственной оси. Когда уменьшается размера тела, но сохраняется масса, то вращение становится значительно быстрее.
Смотрели хоть раз фигурное катание? Когда фигурист прижимает руки к телу, то его вращение ускоряется. Примитивный пример, но с нейтронными звездами происходит нечто подобное.
Средняя скорость вращения крупных пульсаров составляет около 1 оборота в секунду, а вот крошечные способны совершать до 1000 оборотов в секунду!
Пульсар имеет мощное магнитное поле, и заряженные частицы перемещаются от одного полюса к другому по направлению силовых линий. У полюсов сила поля резко возрастает и частицы разгоняются до огромных скоростей, испуская рентгеновские лучи и радиоволны. Пульсар вращается, и вместе с ним вращается источник излучения, поэтому нам выпадает возможность фиксировать его в тот момент, когда область излучения повернута в сторону наблюдателя на Земле.
Что такое пульсары? Часы Вселенной
Вселенная наполнена мириадами звезд, и наше Солнце — только одна из них, причем далеко не самая большая (хотя и превосходит размером Землю в 300 с лишним тысяч раз). Эти космические объекты подобны людям: рождаются, живут и умирают. Но происходит последнее через десятки или сотни миллиардов лет. В космосе существуют сверхгиганты — жизнь таких звезд заканчивается взрывом. Это событие ученые называют рождением сверхновой, за которым следует появление или черной дыры, или нейтронной звезды. Пульсар представляет собой разновидность последних, о которой и пойдет речь в материале 24СМИ.
Какие космические объекты называют пульсарами
Такие тела относятся к внешним переменным звездам, яркость и интенсивность излучения которых меняется в зависимости от происходящих в них физических изменений.
Пульсары невозможно увидеть с Земли невооруженным глазом. Обнаружить их помогают радиотелескопы — улавливают излучение, когда объект повернут к нашей планете испускающим радиоволны участком. Когда звезда поворачивается другой стороной, сигнал пропадает.
Крабовидная туманность, в центре которой расположен пульсар PSR B0531+21 (совмещенное изображение оптической фотосъемки телескопа «Хаббл» и рентгеновской обсерватории «Чандра») / NASA/HST/ASU/J. Hester
В космосе ученые обнаружили массу тел, которые испускают радиоизлучение короткими импульсами. В том числе и квазары.
Квазары удалось обнаружить в 1960-х годах, обратив внимание на странный источник радиоизлучения. Это активные ядра галактик размером примерно с Солнечную систему. Ученые выяснили, что в центре квазаров находятся пожирающие материю черные дыры массой в миллиарды солнц, аккреционные диски которых — мощнейшие источники энергии.
В центре Млечного Пути, возможно, тоже существовал квазар миллионы лет назад. Со временем вещества, которое могла бы поглотить черная дыра, стало мало, и этот процесс остановился.
Остатки сверхновой
Звезды, масса которых составляет 10 масс нашего Солнца и больше, называются сверхгигантами. Это космические объекты, которые со временем увеличиваются — до тех пор, пока топливо внутри не иссякнет. В результате светила теряют источник термоядерных реакций — внутри нарушается баланс гравитации и энергии, который удерживал звезду в пространстве. Это становится причиной взрыва, который ученые назвали рождением сверхновой.
Взрыв сверхгиганта выделяет потоки энергии, а верхние слои бывшей звезды разлетаются вокруг. Ядро в этот момент может или коллапсировать и превратиться в черную дыру, или, если массы окажется недостаточно для обращения в «поглотителя материи», появится нейтронная звезда.
Если подобное произойдет с Солнцем, для Земли это обернется трагически. Однако для нашего светила такой сценарий не подходит — масса и размер слишком малы. Его ждет другая судьба. Солнце станет белым карликом, но произойдет это только через миллиарды лет.
Типы пульсаров
Ученые выдвигают теории о составе и строении космических тел, используя при этом математические расчеты. Астрономы считают, что есть несколько типов пульсаров:
Открытие пульсаров
Первый пульсар обнаружили 28 ноября 1967 года. Открытие сделала аспирантка Кембриджского университета Джоселин Белл. Исследовательница зафиксировала непонятные сигналы, которые сначала приняла за помехи. Со временем удалось установить, что эти импульсы внеземного происхождения и их испускает не изученный до этого момента объект.
Получилось обнаружить и источник импульсов. Период колебаний сигнала составлял 1,33 секунды. Это свидетельствовало о чрезмерно малых размерах объекта. Изначально появилась гипотеза, что сигнал посылают представители внеземной цивилизации, и объект получил название LGM-1 (аббревиатура — «Маленькие зеленые человечки»). Дальнейшие исследования показали, что инопланетяне не при чем — «сигналили» остатки взорвавшейся звезды.
Известные пульсары
Вслед за находкой Джоселин Белл в 1968 году открыли пульсар в Крабовидной туманности. Его обнаружили Дэвид Х. Стейлин и Эдвард Райфенштайн. С помощью 300-футового радиотелескопа «Грин-Бэнк» астрономы нашли два пульсирующих радиоисточника в туманности. Эти объекты считаются самыми изученными на сегодня.
Также ученые нашли пульсар и в Млечном Пути, в центре нашей галактики. Астрономы исследуют его, чтобы получить точные сведения о массе и температуре черной дыры, найденной в этой области.
В 2017 году ученые нашли пульсар NGC 5907 X-1. Он расположен в 50 млн световых лет от Земли в спиральной галактике NGC 5907. За 1 секунду светило испускает такой объем энергии, сколько Солнце за 3,5 года, что делает его самым ярким из известных пульсаров.
Фото галактики NGC 5907, в которой обнаружен ярчайший среди известных пульсар NGC 5907 X-1 / ESA/XMM-Newton; NASA/Chandra и SDSS
Также астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из двух пульсаров PSR J0737-3039A и PSR J0737-3039B. Ее открыли в 2003 году. Пока это единственный известный на сегодня двойной пульсар.
Точное время
Рассматриваемые в материале объекты обладают настолько стабильной периодичностью импульсов, что имеют все шансы конкурировать с атомными часами, самым точным на сегодня измерителем времени, используемым человечеством. Российские ученые заинтересовались стабильностью пульсаций космического тела и предположили, что пульсар пригодится, чтобы сверять время. Сигналы такой звезды подойдут для создания нового вида сверхточных часов, которые возможно будет использовать для опытов в фундаментальной физике.
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
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.