Пульсары и космические лучи – Астрономия и Космос

ПУЛЬСАР

ПУЛЬСАР, астрономический объект, испускающий мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения в основном в радиодиапазоне. Энергия, излучаемая в импульсах, составляет лишь малую долю его полной энергии. Почти все известные пульсары находятся в нашей Галактике. У каждого пульсара свой период пульсаций; они лежат в диапазоне от 640 импульсов в секунду до одного импульса каждые 5 с. Периоды большинства пульсаров составляют от 0,5 до 1 с. Точные измерения показывают, что обычно период между импульсами возрастает на одну миллиардную долю секунды в сутки; как раз этого следует ожидать при замедлении вращения звезды, теряющей энергию в процессе излучения.

Открытие пульсаров в 1967 было большой неожиданностью, поскольку такие явления не предсказывались ранее. Вскоре стало ясно, что это явление связано либо с радиальными пульсациями, либо с вращением звезд. Но ни обычные звезды, ни даже белые карлики не могут естественным образом пульсировать с такой высокой частотой. Не могут они и вращаться так быстро – центробежная сила разорвет их. Это может быть только очень плотное тело, состоящее из вещества, предсказанного Л.Д.Ландау и Р.Оппенгеймером в 1939. В этом веществе ядра атомов вплотную прижаты друг к другу. Сжать вещество до такой степени может только гигантская сила тяжести, которой обладают лишь очень массивные тела, такие, как звезды. При огромной плотности ядерные реакции превращают большинство частиц в нейтроны, поэтому такие тела называют нейтронными звездами.

Обычные звезды, такие, как Солнце, состоят из газа со средней плотностью чуть больше, чем у воды. Белый карлик с такой же массой, но диаметром около 10 000 км имеет в центре плотность ок. 40 т/см 3 . У нейтронной звезды масса тоже близка к солнечной, но ее диаметр всего ок. 30 км и плотность ок. 200 млн. т/см 3 . Если бы до такой плотности сжать Землю, то ее диаметр составил бы ок. 300 м; при такой плотности все человечество уместилось бы в наперстке. По-видимому, нейтронная звезда может образоваться из центральной части массивной звезды в момент ее взрыва как сверхновой. При таком взрыве оболочка массивной звезды сбрасывается, а ядро сжимается в нейтронную звезду. См. также ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС; СВЕРХНОВАЯ ЗВЕЗДА.

Наиболее детально исследован мощный пульсар PSR 0531 + 21, расположенный в Крабовидной туманности. Эта нейтронная звезда делает 30 оборотов в секунду и ее вращающееся магнитное поле с индукцией 10 12 Гс «работает» как гигантский ускоритель заряженных частиц, сообщая им энергию до 10 20 эВ, что в 100 млн. раз больше, чем в самом мощном ускорителе на Земле. Полная мощность излучения этого пульсара в 100 000 раз выше, чем у Солнца. Менее 0,01% этой мощности приходится на радиоимпульсы, ок. 1% излучается в виде оптических импульсов и ок. 10% – в виде рентгеновского излучения. Оставшаяся мощность, вероятно, приходится на низкочастотное радиоизлучение и высокоэнергичные элементарные частицы – космические лучи.

Длительность радиоимпульса у типичного пульсара составляет всего 3% интервала времени между импульсами. Последовательно приходящие импульсы сильно отличаются друг от друга, но средняя (обобщенная) форма импульса у каждого пульсара своя и сохраняется в течение многих лет. Анализ формы импульсов показал много интересного. Обычно каждый импульс состоит из нескольких субимпульсов, которые «дрейфуют» вдоль среднего профиля импульса. У некоторых пульсаров форма среднего профиля может внезапно меняться, переходя от одной устойчивой формы к другой; каждая из них сохраняется в течение многих сотен импульсов. Иногда мощность импульсов падает, а затем восстанавливается. Такое «замирание» может длиться от нескольких секунд до нескольких суток.

При подробном анализе у субимпульсов обнаруживается тонкая структура: каждый импульс состоит из сотен микроимпульсов. Область излучения такого микроимпульса на поверхности пульсара имеет размер менее 300 м. При этом мощность излучения сравнима с солнечной.

Как действует пульсар?

Так же действует маяк с вращающимся фонарем. Издали мы воспринимаем его свет как пульсирующий. То же самое происходит и с пульсаром. Мы воспринимаем его излучение, как пульсирующий с определенной частотой источник радио волнового излучения. Пульсары относятся к семейству нейтронных звезд. Нейтронная звезда — это звезда, которая остается после катастрофического взрыва гигантской звезды.

Как действует пульсар?

Остатки сверхновой

Звезды, масса которых составляет 10 масс нашего Солнца и больше, называются сверхгигантами. Это космические объекты, которые со временем увеличиваются — до тех пор, пока топливо внутри не иссякнет. В результате светила теряют источник термоядерных реакций — внутри нарушается баланс гравитации и энергии, который удерживал звезду в пространстве. Это становится причиной взрыва, который ученые назвали рождением сверхновой.

Взрыв сверхгиганта выделяет потоки энергии, а верхние слои бывшей звезды разлетаются вокруг. Ядро в этот момент может или коллапсировать и превратиться в черную дыру, или, если массы окажется недостаточно для обращения в «поглотителя материи», появится нейтронная звезда.

Если подобное произойдет с Солнцем, для Земли это обернется трагически. Однако для нашего светила такой сценарий не подходит — масса и размер слишком малы. Его ждет другая судьба. Солнце станет белым карликом, но произойдет это только через миллиарды лет.

Влияние на человека и социум

Никакого ощутимого влияния у поверхности Земли космическое излучение не имеет и негативных эффектов на здоровье человека не оказывает. Это связано с тем, что атмосфера и магнитосфера планеты нейтрализуют все виды корпускулярных лучей. Естественно, здесь речь не идет о гамма-всплесках, а только о галактических и солнечных частицах.

Гамма-всплески, в свою очередь, по расчетам могут вызывать катастрофические последствия для жизни. Так, если выброс джета от сверхновой нужного типа произойдет на расстоянии 300 световых лет от нас – всплеск буквально выжжет всю планету дотла. Энергия воздействия будет равноценна взрыву термоядерной бомбы на каждый квадратный километр! Но нужно помнить, что во-первых, эти события очень редки, а во-вторых, должны быть прицельно направлены на Землю, а в бескрайнем космосе такая вероятность ничтожно мала.

С другой стороны, космические лучи приобретают большую важность в космонавтике, особенно в будущих межпланетных перелетах. Потому что они могут наносить существенный вред астронавтам без защиты магнитосферы Земли. Высокоэнергетичные частицы могут повреждать ДНК клеток человека и вызывать опасные для жизни заболевания.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!