Живым аулам ученые предпочли трупы звезд
Вместо того, чтобы как следует разобраться с привычными, всем известными землетрясениями, наводящими ужас на жителей многих горных районов, ученые научились с беспрецедентной точностью предсказывать "звездотрясения", время от времени разрывающие кору "звездных трупов" - нейтронных звезд. В результате нового исследования, проведенного американскими астрофизиками и представленного на встрече Американского астрономического общества (American Astronomical Society - AAS) в канадском городе Калгари (планируется публикация в Astrophysical Journal), поддержку получила теория, согласно которой эти самые звездотрясения (starquakes) случаются за счет того, что твердая металлическая "корка" мертвой звезды, образовавшаяся над "жидкой" сверхплотной нейтронной материей, начинает в своем вращении отставать от вращения основного ядра, лопается и испытывает перестроечные эффекты.
Известно, что нейтронные звезды образуются в результате взрывов состарившихся, то есть почти полностью "выгоревших" массивных звезд, ядра которых подвергаются коллапсу - материя внутри этих "огрызков" обретает такую плотность, что обычные атомы буквально "плющит": электроны объединяются с протонами в нейтроны (чайная ложка этого вещества на Земле весила бы два миллиарда тонн). Поперечник таких мертвых звезд (масса которых как правило немного превышает массу нашего Солнца) обычно не больше 30 километров, ну а "сверхтекучую" сердцевину, обладающую характеристиками единого исполинского атомного ядра, окружает несколько менее экзотичная по своему составу и относительно тонкая твердая корка, как бы "плавающая" на этом субстрате в отсутствии какого-либо трения. Два этих компонента в принципе могут вращаться независимо друг от друга, но обычно их вращение синхронизировано... Скачкообразные сбои-"глитчи" ("glitches"), периодически случающиеся при рассинхронизации этого движения собственно и приводят к "звездотрясениям" (сверхтекучее вещество при этом прорывается в образовавшиеся трещины-разломы). Другая возможная причина связана с выходом из сверхпроводящего нутра вихревых нитей (так называемых "абрикосовских вихрей"), которые "прицепляются" к коре изнутри и оказывают эффект, тормозящий внутреннее ядро и раскручивающий внешнюю оболочку (в этом случае кора может и не трескаться). Обмен моментом импульса происходит за счет того, что линии магнитного поля (чрезвычайно мощного в случае нейтронных звезд), "вмороженные" в кору, реагируют на несоответствие взаимных скоростей вращения двух "раздельных частей" (происходят пересоединения). Так или иначе, в результате изменений ориентации в окружающем газовом облаке весь этот магнитный диполь, каковым представляется нейтронная звезда астрофизикам, испускает радиацию, которая и уносит избыточную энергию - то есть со временем происходит неизбежное замедление общего вращения.
"Сверхтекучая компонента не замедляется такими темпами, какими может замедляться кора, - поясняет Тод Стромейер (Tod Strohmayer) из американского Годдардовского центра космических полетов NASA (Goddard Space Flight Center - GSFC) в штате Мэриленд. - Разумеется, такое положение вещей не может продолжаться до бесконечности - и в конечном счете дополнительный угловой момент во вращении сверхтекучей компоненты передается коре, что и порождает сбои". В ходе "звездотрясения" твердая кора ломается, и сверхтекучие потоки устремляются в ее трещины, что заставляет внешнюю оболочку ускорять свое вращение.
С Земли все эти эффекты можно наблюдать потому, что они отражаются на периодичности излучения пульсаров - своеобразных "маяков Вселенной" (что исторгают узкие пучки радиоизлучения и рентгеновских лучей, при удачном расположении "чиркающих" по нашей планете), которые собственно и представляют, по мнению подавляющего большинства современных ученых, природное воплощение концепции нейтронных звезд. Группа исследователей, возглавляемая Джоном Миддледичем (John Middleditch) из Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory), расположенной в американском штате Нью-Мексико, проанализировала эти увеличения скорости вращения нейтронной звезды для того, чтобы попытаться предсказывать приближение очередного акта звездотрясения.
Для экспериментов был выбран пульсар PSR J0537-6910 (его короткое обозначение - J0537), что находится в 170 тысячах световых лет от Земли (в Туманности Тарантула (остатке сверхновой) в Большом Магеллановом облаке - спутниковой галактике нашего Млечного пути) и имеет "несерьезный" по звездным меркам возраст в 4 тысячи лет. Кора этого пульсара прокручивается со скоростью 62 раз в секунду - это наиболее быстро вращающий молодой пульсар (ассоциированный с остатком сверхновой) из всех, известных науке (то есть период его вращения составляет примерно 16 миллисекунд). Всего за восемь лет был изучен (использовались рентгеновские данные от американского спутника Rossi X-Ray Timing Explorer - RXTE) 21 случай "пульсаротрясения", включая самый недавний - 5 мая (и опять же - это рекорд по "сбоям"). Поведение пульсара сравнивалось с "классическим" пульсаром Крабовидной туманности (7 тысяч световых лет от нас, период 33 мс), а также с довольно известным пульсаром Vela в южном созвездии Паруса (800 световых лет, 11 оборотов в секунду). Когда происходят "сбои", J0537 как бы ускоряет свое вращение - в среднем на один оборот за каждые семь часов (ну а в периоды затишья кора, естественно, постепенно тормозится). И теперь вот удалось выяснить, что длительность "спокойного" периода до очередного "эпизода сейсмической активности" напрямую зависит от интенсивности этого самого ускорения вращения.
"Отслеживая изменения в скорости вращения пульсара, мы можем предсказывать случаи звездотрясений за несколько дней до того, как они будут реально наблюдаться, - уверяет Миддледич. - Было бы здорово, если б сотрясения земли можно было предсказывать с подобной точностью..." Так, исследователи "нагадали", что следующее большое звездотрясение PSR J0537-6910 состоится в полночь 4 августа (по Гринвичу). Причем перед "серьезным" сломом ожидаются еще и предшествующие ему небольшие "вибрации"...
Нужно отметить, что нейтронные звезды более экзотичного типа, получившие наименование магнитаров (magnetars - обладающие сверхмощными магнитными полями), способны испытывать еще более катастрофические звездотрясения, в результате которых кора трескается и обнажается сверхтекучая сердцевина (соответствующая мультипликация NASA (MPEG) выложена по данному адресу).
Миддледич также отмечает, что его группе впервые удалось найти свидетельства ежегодного смещения магнитных полюсов пульсара. Эта особенность характерна для земных магнитных полюсов, а вот теперь реальность подобных эффектов отмечена и в случае нейтронных звезд.
Источники:
Scientists predict pulsar starquakes - Los Alamos National Laboratory
LANL astronomer predicts neutron starquake - Los Alamos Monitor
Astronomers predict timing of starquakes - New Scientist
Predicting the Starquakes in PSR J0537-6910 - arXiv.org
Ссылки:
Нейтронные звезды
Нейтронные гейзеры объяснили сейсмологию пульсаров
Предсказание звездотрясений на пульсарах
Пульсары (обзор)
Справка
Нейтронные звезды
- очень компактные и плотные объекты с массами около полутора солнечных и радиусом порядка 10 километров. Плотность в центре такой "звезды" в несколько раз превышает ядерную. В основном нейтронные звезды состоят из вырожденных нейтронов с малой примесью вырожденных протонов и электронов и только самые внешние слои - твердая кора - содержат железо с примесью Cr, Ni, Co. Гидростатическое равновесие в них поддерживается давлением вырожденного нейтронного газа. Образование нейтронных звезд происходит в процессе гравитационного коллапса на конечных стадиях эволюции достаточно массивных звезд (в несколько раз превышающих массу Солнца). Большинство известных на сегодня нейтронных звезд являются пульсарами (обнаружены в 1967 году).
Статьи по теме
Найден пульсар, устроившийся на полставки
Британские астрономы выявили очень странный пульсар, который, вероятно, поможет в будущем разгадать многие загадки этих необычных "космических маяков" и проверить имеющиеся теории пульсаров.
Астрономы заглянули в недра экзопланет
Группа европейских астрономов провела изучение внутреннего устройства так называемых "горячих юпитеров" - гигантских газовых экзопланет, расположенных очень близко к своему светилу. Найдена корреляция между количеством тяжелых элементов внутри них и степенью "металличности" родительских звезд.
Величайшие взрывы как последствия звездных "измен"
Новое исследование заставляет признать, что полной ясности с гамма-всплесками все еще нет, и механизмы, породившие на свет большую часть исследованных коротких GRBs, могут быть более изощренными - с предварительным обменом звездными компаньонами в пределах шаровых скоплений.
Клешня Науки
Комбинированное изображение Крабовидной туманности составлено путем объединения множества снимков с космического телескопа "Хаббл". Туманность имеет волокнистую структуру и по внешнему виду напоминает клешню краба - отсюда и название.
Черной дырой стать не так-то просто
Одна из сверхмассивных звезд, превосходящая по массе наше собственное Солнце примерно в 40 раз, вместо черной дыры сформировала "всего лишь" нейтронную звезду. Это открытие показывает, что образование собственно черных дыр связано с процессами более редкими и сложными, чем считалось до сих пор.
Раскрыта тайна самых раскрученных звезд
Новые наблюдения позволили получить ответ на вопрос о том, благодаря чему специфические космические объекты, называемые миллисекундными пульсарами, так здорово раскручиваются.
Суперускорительный южный танец
Астрономы обнаружили двойную звездную систему, состоящую из голубого гиганта и пульсара, которые в паре работают как мощнейший естественный ускоритель частиц, превращая обычные фотоны в фотоны сверхвысоких энергий.
Тайна ближайшего взрыва сверхновой
Прародитель сверхновой звезды SN 1987A весил в 20 раз больше нашего Солнца, таким образом он оказывался прямо на "разделительной линии", оставляя астрономов в неведении относительно того, какого именно типа компактный объект должен появиться в результате этого катаклизма.
Новый кандидат в ускорители космических лучей
Удалось разглядеть загадочную обширную петлеобразную структуру поперечником 20 световых лет, которая расположена возле самой компактной области звездообразования в нашей Галактике.
Пульсар 3C58 прохлаждается и расставляет сети
Изучение молодого пульсара 3C58 с помощью космической рентгеновской обсерватории NASA "Чандра" позволило зафиксировать аномально быстрое охлаждение этого объекта. Полученные данные позволяют предположить, что плотность вещества пульсара на самом деле гораздо выше той, что следует из общепринятых теорий.
Наука-2004: марсоходы, хоббиты, пульсары, конденсат из фермионов...
Традиционный перечень журнала Science включает десятку наиболее ярких достижений науки уходящего года. Первое место в новом рейтинге заняли итоги исследования марсианской поверхности с помощью бортовой аппаратуры американских марсоходов-роверов Spirit и Opportunity, а также европейской орбитальной станции Mars Express.
Радиоастрономы нашли самый молодой звездный труп
Канадские исследователи считают, что им удалось идентифицировать недавно сформировавшуюся черную дыру или нейтронную звезду. По всей видимости, это открытие служит подтверждением теории, согласно которой подобные экзотические квазизвездные объекты рождаются в результате взрывов гигантских звезд.
Обнаружен первый двойной пульсар
Самый первый двойной пульсар был обнаружен международной командой астрономов из Великобритании, Австралии, Италии и США. Открытие позволит провести более точную проверку истинности Общей теории относительности, а также впервые изучить магнитосферу пульсара.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
Туманность Карандаша: занавес театра смерти
Новое изображение так называемой "Туманности Карандаша" получено с помощью космического телескопа "Хаббл". Самое поразительное в этой картине - цвета и подробная структура туманности. Объект, вошедший в кадр, представляет собой всего лишь малую часть гигантского остатка давно взорвавшейся звезды. Приблизительно 11 тыс лет назад звезда, расположенная в те времена на месте этой туманности в южном созвездии Парус, внезапно вспыхнула, и в земных небесах какое-то время она сияла в 250 раз ярче Венеры.
Первые экзопланеты земного типа найдены около пульсара
До настоящего времени поиск планет вне Солнечной системы приводил, к немалому разочарованию ученых, к обнаружению лишь огромных газовых гигантов, близких по размеру к Юпитеру и Сатурну, а внутренние планеты, подобные Земле и Марсу, были недоступны современной технике. Но вот теперь астрономы впервые однозначно идентифицировали планеты, масса которых только в 4,3 и 3,0 превышает массу Земли. Еще идет речь о третьей планете, масса которой составляет две лунные массы.
Кокон вокруг миллисекундного пульсара Черная Вдова
Изображение таинственного пульсара Черная Вдова, полученное "Чандрой", позволило разглядеть удлиненный "кокон" из высокоэнергетических частиц вокруг этого объекта. Таким образом, подтверждается теория, согласно которой даже относительно слабо намагниченные старые нейтронные звезды могут производить мощные электромагнитные поля и ускорять частицы до высоких энергий, если они вращаются достаточно быстро.
Солнечные бури защищают астронавтов
Повышенная солнечная активность на самом деле только сыграла на руку нашим космическим посланцам: бури на Солнце привели к тому, что на борту МКС уровень радиации заметно снизился.
Материю кварковых звезд отыскали в новой форме сверхтекучести
Исследователи из Университета Райса выявили эффекты, которое могут указывать на существование новой экзотической формы неуравновешенной сверхтекучести, родственной сверхпроводимости и "странной материи" внутри кварковых звезд.
Лебедь плюется и пузырится
Группе астрономов из Нидерландов и Великобритании удалось обнаружить гигантский "пузырь с реактивным двигателем", сформированный в газовой оболочке вокруг черной дыры, расположенной в нашей Галактике.
Призрачный остаток сверхновой
Хотя многие взрывающиеся сверхновые оставляют после себя яркие красивые светящиеся туманности, другие этого почему-то не делают. До исследований "Чандры" считалось, что остаток звезды G21.5-0.9 не обладал такими оболочками.
Впервые удалось отыскать место рождения бродячего микроквазара
Впервые удалось проследить путь по Галактике и найти место рождения так называемого микроквазара - пары объектов, обращающихся вокруг общего центра масс, один из которых является компактным остатком взрыва сверхновой - нейтронной звездой или черной дырой. Ученые пришли к выводу, что бинарная система LSI +61 303 сформировалась когда-то в звездном скоплении IC 1805 и была вышвырнута из него примерно 1,7 миллиона лет назад.
Найден самый горячий белый карлик с только что погасшей "ядерной печью"
Международная группа астрономов, занимавшаяся изучением останков звезд, когда-то представлявших собой подобие нашего собственного Солнца, нашла весьма примечательный квазизвездный объект, обозначаемый как H1504+65. Это самый горячий из всех известных нам белых карликов, в котором только-только погас его "ядерный реактор", на протяжении многих миллиардов лет исправно снабжавший энергией звезду и окружающее ее пространство.
Смерть запрещенного барабанщика: впервые следы гамма-всплеска найдены в нашей Галактике
Комбинация данных, полученных от "Чандры", с наблюдениями в инфракрасном диапазоне, проведенными в обсерватории Паломар, позволила обнаружить остатки одного из самых катастрофических взрывов, случившихся в пределах нашего Млечного пути. Следы подобного явления в нашей Галактике удалось идентифицировать впервые, а сама вспышка произошла несколько тысяч лет назад.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Ученые нашли "звезду-спринцовку", подражающую черным дырам
Астрономы наблюдали нейтронную звезду Circinus X-1, испускающую струи вещества со скоростью, очень близкой к скорости света. Это самый быстрый поток вещества, когда-либо наблюдаемый от объекта в нашей Галактике, скорость сравнима со скоростью самых быстрых джетов, исторгаемых ядрами других галактик. Однако в тех галактиках струи порождаются сверхмассивными черными дырами, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды солнечных масс.
Туманность Полумесяца: смертные муки младенца-тяжеловеса
Рентгеновская космическая обсерватория "Чандра" позволила рассмотреть ужасающую, но по-своему прекрасную сцену суицида молодой звезды HD 192163, расположенной от нас на расстоянии примерно в 5 тысяч световых лет в созвездии Лебедя, - астрономы на снимках отчетливо видят первые признаки назревающего звездного кошмара.
"Интеграл" нашел новый класс астрономических объектов
Речь идет о бинарных звездных системах, составной частью которых является черная дыра или нейтронная звезда, заключенных в плотный кокон из холодного газа. Из-за подобного кокона эти объекты остаются невидимыми для традиционных телескопов, однако "Интеграл" как раз и был задуман так, чтобы изучать подобные скрытые высокоэнергетичные явления во Вселенной, выдающие себя только посредством потоков гамма-излучения (недаром его окрестили "охотником за черными дырами").
Микроквазар ворвался в нашу Галактику из соседнего шарового скопления
Астрономы проследили путь нейтронной звезды и ее спутника, звезды-компаньона, вещество которой нейтронная звезда активно поглощает (Скорпион X-1). В настоящее время эта парочка мчится через нашу Галактику, но ученые считают, что она присоединилась к Млечному пути около 30 миллионов лет назад, а до этого была выброшена из удаленного звездного кластера.
Капли сверхплотного кваркового вещества прошивают Землю насквозь
Исследователи выявили два сейсмических события, которые, как они считают, могли быть вызваны исключительно проходом сквозь Землю кварковой материи - формы вещества, до сих пор не обнаруженной в экспериментах. Впрочем, есть свидетельство того, что такая странная кварковая материя встречается в космосе, среди некоторых экзотических звезд.
Гипергигантские звезды способны обзаводиться планетами
Открытие пылевых дисков - то есть предшественников планетных систем - у пары чрезвычайно массивных звезд заставляет предположить, что планеты могут формироваться и выживать даже в самых экстремальных условиях - у самых массивных звезд, которые только существуют в природе.
Сверхновые мультики от Большого Магелланова облака
Астрономы обнаружили слабое "видеоэхо" от трех древних сверхновых, вспышки которых можно было наблюдать на Земле несколько веков назад. Это "эхо" было отражено межзвездными газовыми облаками, удаленными от первоисточника на сотни световых лет.
Самые красивые объекты во Вселенной окутаны тайной
Планетарные туманности - остатки звездных катастроф, - безусловно, относятся к красивейшим объектам во Вселенной, но они все еще окутаны тайнами, причем в буквальном смысле этого слова. Даже при том, что многие такие газо-пылевые туманности находятся в относительной близости от нас и подробно изучены, среди них встречаются те, что продолжают озадачивать астрономов.