Войти
PSR B1509-58 - Рентгеновские лучи из Чандра золотые; Инфракрасный от WISE в красном, зеленом и синем / макс. A пульсар (от импульса и -ar, как в квазаре ) очень сильно намагниченная вращающаяся компактная звезда (обычно нейтронные звезды, но также белые карлики ), которая испускает пучки электромагнитного излучения из своей магнитной столбы. Это излучение можно наблюдать только тогда, когда луч излучения направлен на Землю (подобно тому, как маяк можно увидеть, только когда свет направлен в направлении наблюдателя), и оно отвечает за импульсное появление излучения. Нейтронные звезды очень плотны и имеют короткие регулярные периоды вращения . Это дает очень точный интервал между импульсами, который составляет от миллисекунд до секунд для отдельного пульсара. Пульсары - один из кандидатов на роль источника космических лучей сверхвысокой энергии (см. Также центробежный механизм ускорения ).
Периоды пульсаров делают их очень полезными инструментами для астрономов. Наблюдения пульсара в системе двойной нейтронной звезды использовались для косвенного подтверждения существования гравитационного излучения. Первые внесолнечные планеты были обнаружены около пульсара PSR B1257 + 12. В 1983 году некоторые типы пульсаров превосходили атомные часы по точности времени отсчета.
Диаграмма, на которой Джоселин Белл Бернелл впервые обнаружила свидетельство пульсара, выставлена в Библиотеке Кембриджского университета The первый пульсар был замечен 28 ноября 1967 года Джоселин Белл Бернелл и Энтони Хьюиш. Они наблюдали импульсы с интервалом 1,33 секунды, которые исходили из одного и того же места на небе и сохраняли звездное время. В поисках объяснения импульсов короткий период импульсов устранил большинство астрофизических источников излучения, таких как звезды, и, поскольку импульсы следуют за звездным временем, это не могло быть искусственным радио. частотная интерференция.
Когда наблюдения на другом телескопе подтвердили излучение, оно устранило любые инструментальные эффекты. В этот момент Белл Бернелл сказала о себе и Хьюиш, что «мы на самом деле не верили, что получили сигналы от другой цивилизации, но, очевидно, эта идея приходила нам в голову, и у нас не было доказательств того, что это было полностью естественным радиоизлучением. Это интересная проблема - если кто-то думает, что можно было обнаружить жизнь где-то еще во Вселенной, как можно ответственно объявить о результатах? " Несмотря на это, они прозвали сигнал LGM-1 в честь «зеленых человечков » (шутливое название разумных существ внеземного происхождения ).
Джоселин Белл в 1967 году, когда она обнаружила первый пульсар. Только когда был обнаружен второй пульсирующий источник в другой части неба, "гипотеза LGM" была полностью отвергнута. Их пульсар позже был назван CP 1919, и теперь он известен с помощью ряда обозначений, включая PSR 1919 + 21 и PSR J1921 + 2153. Хотя CP 1919 излучает в длинах волн, впоследствии было обнаружено, что пульсары излучают в видимом свете, рентгеновские лучи, и гамма-лучи длины волн. Слово «пульсар» представляет собой портманто слов «пульсирующий» и «квазар » и впервые появилось в печати в 1968 году:
Совершенно новый вид звезды был обнаружен 6 августа прошлого года и был назван астрономами LGM (Маленькие зеленые человечки). Теперь это считается новым типом между белым карликом и нейтроном [ звезда]. Имя Pul sar, скорее всего, будет отдан ему. Доктор А. Хьюиш сказал мне вчера: «... я уверен, что сегодня каждый радиотелескоп смотрит на пульсары».
Составное оптическое / рентгеновское изображение Крабовидной туманности, показывающее синхротронное излучение в окружающей туманности пульсарного ветра, вызванное инжекцией магнитных полей и частиц из центрального пульсара. Впервые существование нейтронных звезд было предложено Уолтером Бааде и Фриц Цвикки в 1934 году, когда они утверждали, что небольшая плотная звезда, состоящая в основном из нейтронов, может возникнуть в результате сверхновой. Основываясь на идее сохранения магнитного потока от магнитных звезд главной последовательности, Лодевик Вольтер предположил в 1964 году, что такие нейтронные звезды могут содержать магнитные поля величиной от 10 до 10 Гс. В 1967 году, незадолго до открытия пульсаров., Франко Пачини предположил, что вращающаяся нейтронная звезда с магнитным полем будет излучать излучение, и даже отметил, что такая энергия может быть перекачана в остаток сверхновой вокруг нейтронной звезды, такой как Крабовидная туманность. После открытия первого пульсара Томас Голд независимо предложил модель вращающейся нейтронной звезды, аналогичную модели Пачини, и прямо утверждал, что эта модель может объяснить импульсное излучение, наблюдаемое Беллом Бернеллом и Хьюишем. Открытие пульсара в Крабовидном теле позже, в 1968 году, казалось, подтвердило модель пульсаров с вращающейся нейтронной звездой. Пульсар в Крабовидной форме имеет период импульса 33- миллисекунды, что было слишком коротким, чтобы соответствовать другим предложенным моделям излучения пульсара. Более того, Крабовидный пульсар назван так потому, что он расположен в центре Крабовидной туманности, что согласуется с предсказанием Бааде и Цвикки 1933 года.
В 1974 году Энтони Хьюиш и Мартин Райл, которые разработали революционные радиотелескопы, стали первыми астрономами, удостоенными Нобелевской премии по физике, причем Шведская королевская академия наук отметила, что Хьюиш играл «решающую роль в открытии пульсаров». Значительные разногласия связаны с тем фактом, что Хьюиш была награждена премией, а Белл, которая сделала первое открытие, когда была его аспирантом, - нет. Белл не выражает горечи по этому поводу, поддерживая решение комитета по Нобелевской премии.
Vela Pulsar и окружающая его туманность пульсарного ветра.1974 г., Джозеф Хутон Тейлор младший и Рассел Халс впервые обнаружили пульсар в двойной системе, PSR B1913 + 16. Этот пульсар вращается вокруг другой нейтронной звезды с периодом обращения всего восемь часов. Теория общей теории относительности Эйнштейна предсказывает, что эта система должна излучать сильное гравитационное излучение, вызывая постоянное сужение орбиты, поскольку она теряет орбитальную энергию. Наблюдения за пульсаром вскоре подтвердили это предсказание, предоставив первое в истории свидетельство существования гравитационных волн. По состоянию на 2010 г. наблюдения этого пульсара продолжают соответствовать общей теории относительности. В 1993 году Нобелевская премия по физике была присуждена Тейлору и Халсу за открытие этого пульсара.
В 1982 году Дон Бакер возглавил группу, которая обнаружила PSR B1937 + 21, пульсар с периодом вращения всего 1,6 миллисекунды (38500 об / мин ). Наблюдения вскоре показали, что его магнитное поле намного слабее, чем у обычных пульсаров, в то время как дальнейшие открытия подтвердили идею об открытии нового класса объектов, «миллисекундных пульсаров » (MSP). Считается, что MSP являются конечным продуктом двойных рентгеновских лучей. Благодаря их необычайно быстрому и стабильному вращению, MSP могут использоваться астрономами в качестве часов, конкурирующих по стабильности с лучшими атомными часами на Земле. Факторы, влияющие на время прибытия импульсов на Землю более чем на несколько сотен наносекунд, могут быть легко обнаружены и использованы для проведения точных измерений. Физические параметры, доступные через синхронизацию пульсара, включают трехмерное положение пульсара, его собственное движение, электронное содержание межзвездной среды на пути распространения, орбитальную параметры любого двойного спутника, период вращения пульсара и его эволюция во времени. (Они вычисляются из необработанных данных синхронизации с помощью Tempo, компьютерной программы, специализированной для этой задачи.) После того, как эти факторы были приняты во внимание, отклонения между наблюдаемыми временами прихода и прогнозами, сделанными с использованием этих параметров, могут быть обнаружены и приписаны одной из трех возможностей: внутренние вариации периода вращения пульсара, ошибки в реализации Земного времени, относительно которого измерялись времена прихода, или наличие фоновых гравитационных волн. В настоящее время ученые пытаются разрешить эти возможности, сравнивая отклонения, наблюдаемые между несколькими различными пульсарами, формируя так называемую временную матрицу пульсаров. Цель этих усилий - разработать на основе пульсаров эталон времени, достаточно точный, чтобы сделать первое в истории прямое обнаружение гравитационных волн. В июне 2006 года астроном и его команда из LANL объявили о первом предсказании пульсарных сбоев с данными наблюдений, полученных с помощью Rossi X-ray Timing Explorer. Они использовали наблюдения пульсара PSR J0537-6910.
В 1992 году Александр Вольщан открыл первые внесолнечные планеты около PSR B1257 + 12. Это открытие представило важные доказательства широко распространенного существования планет за пределами Солнечной системы, хотя очень маловероятно, что какая-либо форма жизни могла выжить в условиях интенсивного излучения вблизи пульсара.
В 2016 году AR Scorpii был идентифицирован как первый пульсар, в котором компактным объектом является белый карлик, а не нейтронная звезда. Поскольку его момент инерции намного выше, чем у нейтронной звезды, белый карлик в этой системе вращается каждые 1,97 минуты, что намного медленнее, чем у пульсаров нейтронной звезды. Система отображает сильные пульсации от ультрафиолета до радиоволн, вызванные замедлением вращения сильно намагниченного белого карлика.
Первоначально пульсары назывались буквами обсерватории-открывателя, а затем их прямое восхождение (например, CP 1919). По мере открытия новых пульсаров буквенный код становился громоздким, и поэтому возникла договоренность об использовании букв PSR (пульсирующий источник радио), за которыми следовали прямое восхождение пульсара и градусы склонения (например, PSR 0531+ 21), а иногда и склонением до одной десятой градуса (например, PSR 1913 + 16.7). Пульсары, которые появляются очень близко друг к другу, иногда имеют добавленные буквы (например, PSR 0021-72C и PSR 0021-72D).
В соответствии с современным соглашением к старым числам добавляется префикс B (например, PSR B1919 + 21), где B означает, что координаты относятся к эпохе 1950.0. Все новые пульсары имеют букву J, обозначающую координаты 2000,0, а также склонение с указанием минут (например, PSR J1921 + 2153). Пульсары, открытые до 1993 года, обычно сохраняют свои имена B, а не J (например, PSR J1921 + 2153 более известен как PSR B1919 + 21). Недавно открытые пульсары имеют только J-имя (например, PSR J0437−4715 ). Все пульсары имеют название J, которое дает более точные координаты его местоположения на небе.
Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре представляет нейтронную звезду, кривые указывают силовые линии магнитного поля, выступающие конусы представляют собой эмиссионные лучи, а зеленая линия представляет собой ось, по которой вращается звезда. События, приводящие к образованию пульсара. начинается, когда ядро массивной звезды сжимается во время взрыва сверхновой, которая коллапсирует в нейтронную звезду. Нейтронная звезда сохраняет большую часть своего углового момента, и, поскольку она имеет лишь крошечную часть радиуса своего предшественника (и, следовательно, ее момент инерции резко уменьшается), она образуется с очень высокая скорость вращения. Луч излучения испускается вдоль магнитной оси пульсара, который вращается вместе с вращением нейтронной звезды. Магнитная ось пульсара определяет направление электромагнитного луча, при этом магнитная ось не обязательно совпадает с осью его вращения. Это рассогласование приводит к тому, что луч виден один раз за каждое вращение нейтронной звезды, что приводит к "импульсному" характеру его появления.
В пульсарах с вращательным двигателем луч является результатом энергии вращения нейтронной звезды, которая генерирует электрическое поле в результате движения очень сильного магнитного поля, что приводит к ускорение протонов и электронов на поверхности звезды и создание электромагнитного луча, исходящего от полюсов магнитного поля. По наблюдениям NICER, оба луча исходят из горячих точек, расположенных на южном полюсе, и на этой звезде может быть больше двух таких горячих точек. Это вращение со временем замедляется, поскольку излучается электромагнитная энергия. Когда период вращения пульсара существенно замедляется, считается, что механизм радиопульсара выключается (так называемая «линия смерти»). Это отключение, кажется, происходит примерно через 10–100 миллионов лет, что означает, что из всех нейтронных звезд, рожденных в возрасте 13,6 миллиарда лет Вселенной, около 99% больше не пульсируют.
Хотя в целом Представление пульсаров как быстро вращающихся нейтронных звезд широко распространено, - сказал Вернер Беккер из Института внеземной физики в 2006 году: «Теория того, как пульсары испускают свое излучение, все еще находится в зачаточном состоянии, даже после того, как почти сорок лет работы ».
В соответствии с источником мощности электромагнитного излучения астрономам в настоящее время известны три различных класса пульсаров:
Хотя все три класса объектов являются нейтронными звездами, их наблюдаемое поведение и основная физика совершенно иная. Однако связи есть. Например, рентгеновские пульсары, вероятно, старые пульсары с вращательной силой, которые уже потеряли большую часть своей мощности и стали снова видимыми только после того, как их двойные спутники расширились и начали перемещаться. на нейтронную звезду. Процесс аккреции, в свою очередь, может передать нейтронной звезде достаточно углового момента, чтобы «переработать» ее как вращающийся миллисекундный пульсар. Когда это вещество попадает на нейтронную звезду, считается, что оно «хоронит» магнитное поле нейтронной звезды (хотя детали неясны), оставляя миллисекундные пульсары с магнитными полями в 1000–10 000 раз слабее средних пульсаров. Это слабое магнитное поле менее эффективно для замедления вращения пульсара, поэтому миллисекундные пульсары живут миллиарды лет, что делает их самыми старыми из известных пульсаров. Миллисекундные пульсары видны в шаровых скоплениях, которые перестали формировать нейтронные звезды миллиарды лет назад.
Для изучения состояния вещества нейтронной звезды представляют интерес сбои, наблюдаемые в скорость вращения нейтронной звезды. Эта скорость уменьшается медленно, но неуклонно, за исключением резких колебаний. Одна модель, предложенная для объяснения этих сбоев, состоит в том, что они являются результатом «звездотрясений», которые регулируют кору нейтронной звезды. Также были разработаны модели, в которых сбой происходит из-за развязки возможно сверхпроводящей внутренней части звезды. В обоих случаях момент инерции звезды изменяется, а ее угловой момент - нет, что приводит к изменению скорости вращения.
Типы нейтронных звезд (24 июня 2020 г.) Когда две массивные звезды рождаются близко друг к другу из одного и того же газового облака, они могут образовывать двойную систему и вращаться вокруг друг друга с момента рождения. Если эти две звезды будут хотя бы в несколько раз массивнее нашего Солнца, их жизни обе закончатся взрывами сверхновых. Более массивная звезда взрывается первой, оставляя после себя нейтронную звезду. Если взрыв не отбросит вторую звезду, двойная система выживет. Нейтронную звезду теперь можно увидеть как радиопульсар, она медленно теряет энергию и вращается вниз. Позже вторая звезда может раздуваться, позволяя нейтронной звезде поглотить свое вещество. Материя, падающая на нейтронную звезду, раскручивает ее и уменьшает ее магнитное поле. Это называется «рециклингом», потому что он возвращает нейтронную звезду в быстро вращающееся состояние. Наконец, вторая звезда также взрывается сверхновой, образуя еще одну нейтронную звезду. Если этот второй взрыв также не может разрушить двойную систему, образуется двойная двойная нейтронная звезда. В противном случае развернутая нейтронная звезда останется без спутника и превратится в «разрушенный повторно используемый пульсар», вращающийся от нескольких до 50 раз в секунду.
Открытие пульсаров позволило астрономам предстоит изучить объект, ранее не наблюдавшийся - нейтронную звезду. Этот вид объектов - единственное место, где можно наблюдать (хотя и не напрямую) поведение материи при ядерной плотности. Кроме того, миллисекундные пульсары позволили проверить общую теорию относительности в условиях сильного гравитационного поля.
Относительное положение Солнца с центром Галактики и 14 пульсаров с обозначением их периодов, показанные на табличке Pioneer Карты Pulsar были включены на две таблички Pioneer, а также на Золотую запись Voyager. Они показывают положение Солнца относительно 14 пульсаров, которые идентифицируются по уникальной синхронизации их электромагнитных импульсов, так что наше положение как в пространстве, так и во времени может быть вычислено с помощью потенциала внеземных цивилизаций. интеллект. Поскольку пульсары излучают очень регулярные импульсы радиоволн, их радиопередачи не требуют ежедневных корректировок. Более того, позиционирование пульсаров может создать навигационную систему космического корабля независимо или использоваться в сочетании со спутниковой навигацией.
Как правило, регулярность излучения пульсаров не может соперничать со стабильностью атомные часы. Их все еще можно использовать как внешнюю ссылку. Например, J0437-4715 имеет период 0,005757451936712637 с с ошибкой 1,7 × 10 с. Эта стабильность позволяет использовать миллисекундные пульсары для установления эфемеридного времени или для построения пульсарных часов.
Временной шум - это название неоднородностей вращения, наблюдаемых во всех пульсарах. Этот временной шум наблюдается как случайное блуждание по частоте или фазе импульсов. Неизвестно, связан ли временной шум с глитчами пульсара .
Излучение пульсаров проходит через межзвездную среду (ISM), прежде чем достигнет Земли. Свободные электроны в теплой (8000 К), ионизированной составляющей ISM и H II областей влияют на излучение двумя основными способами. Возникающие в результате изменения в излучении пульсара служат важным средством исследования самого ISM.
Из-за дисперсионной природы межзвездной плазмы распространяются низкочастотные радиоволны через среду медленнее, чем высокочастотные радиоволны. Результирующая задержка прихода импульсов в диапазоне частот непосредственно измеряется как мера дисперсии пульсара. Мера дисперсии - это общая плотность столбцов свободных электронов между наблюдателем и пульсаром,
где 
. Кроме того, турбулентность в межзвездном газе вызывает неоднородности плотности в ISM, которые вызывают рассеяние Радиоволн от пульсара. Получающееся в результате мерцание радиоволн - тот же эффект, что и мерцание звезды в видимом свете из-за изменений плотности в атмосфере Земли - можно использовать для восстановления информации о малых масштабные вариации в ISM. Из-за высокой скорости (до нескольких сотен км / с) многих пульсаров, один пульсар быстро сканирует ISM, что приводит к изменению картины мерцаний в течение нескольких минут.
Пульсары, вращающиеся в искривленном пространстве-времени вокруг Sgr A *, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, могли служат датчиками силы тяжести в режиме сильного поля. На время прихода импульсов будут влиять особые - и общерелятивистские доплеровские сдвиги, а также сложные пути, по которым радиоволны будут проходить через сильно изогнутые пространство-время вокруг черной дыры. Для того чтобы эффекты общей теории относительности можно было измерить современными приборами, необходимо открыть пульсары с периодом обращения менее 10 лет; такие пульсары будут вращаться на расстоянии 0,01 пк от Sgr A *. В настоящее время ведутся поиски; в настоящее время известно, что пять пульсаров находятся в пределах 100 пк от Sgr A *.
В мире существует 3 консорциума, которые используют пульсары для поиска гравитационных волн. В Европе существует European Pulsar Timing Array (EPTA); в Австралии имеется Система синхронизации пульсаров Паркеса (PPTA); и есть Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн (NANOGrav) в Канаде и США. Вместе консорциумы образуют International Pulsar Timing Array (IPTA). Импульсы от миллисекундных пульсаров (MSP) используются в качестве системы галактических часов. Изменения в часах можно будет измерить на Земле. Возмущение от проходящей гравитационной волны будет иметь особую сигнатуру в ансамбле пульсаров и, таким образом, будет обнаружено.
| PSR | Расстояние. (пк) | Возраст. (млн лет ) |
|---|---|---|
| 244 | 7,580 | |
| J0108−1431 | 238 | 166 |
| J0437-4715 | 156 | 1,590 |
| J0633 + 1746 | 156 | 0,342 |
| J0659+1414 | 290 | 0,111 |
| J0835-4510 | 290 | 0,0113 |
| 260 | 17,5 | |
| 300 | 6,710 | |
| 250 | 0,387 | |
| 161 | 3,76 | |
| J2144−3933 | 165 | 272 |
Гамма-пульсары, обнаруженные космическим гамма-телескопом Ферми. Перечисленные здесь пульсары были либо первыми обнаруженными пульсарами такого типа, либо представляют собой экстремум определенного типа среди известной популяции пульсаров, например, имеющий самый короткий измеренный период.
Видео - Крабовидный пульсар - яркий импульсно-межпульсный.
Воспроизвести медиа Видео - Vela pulsar - Рентгеновский свет.
Воспроизвести медиа Видео - Впечатление художника от AR Scorpii.
Астрономический портал 
Звездный портал  | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с Pulsars. |
