Нейтронная звезда пульсар
Нейтронная звезда пульсар предсказаны теоретиками, в частности, академиком Л. А. Ландау в 1932 году.
Превращения звезд
Звезды не вечны. В зависимости от того, какой была звезда и как протекало ее существование, звезда превратится или в белого карлика, или в нейтронную звезду.
Если звезда коллапсирует, то образует черную дыру в пространстве.
Таковы представления о «смерти» звезд, развитые академиком Я. Б. Зельдовичем и его учениками. Белые карлики известны очень давно. В течение трех десятков лет вокруг этого предсказания шли споры.
Споры, но не поиски. Искать нейтронные звезды средствами наземных обсерваторий было бессмысленно: видимых лучей они, вероятно, не излучают, а лучи других участков электромагнитного спектра бессильны преодолеть броневой щит земной атмосферы.
Вселенная из космического пространства
Поиски начались лишь тогда, когда возникла возможность взглянуть на Вселенную из космического пространства. В конце 1967 года астрономы сделали сенсационное открытие. В определенной точке неба внезапно загорался и через сотые доли секунды погасал точечный источник радиолучей.
Примерно через секунду вспышка повторялась. Эти повторения следовали друг за другом с точностью корабельного хронометра. Казалось, сквозь черную ночь Вселенной наблюдателям подмигивает далекий маяк.
Нейтронная звезда пульсар
Потом таких маяков стало известно довольно много. Оказалось, что они отличаются друг от друга периодичностью лучевых импульсов, составом излучения. Большинство пульсаров - так назвали эти вновь обнаруженные звезды - имело полную продолжительность периода от четверти секунды до четырех секунд.
Сегодня число известных науке пульсаров составляет около 2000. И возможности новых открытий далеко не исчерпаны. Пульсары и есть нейтронные звезды. Трудно представить себе какой-то иной механизм, с железной точностью зажигающий и гасящий вспышку пульсара, нежели вращение самой звезды.
С одной стороны звезды «установлен» источник излучения, и при каждом обороте ее вокруг оси исторгаемый луч на мгновение падает и на нашу Землю. Но какие же звезды способны вращаться со скоростью нескольких оборотов в секунду? Нейтронные - и никакие другие.
Наше Солнце, к примеру, совершает один оборот без малого за 25 суток; увеличьте скорость - и центробежные силы попросту разорвут его, разнесут на части.
Однако на нейтронных звездах, происходит сжатие вещества до плотности, невообразимой в обычных условиях. Каждый кубический сантиметр вещества нейтронной звезды в земных условиях весил бы от 100 тысяч до 10 миллиардов тонн! Роковое сжатие резко уменьшает диаметр звезды.
Если в своей сияющей жизни звезды имеют диаметры в сотни тысяч и миллионы километров, то радиусы нейтронных звезд редко превосходят 20-30 километров. Такой небольшой «маховик», и к тому же накрепко склепанный силами всемирного тяготения, можно раскрутить и со скоростью в несколько оборотов в секунду - он не развалится.
Нейтронная звезда должна вращаться очень быстро. Видели ли вы, как крутится балерина, поднявшись на одном носке и плотно прижав руки к телу? Но вот она раскинула руки - ее вращение сразу же замедлилось. Физик скажет: увеличился момент инерции.
У нейтронной звезды по мере уменьшения ее радиуса момент инерции, напротив, уменьшается, она как бы «прижимает руки» все ближе и ближе к телу. Скорость ее вращения при этом быстро возрастает. И когда диаметр звезды уменьшится до указанной выше величины, число ее оборотов вокруг оси должно оказаться как раз таким, какое обеспечивает «эффект пульсара».
Физикам очень хотелось бы оказаться на поверхности нейтронной звезды и поставить несколько опытов. Ведь там должны существовать условия, подобных которым нет больше нигде: фантастическая величина гравитационного поля и фантастическая напряженность поля магнитного.
По расчетам ученых, если сжимавшаяся звезда имела магнитное поле весьма скромной величины - в один эрстед (магнитное поле Земли, покорно поворачивающее синюю стрелку компаса на север, равно примерно половине эрстеда), то у нейтронной звезды напряженность поля может достигать и 100 миллионов и триллиона эрстед!
В 20-х годах ХХ века, в период своей работы в лаборатории Э. Резерфорда, известный советский физик академик П. Л. Капица поставил опыт получения сверхсильных магнитных полей. Ему удалось получить в объеме двух кубических сантиметров магнитное поле небывалой напряженности - до 320 тысяч эрстед. Конечно, сейчас этот рекорд превзойден.
Путем сложнейших ухищрений, обрушив на единственный виток соленоида целую электрическую ниагару - мощность в миллион киловатт - и взрывая при этом вспомогательный пороховой заряд, ухитряются получить напряженность магнитного поля до 25 миллионов эрстед.
Существует это поле несколько миллионных долей секунды. А на нейтронной звезде возможно постоянное поле в тысячи раз больше!
Строение нейтронной звезды
Советский ученый академик В. Л. Гинзбург нарисовал довольно подробную картину строения нейтронной звезды. Поверхностные ее слои должны находиться в твердом состоянии, и уже на глубине километра с повышением температуры твердая кора должна сменяться нейтронной жидкостью, содержащей в своем составе некоторую примесь протонов и электронов, жидкостью удивительнейшей по своим свойствам, сверхтекучей и сверхпроводимой.
В земных условиях единственный пример сверхтекучей жидкости - это поведение так называемого гелия-2, жидкого гелия, при температурах, близких к абсолютному нулю. Гелий-2 способен мгновенно вытечь из сосуда сквозь мельчайшее отверстие, способен, пренебрегая силой тяжести, подниматься по стенке пробирки вверх.
Сверхпроводимость также известна в земных условиях лишь при очень низких температурах. Как и сверхтекучесть, она - проявление в наших условиях законов мира элементарных частиц.
В самом центре нейтронной звезды, по мнению академика В. Л. Гинзбурга, может находиться не сверхтекучее и не сверхпроводящее ядро. Два гигантских поля - гравитационное и магнитное, создают вокруг нейтронной звезды своеобразный венец. Ось вращения звезды не совпадает с магнитной осью, это и вызывает «эффект пульсара».
Если представить, что магнитный полюс Земли, (подробнее: Магнитный полюс Земли) находится на месте озера Байкал и что на этом месте установлена антенна радиопередатчика, направленная в зенит, с достаточно узким лучом направленности, то любая область пространства, попадающая в зону «видимости» этого луча, будет периодически получать сигналы передатчика.
Таким образом, нейтронная звезда пульсар излучает узконаправленные потоки радиоизлучения, которые в результате вращения нейтронной звезды попадают в поле зрения наблюдателя через равные промежутки времени.