Пульсар — быстро вращающаяся нейтронная звезда¶

Пульсар — это быстро вращающаяся нейтронная звезда, испускающая узкие конусы электромагнитного излучения, которые при попадании в зону наблюдения Земли регистрируются как периодические импульсы сигнала. Пульсары относятся к классу компактных объектов с чрезвычайно высокой плотностью вещества и сильным магнитным полем. Первый пульсар был обнаружен в 1967 году британскими радиоастрономами Джоселин Белл Бернелл и Энтони Хьюишем; за открытие Хьюиш получил Нобелевскую премию по физике в 1974 году.

¶Физическая природа

Пульсар — это нейтронная звезда, то есть сверхплотное ядро, оставшееся после взрыва массивной звезды в результате сверхновой. Диаметр пульсара обычно составляет около 20 километров, при этом масса превышает солнечную в 1,4–2 раза. Плотность вещества в нейтронной звезде настолько велика, что одна чайная ложка материала весила бы порядка миллиарда тонн.

Вращение пульсара обусловлено сохранением момента импульса при коллапсе исходной звезды: как фигурист, подтягивающий руки, нейтронная звезда при уменьшении радиуса резко увеличивает угловую скорость. Периоды вращения пульсаров составляют от долей секунды до нескольких секунд, у миллисекундных пульсаров — до тысяч оборотов в секунду.

¶Механизм излучения

Пульсары излучают энергию в узкие конусы, оси которых не совпадают с осью вращения. Как маяк, чьи лучи обходят горизонт, конусы излучения пульсара периодически пересекают направление на Землю, создавая эффект «маяка». Источником излучения служит мощное магнитное поле пульсара, напряжённость которого может достигать 10⁸–10¹² тесл — на много порядков превышая земное магнитное поле.

Излучение возникает в магнитосфере нейтронной звезды, где заряженные частицы разгоняются до релятивистских скоростей и излучают синхротронное излучение в радиодиапазоне. Некоторые пульсары также обнаружены в оптическом, рентгеновском и гамма-диапазонах.

¶Классификация

Пульсары делятся на несколько основных групп:

• Радиопульсары — классические пульсары с периодами от 0,03 до нескольких секунд, излучающие преимущественно в радиодиапазоне.
• Миллисекундные пульсары — быстро вращающиеся нейтронные звёзды с периодами от 1 до 10 миллисекунд, как правило, находящиеся в двойных системах и «перекачивающие» вещество от компаньона.
• Магнетары — пульсары с исключительно сильным магнитным полем (до 10¹¹ тесл), проявляющие рентгеновскую и гамма-активность.
• Рентгеновские пульсары — объекты, обнаруживаемые в рентгеновском диапазоне, часто связанные с двойными системами.

¶Открытие и история

Открытие пульсаров стало одним из самых неожиданных результатов радиоастрономии. В 1967 году Джоселин Белл, работавшая под руководством Энтони Хьюиша в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета, обнаружила регулярный радиосигнал с периодом 1,33 секунды. Первоначально предполагалось искусственное происхождение сигнала, и объекту дали обозначение LGM-1 (от англ. Little Green Men — «маленькие зелёные человечки»). Вскоре были найдены другие подобные объекты, и стало ясно, что речь идёт о новом классе природных источников — пульсирующих нейтронных звёздах.

В 1968 году было предложено название «пульсар» (от англ. pulsating star — «пульсирующая звезда»). В 1974 году Джозеф Тейлор и Рассел Халлс открыли первый пульсар в двойной системе PSR B1913+16, что позволило подтвердить существование гравитационных волн по косвенным признакам — орбита системы постепенно сокращалась в точном соответствии с предсказаниями общей теории относительности. За это открытие Тейлор и Халлс получили Нобелевскую премию по физике в 1993 году.

¶Пульсары в науке

Пульсары используются как природные лаборатории для проверки законов физики в экстремальных условиях. Миллисекундные пульсары служат точными космическими часами: их стабильность периодов сопоставима с атомными часами, что позволяет использовать их для навигации в космосе и поиска гравитационных волн. Проект NANOGrav и аналогичные коллаборации используют ансамбли пульсаров для регистрации фоновых гравитационных волн.

Пульсары также применяются для измерения межзвёздной плазмы по задержке радиосигнала, изучения магнитных полей в галактике и проверки моделей эволюции двойных звёздных систем.

¶Интересные факты

• Пульсар в Крабовидной туманности (PSR B0531+21) имеет период 0,033 секунды и является остатком сверхновой 1054 года, которую наблюдал китайские астрономы.
• Самый быстрый известный пульсар PSR J1748−2446ad вращается с частотой 716 Гц — 716 оборотов в секунду.
• Пульсар PSR B1919+21 был использован в 1998 году в качестве источника сигнала в фильме «Контакт».

¶Источники

• Хайнке К. Пульсары // Астрономический календарь. — М.: Знание.
• Лоример Д. Р., Макклох М. А. Пульсары: наблюдения и теория // Annual Review of Astronomy and Astrophysics.
• Пакулин В. А. Нейтронные звёзды и пульсары // Успехи физических наук.
• Стрельцов В. Н. Физика пульсаров. — М.: Физматлит.