§ 13. ПУЛЬСАРЫ

(нейтронные звезды – НЗ)

Пульсары – источники импульсного космического излучения с очень большой стабильностью периода. Периоды повторения импульсов  лежат в пределах ()с и сохраняются с высокой точностью (наблюдаются слабые вековые изменения : ).

Впервые радиоимпульсы от пульсаров были обнаружены в обсерватории Кембриджского университета в 1967 г. аспиранткой Дж. Белл (руководитель Э.Хьюиш – Нобелевская премия 1971 г.). Оказалось, что пульсары излучают не только в радио-, но и в других диапазонах – оптическом, рентгеновском, гамма-диапазоне. Они являются также источниками гамма- и рентгеновских вспышек.

Источниками пульсирующего излучения являются быстро вращающиеся нейтронные звезды массой  (чаще встречаются пульсары массой ), обладающие огромной плотностью, сильным магнитным полем ( до Тл для радиопульсаров, сверхсильные магнитные поля ). Вещество их в основном состоит из нейтронов. Излучение испускается в узком конусе, ось которого не совпадает с осью вращения пульсара. Наблюдатель видит пульсар, если конус направлен на него (подобно маяку). Период повторения импульсов, следовательно, совпадает с периодом вращения НЗ. Замедление вращения можно объяснить потерей энергии вращения за счет магнито-дипольного излучения НЗ. С НЗ связаны следующие наблюдаемые объекты.

Таблица 10

Объект	Число объектов в НГ		Светимость, Вт	Модель объекта
	наблюдаемое	Полное (оценка)
Радиопульсар		~		Одиночная  молодая нейтронная звезда.
Рентгеновский пульсар	>20	~100		Стационарная аккреция вещества звезды – компаньона на нейтронную звезду в двойной системе
Рентгеновский барстер	~40	~100		Нестационарная аккреция в двойной системе, ядерный взрыв на поверхности НЗ; сливающиеся двойные пульсары.
барстер (вспыхивающий источник, магнитар)	>100	?		Нейтронные звезды со сверхсильными магнитными полями – источники повторяющихся всплесков за счет распада магнитного поля.
Объект типа SS 433	1		в рентгене,  в оптике	Аккреция в двойной системе на релятивистский объект в сверхкритическом режиме.

Общее число НЗ в Галактике - .

Модель нейтронной звезды 

Средние характеристики НЗ:

Массы нейтронных звезд группируются около , радиус км, средняя плотность , т.е. больше стандартной ядерной плотности . Поэтому НЗ можно представить как громадное атомное ядро размером в (10 – 18) км. В центре нейтронной звезды плотность вещества может достигать значений, превышающих ядерную в 10 – 20 раз. При таких плотностях возможна конденсация пионов, гиперонов, каонов, образование кварков. Магнитные поля достигают огромных значений, у магнитаров до . Несмотря на малые размеры НЗ являются одними из самых активных звезд. Схема внутреннего строения НЗ представлена на рис. 13.1.  

Рис. 13.1. Схема внутреннего строения НЗ

Пульсары используются в качестве точных стандартов времени в астрофизических исследованиях. Излучение пульсаров помогает изучать космические объекты, решать некоторые фундаментальные проблемы физики.

1. С высокой точностью измерена  скорость движения и радиус орбиты Земли.

2. Детально исследованы свойства межзвездной среды: измерена средняя концентрация электронов (), средняя величина магнитного поля ( Тл) вблизи плоскости Галактики.

3. Было установлено, что скорость света не зависит от частоты.

4. Получено ограничение на массу покоя фотона кг.

5. Наблюдения двойных пульсаров подтвердили все эффекты общей теории относительности.

6. Исследуются физические свойства вещества в экстремальных условиях.

Параметры двойного пульсара PSR 1913+16

.

Период обращения  часа.

Линейная скорость движения по орбите .

За счет уменьшения энергии связи звезд из-за излучения гравитационных волн наблюдается уменьшение орбитального периода вращения .

Массы компонентов:

  (точность определения 0,5 % – рекордная точность измерения массы звезды в астрономии)!

Из-за эффектов ОТО периастр орбиты перемещается на  в год!

(Для сравнения: перигелий Меркурия по той же причине перемещается на  за 100 лет). В 1993 г. за изучение двойных пульсаров Р. Халсу и Дж. Тейлору присуждена Нобелевская премия по физике.