stringtranslate.com

Магнетар

Представление художника о магнетаре с линиями магнитного поля.
Представление художника о мощном магнетаре в звездном скоплении

Магнетар — это тип нейтронной звезды с чрезвычайно мощным магнитным полем (от ~10 9 до 10 11 Тл , от ~10 13 до 10 15 Гс ). [1] Распад магнитного поля приводит к испусканию высокоэнергетического электромагнитного излучения , особенно рентгеновских и гамма-лучей . [2]

Существование магнетаров было предположено в 1992 году Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном . [3] Их предложение было направлено на объяснение свойств переходных источников гамма-лучей, теперь известных как мягкие гамма-повторители (SGR). [4] [5] В течение следующего десятилетия гипотеза магнетара получила широкое признание и была расширена для объяснения аномальных рентгеновских пульсаров (AXP). По состоянию на июль 2021 года было известно 24 подтвержденных магнетара. [6]

Было высказано предположение, что магнетары являются источником быстрых радиовсплесков (FRB), в частности, в результате открытий, сделанных в 2020 году учеными с использованием австралийского радиотелескопа Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). [7]

Описание

Как и другие нейтронные звезды , магнетары имеют диаметр около 20 километров (12 миль) и массу около 1,4 солнечных масс. Они образуются в результате коллапса звезды, масса которой в 10–25 раз превышает массу Солнца . Плотность недр магнетара такова, что столовая ложка его вещества имела бы массу более 100 миллионов тонн. [2] Магнетары отличаются от других нейтронных звезд наличием еще более сильных магнитных полей и более медленным вращением по сравнению с ними. Большинство наблюдаемых магнетаров вращаются каждые две-десять секунд [8] , тогда как типичные нейтронные звезды, наблюдаемые как радиопульсары, вращаются от одного до десяти раз в секунду. [9] Магнитное поле магнетара вызывает очень сильные и характерные всплески рентгеновского и гамма-излучения. Активная жизнь магнетара коротка по сравнению с другими небесными телами. Их сильные магнитные поля затухают примерно через 10 000 лет, после чего прекращается активность и сильное рентгеновское излучение. Учитывая количество наблюдаемых сегодня магнитаров, по одной из оценок, число неактивных магнитаров в Млечном Пути составляет 30 миллионов или более. [8]

Звездотрясения , возникающие на поверхности магнетара, нарушают окружающее его магнитное поле, часто приводя к чрезвычайно мощным выбросам гамма-излучения , которые были зарегистрированы на Земле в 1979, 1998 и 2004 годах. [10]

Типы нейтронных звезд (24 июня 2020 г.)

Магнитное поле

Магнетары характеризуются чрезвычайно мощными магнитными полями ~10 9–10 11 Тл . [6] Эти магнитные поля в сто миллионов раз сильнее любого искусственного магнита, [11] и примерно в триллион раз сильнее поля, окружающего Землю . [12] Земля имеет геомагнитное поле силой 30–60 микротесла, а редкоземельный магнит на основе неодима имеет поле около 1,25 тесла с плотностью магнитной энергии 4,0 × 10 5 Дж/м 3 . Поле магнетара напряженностью 10 10 тесла, напротив, имеет плотность энергии4,0 × 10 25  Дж/м 3 , при этом массовая плотность E / c 2 более чем в 10 000 раз превышает плотность свинца . Магнитное поле магнетара было бы смертельным даже на расстоянии 1000 км из-за сильного магнитного поля, искажающего электронные облака составляющих атомов объекта, делая невозможным химию известных форм жизни. [13] На расстоянии половины пути от Земли до Луны, среднее расстояние между Землей и Луной составляет 384 400 км (238 900 миль), магнетар может стереть информацию с магнитных полос всех кредитных карт на Земле. [14] По состоянию на 2020 год это самые мощные магнитные объекты, обнаруженные во Вселенной. [10] [15]

Как описано в статье на обложке журнала Scientific American за февраль 2003 г. , в магнитном поле магнитарной силы происходят удивительные вещи. « Рентгеновские фотоны легко разделяются на две части или сливаются. Сам вакуум поляризуется , становясь сильно двулучепреломляющим , как кристалл кальцита . Атомы деформируются в длинные цилиндры, тоньше квантово-релятивистской длины волны де Бройля электрона». [4] В поле около 10 5 тесла атомные орбитали деформируются в форме стержней. При 10 10 тесла атом водорода становится в 200 раз уже своего нормального диаметра. [4]

Происхождение магнитных полей

Доминирующая теория сильных полей магнетаров состоит в том, что они возникают в результате магнитогидродинамического динамо- процесса в турбулентной, чрезвычайно плотной проводящей жидкости, которая существует до того, как нейтронная звезда установится в свою равновесную конфигурацию. [16] Эти поля затем сохраняются из-за постоянных токов в протонно-сверхпроводниковой фазе материи, которая существует на промежуточной глубине внутри нейтронной звезды (где нейтроны преобладают по массе). Подобный магнитогидродинамический динамо-процесс создает еще более интенсивные переходные поля во время слияния пар нейтронных звезд. [17] Но другая теория заключается в том, что они просто возникают в результате коллапса звезд с необычно сильными магнитными полями. [18]

Формирование

Magnetar SGR 1900+14 (в центре изображения), демонстрирующий окружающее его газовое кольцо диаметром 7 световых лет в инфракрасном свете, как видно космическим телескопом Спитцер . Сам магнетар не виден на этой длине волны, но его можно было увидеть в рентгеновском свете.

При сверхновой звезда коллапсирует в нейтронную звезду, и ее магнитное поле резко возрастает за счет сохранения магнитного потока . Уменьшение линейного размера вдвое увеличивает напряженность магнитного поля в четыре раза. Дункан и Томпсон подсчитали, что когда вращение, температура и магнитное поле новообразованной нейтронной звезды попадают в нужные диапазоны, может сработать механизм динамо , преобразующий тепло и энергию вращения в магнитную энергию и увеличивающий магнитное поле, обычно и без того огромное. от 8 тесл до более чем 10 11 тесл (или 10 15 гаусс ). В результате получается магнетар . [19] Подсчитано, что примерно один из десяти взрывов сверхновых приводит к образованию магнетара, а не более стандартной нейтронной звезды или пульсара . [20]

открытие 1979 года

5 марта 1979 года, через несколько месяцев после успешного сброса посадочных модулей в атмосферу Венеры , два беспилотных советских космических зонда « Венера 11» и «Венера 12» , находившиеся тогда на гелиоцентрической орбите , были поражены вспышкой гамма-излучения примерно в 10:51 по восточному стандартному времени. . Этот контакт поднял показания радиации на обоих зондах с нормальных 100 импульсов в секунду до более чем 200 000 импульсов в секунду всего за долю миллисекунды. [4]

Одиннадцать секунд спустя зонд НАСА «Гелиос-2» , находившийся на орбите вокруг Солнца , был насыщен вспышкой радиации. Вскоре он достиг Венеры, где волна поглотила детекторы орбитального аппарата «Пионер Венеры» . Вскоре после этого гамма-лучи затопили детекторы трех спутников Vela Министерства обороны США , советского спутника «Прогноз-7» и обсерватории Эйнштейна , находящихся на орбите Земли. Перед выходом из Солнечной системы излучение было обнаружено Международным исследователем Солнца и Земли на гало-орбите .

Это была самая сильная волна внесолнечных гамма-лучей, когда-либо обнаруженная, ее интенсивность более чем в 100 раз превосходила любой ранее известный всплеск. Учитывая скорость света и его обнаружение несколькими широко рассредоточенными космическими аппаратами, источник гамма-излучения можно было триангулировать с точностью примерно до 2 угловых секунд . [21] Направление источника соответствовало остаткам звезды, которая стала сверхновой около 3000 г. до н.э. [10] Он находился в Большом Магеллановом Облаке , а источник получил название SGR 0525-66 ; само событие было названо GRB 790305b , первой наблюдаемой мегавспышкой SGR.

Недавние открытия

Впечатление художника о гамма-всплеске и сверхновой, питаемой магнетаром [22]

21 февраля 2008 года было объявлено, что НАСА и исследователи из Университета Макгилла обнаружили нейтронную звезду со свойствами радиопульсара, которая испускала несколько магнитных всплесков, как магнетар. Это говорит о том, что магнетары — это не просто редкий тип пульсаров , но могут быть (возможно, обратимой) фазой в жизни некоторых пульсаров. [23] 24 сентября 2008 г. ESO объявила о том, что она обнаружила первый оптически активный кандидат в магнетар, обнаруженный с помощью Очень Большого Телескопа ESO . Недавно обнаруженный объект получил обозначение SWIFT J195509+261406. [24] 1 сентября 2014 года ЕКА опубликовало новости о магнетаре, близком к остатку сверхновой Кестевен 79 . Астрономы из Европы и Китая обнаружили этот магнетар, названный 3XMM J185246.6+003317, в 2013 году, просматривая изображения, сделанные в 2008 и 2009 годах. [25] В 2013 году был открыт магнетар PSR J1745-2900 , вращающийся вокруг Земли. черная дыра в системе Стрельца А* . Этот объект представляет собой ценный инструмент для изучения ионизированной межзвездной среды в направлении к центру Галактики . В 2018 году временным результатом слияния двух нейтронных звезд оказался гипермассивный магнетар, который вскоре превратился в черную дыру. [26]

В апреле 2020 года на основе наблюдений SGR 1935+2154 , вероятного магнетара, расположенного в галактике Млечный Путь , была предложена возможная связь между быстрыми радиовсплесками (FRB) и магнетарами . [27] [28] [29] [30] [31]

Известные магнетары

27 декабря 2004 года через Солнечную систему прошел всплеск гамма-лучей от SGR 1806−20 ( показана концепция художника ). Всплеск был настолько мощным, что оказал воздействие на атмосферу Земли на расстоянии около 50 000 световых лет .

По состоянию на июль 2021 года известно 24 магнетара, еще шесть кандидатов ожидают подтверждения. [6] Полный список приведен в онлайн-каталоге McGill SGR/AXP. [6] Примеры известных магнетаров включают:

Яркие сверхновые

Считается, что необычно яркие сверхновые возникают в результате гибели очень крупных звезд в виде сверхновых с парной нестабильностью (или пульсационных сверхновых с парной нестабильностью). Однако недавние исследования астрономов [41] [42] предположили, что энергия, выделяемая из вновь образовавшихся магнетаров в окружающие их остатки сверхновых, может быть ответственна за возникновение некоторых из самых ярких сверхновых, таких как SN 2005ap и SN 2008es. [43] [44] [45]

Смотрите также

Рекомендации

Специфический
  1. ^ Каспи, Виктория М.; Белобородов, Андрей М. (2017). «Магнетары». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 55 (1): 261–301. arXiv : 1703.00068 . Бибкод : 2017ARA&A..55..261K. doi : 10.1146/annurev-astro-081915-023329.
  2. ^ аб Уорд; Браунли, стр.286
  3. ^ Дункан, Роберт С .; Томпсон, Кристофер (1992). «Формирование очень сильно намагниченных нейтронных звезд: последствия гамма-всплесков». Письма астрофизического журнала . 392 : Л9. Бибкод : 1992ApJ...392L...9D. дои : 10.1086/186413.
  4. ^ abcd Кувелиоту, К.; Дункан, Р.К.; Томпсон, К. (февраль 2003 г.). «Магнетары». Научный американец ; Страница 41.
  5. ^ Томпсон, Кристофер; Дункан, Роберт К. (июль 1995 г.). «Мягкие гамма-повторители как очень сильно намагниченные нейтронные звезды - I. радиационные механизмы вспышек». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 275 (2): 255–300. Бибкод : 1995MNRAS.275..255T. дои : 10.1093/mnras/275.2.255 .
  6. ^ abcd "Интернет-каталог McGill SGR/AXP" . Проверено 26 января 2021 г.
  7. ↑ Старр, Мишель (1 июня 2020 г.). «Астрономы только что сузили источник этих мощных радиосигналов из космоса». ScienceAlert.com . Проверено 2 июня 2020 г.
  8. ^ Аб Каспи, В.М. (апрель 2010 г.). «Великое объединение нейтронных звезд». Труды Национальной академии наук . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 107 (16): 7147–7152. arXiv : 1005.0876 . Бибкод : 2010PNAS..107.7147K. дои : 10.1073/pnas.1000812107 . ПМЦ 2867699 . ПМИД  20404205. 
  9. ^ Кондон, Дж. Дж. и Рэнсом, С. М. «Свойства пульсара (основная радиоастрономия)». Национальная радиоастрономическая обсерватория . Проверено 26 февраля 2021 г.
  10. ^ abc Кувелиоту, К.; Дункан, Р.К.; Томпсон, К. (февраль 2003 г.). «Магнетары. Архивировано 11 июня 2007 г. в Wayback Machine ». Научный американец ; Страница 36.
  11. ^ «Пользовательская программа HLD в Дрезденской лаборатории сильных магнитных полей» . Проверено 4 февраля 2009 г.
  12. ↑ Найе, Роберт (18 февраля 2005 г.). «Самый яркий взрыв». Небо и телескоп . Проверено 10 ноября 2020 г.
  13. ^ Дункан, Роберт. «МАГНЕТАРЫ, МЯГКИЕ ГАММА-ПОВТОРИТЕЛИ И ОЧЕНЬ СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ». Техасский университет.
  14. ↑ Ванек, Кристофер (18 февраля 2005 г.). «Космический взрыв среди самых ярких в истории человечества». НАСА . Проверено 17 декабря 2007 г.
  15. ↑ Дулинг, Дэйв (20 мая 1998 г.). «Открытие «Магнетара» раскрывает тайну 19-летней давности» . Заголовок новостей Science@NASA . Архивировано из оригинала 14 декабря 2007 года . Проверено 17 декабря 2007 г.
  16. ^ Томпсон, Кристофер; Дункан, Роберт С. (1993). «Нейтронные звездные динамо-машины и происхождение пульсарного магнетизма». Астрофизический журнал . 408 : 194–217. Бибкод : 1993ApJ...408..194T. doi : 10.1086/172580 – через систему астрофизических данных НАСА.
  17. ^ Прайс, Дэниел Дж.; Россвог, Стефан (май 2006 г.). «Создание сверхсильных магнитных полей при слиянии нейтронных звезд». Наука . 312 (5774): 719–722. arXiv : astro-ph/0603845 . Бибкод : 2006Sci...312..719P. дои : 10.1126/science.1125201. PMID  16574823. S2CID  30023248. Архивировано из оригинала 17 июля 2018 г. Проверено 13 июля 2012 г. Значок открытого доступа
  18. ^ Чжоу, Пин; Винк, Жакко; Сафи-Харб, Самар; Мичели, Марко (сентябрь 2019 г.). «Рентгеновское исследование с пространственным разрешением остатков сверхновых, в которых находятся магнетары: значение их происхождения из ископаемых полей». Астрономия и астрофизика . 629 (А51): 12. arXiv : 1909.01922 . Бибкод : 2019A&A...629A..51Z. дои : 10.1051/0004-6361/201936002. S2CID  201252025. Значок открытого доступа
  19. ^ Кувелиоту, стр.237
  20. ^ Попов, С.Б.; Прохоров М.Э. (апрель 2006 г.). «Прародители с усиленным вращением и происхождение магнетаров». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 367 (2): 732–736. arXiv : astro-ph/0505406 . Бибкод : 2006MNRAS.367..732P. дои : 10.1111/j.1365-2966.2005.09983.x. S2CID  14930432. Значок открытого доступа
  21. ^ Клайн, TL, Десаи, UD, Тигарден, BJ, Эванс, WD, Клебесадель, RW, Ларос, JG (апрель 1982 г.). «Точное местоположение источника аномального гамма-перехода 5 марта 1979 года». Астрофизический журнал . 255 : L45–L48. Бибкод : 1982ApJ...255L..45C. дои : 10.1086/183766. hdl : 2060/19820012236 .{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) Значок открытого доступа
  22. ^ «Самые большие взрывы во Вселенной, вызванные сильнейшими магнитами» . Проверено 9 июля 2015 г.
  23. ↑ Шейнблюм, Марк (21 февраля 2008 г.). «Нейтронная звезда Джекила-Хайда, обнаруженная исследователями]». Университет Макгилла .
  24. ^ ab «Гибернирующий звездный магнит: обнаружен первый оптически активный кандидат на магнетар». ЭСО . 23 сентября 2008 г.
  25. ^ "Магнетар обнаружен рядом с остатком сверхновой Кестевен 79" . ЕКА/XMM-Newton/Пин Чжоу, Нанкинский университет, Китай. 1 сентября 2014 г.
  26. ^ ван Путтен, Морис HPM; Делла Валле, Массимо (4 сентября 2018 г.). «Наблюдательные доказательства расширенного излучения GW170817». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма . 482 (1): Л46–Л49. arXiv : 1806.02165 . Бибкод : 2019MNRAS.482L..46V. дои : 10.1093/mnrasl/sly166. ISSN  1745-3925. S2CID  119216166.
  27. ↑ Тиммер, Джон (4 ноября 2020 г.). «Наконец-то мы знаем, что вызывает быстрые радиовсплески — магнетары, тип нейтронной звезды, могут производить ранее загадочные вспышки». Арс Техника . Проверено 4 ноября 2020 г. .
  28. ^ Кофилд, Калла; Андреоли, Калире; Редди, Фрэнсис (4 ноября 2020 г.). «Миссии НАСА помогают определить источник уникального рентгеновского радиовсплеска». НАСА . Проверено 4 ноября 2020 г. .
  29. ^ Андерсен, Б.; и другие. (4 ноября 2020 г.). «Яркий радиовсплеск миллисекундной длительности от галактического магнетара». Природа . 587 (7832): 54–58. arXiv : 2005.10324 . Бибкод : 2020Natur.587...54C. дои : 10.1038/s41586-020-2863-y. PMID  33149292. S2CID  218763435 . Проверено 5 ноября 2020 г.
  30. ↑ Дрейк, Надя (5 мая 2020 г.). «Радиоволны магнитной звезды могут раскрыть тайну быстрых радиовсплесков. Неожиданное обнаружение радиовсплеска нейтронной звезды в нашей галактике может раскрыть происхождение более крупного космологического явления». Научный американец . Проверено 9 мая 2020 г.
  31. ↑ Старр, Мишель (1 мая 2020 г.). «Эксклюзив: мы можем впервые обнаружить быстрый радиовсплеск в нашей собственной галактике». ScienceAlert.com . Проверено 9 мая 2020 г.
  32. ^ «Странное кольцо, найденное вокруг Мертвой звезды» . Архивировано из оригинала 21 июля 2012 г.
  33. ^ «НАСА - Европейские спутники исследуют новый магнетар» . www.nasa.gov .
  34. ^ «Чандра :: Фотоальбом :: Вестерлунд 1 :: 02 ноября 2005 г.» . chandra.harvard.edu .
  35. ^ "Тайна образования магнетара раскрыта?" www.eso.org .
  36. ^ Вуд, Крис. «Очень большой телескоп раскрывает тайну магнетара» GizMag , 14 мая 2014 г. Доступ: 18 мая 2014 г.
  37. ^ Новый магнетар с низким содержанием B
  38. ^ Ри, Н.; Вигано, Д.; Израиль, ГЛ; Понс, Дж.А.; Торрес, ДФ (01 января 2014 г.). «3XMM J185246.6+003317: Еще один магнетар с низким магнитным полем». Письма астрофизического журнала . 781 (1): Л17. arXiv : 1311.3091 . Бибкод : 2014ApJ...781L..17R. дои : 10.1088/2041-8205/781/1/L17. hdl : 10045/34971. ISSN  0004-637X. S2CID  118736623.
  39. ^ «Обнаружен космический ребенок, и это великолепно» . Лаборатория реактивного движения НАСА (JPL) .
  40. ^ Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (8 января 2021 г.). «Наблюдения Чандры выявили необычайный магнетар». Физика.орг . Проверено 8 января 2021 г.
  41. ^ Касен, Д.; Л. Билдстен. (1 июля 2010 г.). «Кривые блеска сверхновых, основанные на молодых магнетарах». Астрофизический журнал . 717 (1): 245–249. arXiv : 0911.0680 . Бибкод : 2010ApJ...717..245K. дои : 10.1088/0004-637X/717/1/245. S2CID  118630165.
  42. ↑ Вусли, С. (20 августа 2010 г.). «Яркие сверхновые от рождения магнетара». Письма астрофизического журнала . 719 (2): L204–L207. arXiv : 0911.0698 . Бибкод : 2010ApJ...719L.204W. дои : 10.1088/2041-8205/719/2/L204. S2CID  118564100.
  43. ^ Инсерра, К.; Смартт, С.Дж.; Джеркстранд, А.; Валенти, С.; Фрейзер, М.; Райт, Д.; Смит, К.; Чен, Т.-В.; Котак, Р.; и другие. (Июнь 2013). «Super Luminous Ic Supernovae: ловим магнетар за хвост». Астрофизический журнал . 770 (2): 128. arXiv : 1304.3320 . Бибкод : 2013ApJ...770..128I. дои : 10.1088/0004-637X/770/2/128. S2CID  13122542.
  44. ↑ Королевский университет, Белфаст (16 октября 2013 г.). «Новый взгляд на смерть звезд: сверхяркие сверхновые могут питаться от магнетаров». ScienceDaily . Проверено 21 октября 2013 г.
  45. ^ М. Николл; С. Дж. Смартт; А. Джеркстранд; К. Инсерра; М. Маккрам; Р. Котак; М. Фрейзер; Д. Райт; Т.-В. Чен; К. Смит; Д. Р. Янг; С.А. Сим; С. Валенти; Д.А. Хауэлл; Ф. Бресолин; Р.П. Кудрицкий; Дж. Л. Тонри; М. Е. Хубер; Отдых; А. Пасторелло; Л. Томаселла; Э. Каппелларо; С. Бенетти; С. Маттила; Э. Канкаре; Т. Кангас; Г. Лелудас; Дж. Соллерман; Ф. Таддиа; Э. Бергер; Р. Чорнок; Г. Нараян; CW Стаббс; Р. Дж. Фоли; Р. Луннан; А. Содерберг ; Н. Сандерс; Д. Милисавлевич; Р. Маргутти; Р.П. Киршнер; Н. Элиас-Роза; А. Моралес-Гароффоло; С. Таубенбергер; МТ Боттичелла; С. Гезари; Ю. Урата; С. Родни; А.Г. Рисс; Д. Сколник; В. Вуд-Васи; WS Бергетт; К. Чемберс; Х.А. Флюэллинг; Э.А.Магниер; Н. Кайзер; Н. Меткалф; Дж. Морган; Цена ПА; В. Суини; К. Уотерс. (17 октября 2013 г.). «Медленно затухающие сверхяркие сверхновые, не являющиеся взрывами парной нестабильности». Природа . 7471. 502 (346): 346–9. arXiv : 1310.4446 . Бибкод : 2013Natur.502..346N. дои : 10.1038/nature12569. PMID  24132291. S2CID  4472977.
Книги и литература
Общий

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме:
Магнетар (категория)