Пенсионный советник

Магнитар сбился в обратную сторону

Существующим физическим теориям понадобится пересмотр: у замагниченных нейтронных звезд выявлена способность резко тормозить

Павел Котляр 30.05.2013, 10:36
Магнитар — замагниченная нейтронная звезда размером с Манхэттен NASA
Магнитар — замагниченная нейтронная звезда размером с Манхэттен

Магнитары — замагниченные нейтронные звезды — поставили перед астрономами трудную загадку: их способность резко тормозить может привести к пересмотру существующих физических теорий.

Нейтронные звезды — одни из самых экзотичных компактных объектов во Вселенной, по необычности свойств, уступающие, пожалуй, только черным дырам, — представляют исключительный интерес для астрономов. Эти небольшие, диаметром порядка 20 км сверхтяжелые шары образуются после коллапса массивных звезд.

Заключенная в таком объеме масса создает огромную плотность, при которой чайная ложка вещества весит порядка миллиарда тонн.

При этом силы тяготения на нейтронной звезде уравновешиваются давлением так называемого вырожденного нейтронного газа. Условия, в которых находится вещество, невозможно создать ни в одной лаборатории на Земле.

Магнитары — особые типы нейтронных звезд, обладающие экстремальным магнитным полем, в триллионы раз более сильным, чем естественное поле Земли. На сегодняшний день науке известно не более 20 таких замагниченных звезд. Магнитары могут вращаться с бешеной скоростью (до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту) и иногда вспыхивают в рентгеновском диапазоне, что может фиксироваться обсерваториями на Земле и в космосе.

Важной особенностью всех нейтронных звезд и магнитаров в частности является замедление вращения — это происходит из-за взаимодействия заряженной коры звезды с собственным магнитным полем и потерь энергии на излучение частиц. Это замедление фиксируют, оценивая постепенное увеличение периода пульсаций нейтронных звезд в радио- или рентгеновском диапазоне.

Однако иногда в поведении таких звезд наблюдается «заскок» — без видимых причин скорость вращения скачкообразно увеличивается, после чего продолжает падать с прежней скоростью.

Такие явления наблюдаются часто, они получили название глитчей (glitch --«сбой»).

Глитчи не означают, что звезда начинает вдруг резко раскручиваться, — просто период вращения может внезапно уменьшиться на несколько миллионных долей секунды. Согласно современным представлениям, так происходит из-за того, что разные составляющие звезды вращаются независимо друг от друга: если твердая кора тормозится магнитным полем, то сверхтекучая составляющая звезды, в которую входят и нейтроны, с корой почти не связана и потому не тормозится. В определенный период эти компоненты обмениваются вращательным моментом, в результате чего сверхтекучая компонента замедляется, а кора (для наблюдателя с Земли и вся звезда) — наоборот, получает кратковременную прибавку к вращению.

Наблюдая сотни глитчей, раскручивающих нейтронные звезды, астрономы были спокойны: считалось, что механизм их появления понятен.

Однако поведение магнитара 1E 2259+586, находящегося в 10 тыс. световых лет от нас, показало, что, возможно, механизм этот понят, да не так.

Магнитар, открытый еще в 1981 году, оборачивается вокруг своей оси за семь секунд. Это подтверждалось наблюдениями орбитальной обсерватории Swift: пульсации в ренгтеновском диапазоне указывали на замедление звезды, наблюдаемое у всех подобных магнитаров. Однако 28 апреля 2012 года было замечено, что период внезапно возрос на 2 миллионных секунды.

Иначе говоря, магнитар внезапно не ускорился, а замедлился! «Мы назвали это антиглитчем, так как он воздействовал на звезду совершенно иначе, чем мы наблюдали с нейтронными звездами раньше», — говорит Нейл Герелс, автор работы, опубликованной в Nature.

А за неделю до внезапного торможения магнитар вызвал короткую вспышку в рентгеновском диапазоне, зафиксированную космическим телескопом Fermi. Ученые считают, что эта 36-миллисекундная вспышка сопровождала внутренние процессы, заставившие магнитар внезапно переключиться в режим торможения. «Мы и ранее наблюдали мощные рентгеновские вспышки на магнитарах. Однако антиглитч стал для нас сюрпризом. Это говорит о том, что внутри этих странных объектов происходит что-то принципиально новое», — говорит Виктория Каспи из Университета Макгилла. Что именно тормозит магнитар, ученые не знают. Возможно, виноваты внешние причины, иначе астрономам придется пересмотреть взгляды на внутреннее строение нейтронных звезд.

«Один из вариантов объяснения антиглитча — то, что у сверхтекучей жидкости есть дополнительные резервуары вращения, которые могут вращаться не быстрее, а медленнее, чем кора. Тогда в какой-то момент, перестроившись, они могут отнять скорость у коры и замедлить вращение звезды», — считает доктор физико-математических наук, в.н.с. ГАИШ МГУ, специалист по нейтронным звездам Сергей Попов.

Однако, возможно, причина торможения магнитара — внешняя, и кроется она в магнитном поле. «Магнитного поля у магнитара «много», в нем заключено много энергии. И Андрей Белобородов с компанией год назад «придумали» другой механизм торможения. Теперь мы точно имеем новую загадку. Для меня лично предпочтительной выглядит идея с магнитосферой, а не с внутренним строением. В таком случае тогда антиглитчи — это свойство именно магнитаров, то есть нейтронных звезд с большими полями», — считает астроном.