Свойства нейтронных звезд-НЗ 1 1 Массы от

Свойства нейтронных звезд-НЗ (1) 1. Массы = от 1. 4 до 3 М . Три массы Солнца – это верхний предел масс НЗ. Черная дыра Пульса ры Нейтронная звезда Массы известных нейтронных звезд в единицах масс Солнца

Свойства нейтронных звезд (2) 2. Радиусы = 5 - 20 км. При таких размерах непосредствен но обнаружить их трудно ( за редкими исклю чениями). 3. Плотности – порядка 1014 г/см 3. В нейтронной звезде с солнечной массой находится около 1057 нейтронов, упакованных в сфере радиусом в 5 – 20 км.

Свойства нейтронных звезд (3) 4. Быстро вращаются - до 1000 оборотов в секунду, так как даже слабо вращающаяся звезда при уменьшении своего размера до радиуса в 10 -15 км должна увеличить скорость вращения для сохранения момента вращения. Пример: Допустим, что Солнце сжалось до размеров НЗ в 10 км. Закон сохранения момента вращения таков: угловая скорость Для Солнца R 1=7*105 км, 1=3*10 -6 рад/сек. Для нейтронной звезды R 2=10 км. Тогда 1=15*103 рад/ сек, т. е. 2000 оборотов в секунду.

Свойства нейтронных звезд (4) 5. Температура на поверхности – до 1 000 К, так как нейтронные звезды это оголенные ядра звезд. Поэтому нейтронные звезды излучают в рентгене. 6. В случае белых карликов сжатие звезды сдерживается вырожденностью электронного газа. В случае нейтрон ных звезд сжатие звезды сдерживается вырожденностью нейтронного газа.

В обычном веществе атомы разделены друг от друга. В белом карлике расстояния между атомам намного меньше. Вырожденность нейтронного газа Внутри нейтронных звезд при больших плотностях электроны и протоны образуют нейтроны. Эти нейтроны могут уже быть упакованы очень плотно.

Свойства нейтронных звезд (5) 7. В результате сжатия звезды вмороженное магнитное поле приобретает большую напряженность до 1012 гаусс. Пример: Допустим, что Солнце сжалось до размеров нейтронной звезды. Допустим, магнитный поток при этом не изменяется Радиус Солнца Радиус НЗ Для Солнца B~100 гаусс, тогда нейтронная звезда будет иметь магнитное поле с напряженностью 1011 -12 гаусс (!!).

Свойства нейтронных звезд (6) 8. В полюсах магнитного поля образуется мощное излучение. 9. Полюса магнитного поля могут не совпадать с полюса- ми вращения, поэтому излучение от магнитных полюсов образует сильный и быстро вращающийся пучок излучения. 10. Всего обнаружено около 1100 нейтронных звезд. Полное число НЗ в Галактике по оценкам около 109.

Строение нейтронной звезды Кора из железа и электронов 16 км 15 км Мантия из сверхтекучих нейтронов 11 км Плотность в кг/м 3 Ядро из сверхпроводимых протонов и нейтронов 0 км

Одиночная нейтронная звезда (1) Снимок сделан телескопом Хаббла. Одиночная нейтронная звезда (указана стрелкой). Несмотря на большие возможности телескопа Хаббла в видимом свете звезда выглядит очень слабенькой звездочкой. Она находится на расстоянии 400 с. л. Эта звезда излучает также в рентгеновском диапазоне, что указывает на температуру звезды в 700 000 К. Размер звезды равен 28 км.

Одиночная нейтронная звезда (2) Одиночная нейтронная звезда RX J 1856. 5 -3754 является самой близкой из известных нейтронных звезд. Она расположена на расстоянии 180 световых лет. Звезда движется через водородный газ и пылевые облака со скоростью 200 км/сек. Ее размер всего 20 км. Температура на поверхности звезды около 700 000 К. Поэтому она излучает в рентгеновской области , и может быть обнаружена только орбитальными рентгеновскими телескопами. В оптической области спектра астрономы с удивлением обнаружили , что звезда окружена конусообразной туманностью. Слабая голубая точка в вершине конуса это и есть сама звезда.

Пульсары Интенсивность Выше уже было сказано, что после вспышки Сверхновой образу- ется нейтронная звезда. Теоретически они были предсказаны еще в 1934 году. Однако в течение многих десятилетий попытки обнаружения этих объектов были безуспешными. Есть много причин таких неудач, в частности: - размер этих объектов очень мал (порядка 10 км), - у них отсутствует источник энергии, и поэтому они сами ничего не излучают. Но в 1967 году эти объекты были обнаружены, и совершенно необычным способом. Группа английских радиоастрономов в проводила исследования мерцаний радиоисточников, неожидан- но обнаружила источник, который давал регулярные радио- вспышки каждые 1. 333… секунды. Первая мысль, пришедшая в голову, была такова – это сигналы, посланные другой внеземной цивилизацией. Период пульсаций Время Радиоимпульсы от пульсара

- Позднее были обнаружены пульсары с миллисекундными периодами импульсов, например, с периодом Т=0. 00155 сек. - Сейчас известны около 100 пульсаров. - Некоторые пульсары пульсируют в оптическом, рентгеновском или гамма-диапазоне. - Типичные периоды пульсаров лежат в интервале 0. 03 – 0. 3 сек. - Пульсары целесообразно искать в тех областях, где должно быть много уже проэволюционировавших звезд, например, в шаровых скоплениях (см. следующий слайд). Б. Лоувелл-открыватель пульсаров. B/

Шаровое скопление М 4: Показано расположение белого карлика с его спутником-нейтронной звездой Снимок сделан с помощью телескопа Хаббла.

Пульсар в Крабовидной туманности Период вспышек = 0. 033 секунды

Модель пульсара - маяк Основные предположения: - пульсар это нейтронная звезда, - пульсар быстро вращается, - пульсар имеет большое магнитное поле, - полюса вращения и магнитного поля не совпадают. Быстрое вращение и сильное магнитное поле создают сильные электрические поля, которые ускоряют заряженные частицы (главным образом – электроны). Особенно интенсивно это происходит в областях магнитных полюсов. Заряженные частицы, ускоренные в магнитном поле, производят синхротронное излучение. Другой источник уже теплового характера производится за счет соударения частиц с нейтронной звездой в местах магнитных полюсов. Если Земля случайно окажется в конусе излучения, то наблюдатель будет видеть периодические вспышки.

Почему пульсары это нейтронные звезды? 1 аргумент: Короткая продолжительность радиоимпульсов и очень малый период их повторений свидетельствуют о том, что пульсары это очень малые по размеру объекты. 2 аргумент: Импульсы могут происходить только по двум причинам: радиальные пульсации звезды или за счет вращения пучка света. Но даже белый карлик не может пульсировать так быстро ( с периодами порядка 1 секунды и менее). 3 аргумент: Если взять период пульсара T = 0. 00155 сек, то соответствующая ему частота вращения ω=2π/T, составит приблизительно 4050 радиан/сек. Для существования звезды необходимо, чтобы центробежное ускорение было меньше гравитационного, т. е. ω2 R3ω2/4πG. На этом основании найдем нижний предел его плотности, который равен ρ > 6∙ 1013 г/см 3. Эта плотность приближается к плотности вещества внутри атомных ядер. Столь компактными, сжатыми до такой высокой степени, могут быть лишь нейтронные звезды: их плотность действительно близка к ядерной. с

Замедление вращения пульсаров Долговременные наблюдения пульсаров установили следующие факты: Происходит постепенное уменьшение скорости вращения, т. е. увеличение периода. На коротких интервалах времени это замедление удивительно постоянное. Это вызвано следующим. Быстро изменяющееся магнитное поле производит энергию, которая уходит в пространство. Следовательно, каждый импульс забирает вращательную энергию и отдает ее в космос. В итоге, нейтронная звезда теряет свою вращательную энергию и замедляет свое вращение. Типичное уменьшение это около 10 -15 сек за один оборот. Это означает, что пульсар с периодом в 1 сек замедлит свое вращение до 2 сек за 30 млн лет. Таким образом, возраст пульсара определяется его текущей скоростью вращения. Старые пульсары вращаются медленно, а молодые быстрее.

“Звездотрясения” у пульсаров ? Такие же долговременные наблюдения пульсаров установили и другие факты: На больших интервалах времени наблюдаются сбои – резко изменяется скорость вращения и, соответственно, период вращения. Сила тяжести на поверхности пульсара в млн раз больше силы тяжести на Земле. Поэтому гигантская сила заставляет кору пульсара смещаться и. неожиданно сжиматься. Сжатие даже на 1 мм вызывает звездотрясение в млн раз сильнее земных для пульсара в Крабовидной туманности. В результате быстрого вращения возможно даже и разрушение коры.

излучение Магнитосфера нейтронной звезды r=c/ Открытая магнитосфера: магнитные силовые линии не замыкаются Закрытая магнитосфера: магнитные силовые линии замыкаются на полюсах Размер r=c/ называется световым цилиндром. За его пределами магнитные линии не замыкаются.