Что такое пульсары и как они образовались? Описание, фото и видео

Что такое пульсары и как они образовались? Описание, фото и видео

Пульсар

Космос

Что такое пульсар?

Пульсары – это космические источники радио-, оптического, рентгеновского и/или гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков (импульсов).

Пульсар — это маленькая вращающаяся звезда. На поверхности звезды есть участок, который излучает в пространство узконаправленный пучок радиоволн. Наши радиотелескопы принимают это излучение тогда, когда источник повернут в сторону Земли. Звезда вращается, и поток излучения прекращается. Следующий оборот звезды — и мы снова принимаем ее радио послание.

Структура пульсара

Структура пульсара

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?

Как действует пульсар?

Пульсар – нейтронная звезда

Звезда средней величины, например Солнце, размерами в миллион раз превосходит такую планету, как Земля. Гигантские звезды в поперечнике в 10, а иногда и в 1000 раз больше Солнца. Нейтронная звезда — это гигантская звезда, сжатая до размера крупного города. Это обстоятельство и делает поведение нейтронной звезды очень странным. Каждая такая звезда равна по массе гигантской звезде, но эта масса стиснута в чрезвычайно малом объеме. Одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весит миллиард тонн.

Как образуются пульсары?

Вот как это происходит. После того как звезда взрывается, ее остатки сжимаются под действием гравитационных сил. Ученые называют этот процесс коллапсом звезды. По мере развития коллапса сила гравитации растет, а атомы вещества звезды все теснее и теснее прижимаются друг к другу. В нормальном состоянии атомы находятся на значительном расстоянии друг от друга, потому что электронные облака атомов взаимно отталкиваются. Но после взрыва гигантской звезды атомы так сильно прижаты и спрессованы, что электроны буквально впрессовываются в ядра атомов.

Жизненный цикл звезд

Жизненный цикл звезд, образование пульсаров

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Электроны, втиснутые в ядро, реагируют с протонами, и в результате образуются нейтроны. С течением времени все вещество звезды становится гигантским клубком спрессованных нейтронов. Рождается нейтронная звезда.

Когда возникли пульсары?

Ученые полагают, что пульсары звезды существуют с незапамятных времен. Во всяком случае, они были задолго до того, как их открыли. Первые свидетельства их существования получены в ноябре 1967 года, когда несколько радиотелескопов в Англии нащупали в небе неведомый ранее источник излучения. В космосе есть много источников радиоволн. Например, молекулы воды и аммония, дрейфующие в межзвездном пространстве, излучают радиоволны. Эти волны улавливаются тарелочными антеннами радиотелескопов.

Новый источник радиоволн, однако, не был похож на другие. Студентка – старшекурсница Джослин Белл изучала радиоволны, зарегистрированные самописцами радиотелескопа. Она обратила внимание на регулярно повторяющиеся вспышки электромагнитного излучения, которые поступали на антенну телескопа с интервалом в 1,33733 секунды.

Когда новость об открытии Белл стала достоянием широкой публики, то некоторые ученые решили, что Белл приняла послание чужой цивилизации. Несколько месяцев спустя был зарегистрирован другой источник пульсирующего радиоизлучения. Ученые оставили мысль об их искусственном происхождении. Было решено, что эти источники — сверхплотные звезды. Их назвали пульсарами из – за пульсирующего характера излучения. Пульсары оказались теми самыми нейтронными звездами, за которыми ученые уже давно охотились. С тех пор были открыты сотни подобных звезд.

Почему пульсары пульсируют?

Ученые считают, что причина в их быстром вращении. Все звезды, подобно планетам, вращаются вокруг своей оси. Например, Солнце совершает один оборот за один месяц. При уменьшении размера вращающегося тела оно начинает вращаться быстрее. Представьте себе фигуриста, который вращается на льду. Когда он прижимает руки к телу, вращение резко ускоряется. То же происходит со сверхплотными звездами. Пульсар размером с Лос-Анджелес вращается со скоростью один оборот в секунду. Другие пульсары могут вращаться еще быстрее. Пульсары могут вращаться со скоростью до 1000 оборотов в секунду

Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре изображения — нейтронная звезда, кривые линии обозначают линии магнитного поля пульсара, голубые конусы — потоки излучения пульсара

Схематическое изображение пульсара. Сфера в центре изображения — нейтронная звезда, кривые линии обозначают линии магнитного поля пульсара, голубые конусы — потоки излучения пульсара

В этом вращении и кроется причина пульсирующего излучения. Пульсары окружены сильным магнитным полем. Вдоль силовых линий этого магнитного поля перемещаются протоны и электроны. Как известно, сила магнитного поля возрастает у северного и южного магнитных полюсов. В этих точках скорость перемещения протонов и электронов становится очень большой. При таком разгоне частицы выделяют кванты энергии в диапазоне от рентгеновских лучей до радиоволн. Так как пульсар вращается, а источник излучения вращается вместе с ним, то мы воспринимаем излучение пульсара только в тот момент, когда источник повернут в сторону Земли. Точно так же мы воспринимаем свет маяка с вращающимся фонарем.

Интересное видео о пульсарах

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Пульсары

Радиопульсар

Пульсаром астрономы называют источник импульсного радиоизлучения. Это означает, что телескопами улавливаются периодичные всплески (импульсы) радиоизлучения.

История открытия

В 1960-х годах группа ученых под руководством английского физика Энтони Хьюиша собственными руками создала радиотелескоп, с целью наблюдения компактных источников радиоизлучения. К числу научных сотрудников относилась и 23-хлетняя аспирантка Джоселин Белл, которая собирала материал для своей диссертации. Ее задача состояла в пересмотре всех самописцев телескопа – обработке данных наблюдения, и выявлении сигналов от компактных источников. Вскоре, спустя два месяца работы, Джоселин Белл обнаружила некие сигналы, которые нельзя было отнести ни к помехам, ни к известным компактным источникам. Аспирант предположила, что найденный сигнал порождается точечным источником – звездой. Однако период излучения импульсов этим источником был чуть более секунды. Столь частые вспышки не характерны для переменных звезд и не могут быть вызваны процессами, протекающими в них. Вместе с Энтони Хьюишом аспирант продолжила изучение странного излучения, в результате чего гипотеза о земном его происхождении была отброшена.

Были привлечены и другие ученые. Так как был обнаружен только один такой источник, начали возникать предположения, что периодичный источник является следствием деятельности внеземной разумной цивилизации. По этой причине первый радиопульсар получил название Little Green Men («Маленькие зеленые люди») – сокращенно LGM-1. Вскоре Джоселин было обнаружено еще три источника со столь малой периодичностью в совсем иных областях неба. Тогда стало ясно, что данный источник – это новый класс астрономических объектов.

Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года

Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года

Как оказалось, позже – подобные периодические радиосигналы улавливались астрономами и ранее, но принимались за помехи, вызванные человеческой деятельностью.

Кандидаты в пульсары

Характер получаемых импульсов предполагал, что излучение приходит на Землю с участка пространства, относительно небольшого по объему. Также высокая стабильность пульсара свидетельствует о том, что источник излучения представляет собой жесткую систему, а не скопление газа или плазмы. Периодичное же излучение может быть объяснено тремя способами: колебаниями самого объекта-источника, либо его собственным или орбитальным вращением.

Под орбитальным вращением источника периодичного излучения подразумевается взаимное вращение двух объектов, однако такая система со столь низким периодом излучала бы мощные гравитационные волны, которые бы замедляли вращение объектов и приводили бы к их столкновению всего в течение одного года. Кроме того, сближение вызывало бы уменьшение периода излучения, в то время как у пульсаров он несколько растет со временем. Собственные пульсации такого объекта также приводили бы к уменьшению периода. Остается вариант с собственным вращением объекта.

Кандидатами на роль пульсаров стали такие компактные объекты как черные дыры, нейтронные звезды и белые карлики. Так как были открыты пульсары с периодами около 30 миллисекунд, гипотеза о том, что пульсарами могут быть белые карлики – была отброшена. Дело в том, что белые карлики не могли бы иметь такой малый период вращения, так как были бы разрушены в результате центробежной силы, иными словами – просто разлетелись бы. Черные дыры и вовсе не могут излучать самостоятельно. Тогда единственным кандидатом на роль источника периодичного радиоизлучения остается нейтронная звезда, которая имеет высокую скорость вращения.

Физика радиопульсаров

Быстрое вращение нейтронной звезды вызывает потерю некоторой части своего звездного вещества. То есть быстро вращаясь, нейтронная звезда испускает элементарные частицы, образующие плазму.

Как оказалось, радиопульсары имеют сильные магнитные поля (10 10 -10 13 Гс). Подобные поля наблюдаются у некоторых нейтронных звезд, что укрепляет их в качестве кандидатуры на радиопульсары. В пределах полярных шапок силовые линии электромагнитного поля направлены таким образом, что по отношению к излучаемой плазме образуют продольное электрическое поле. Это поле имеет разность потенциалов между центром и краем полярной шапки, что приводит к ускорению упомянутых испускаемых элементарных частиц до ультрарелятивистских энергий. Достигая столь высоких энергий частицы высвобождают часть энергии в виде излучения, в том числе в радиодиапазоне. Собирая все вышеописанное, можно представить радиопульсар как быстровращающуюся нейтронную звезду с сильным магнитным полем, которая на своих полюсах испускает плазму, излучающую, в свою очередь, электромагнитные волны.

Схема радиопульсара. Сфера в центре — нейтронная звезда, кривые представляют магнитные силовые линии, конусы вдоль магнитной оси — радиолучи, зелёная линия — ось вращения

Далее, если ось вращения звезды не совпадает с осью магнитного поля, то упомянутое электромагнитное излучение также вращается вокруг оси вращения звезды, вместе с самой нейтронной звездой.

Таким образом астрономы имеют дело с так называемым «маяком», излучение которого периодически направлено в сторону наблюдателя с Земли.

Обозначения

В названии пульсаров зашифрована информация о них. Обозначение PSR XYYYYZZZ несет в себе следующую информацию:

  • PSR – префикс, который есть сокращением от английского слова pulsar;
  • X – означает эпоху каталога. Здесь может быть указаны два варианта: B – если каталог 1950-го года и J – если 2000-го года. Отсутствие данного указателя почти всегда означает каталог 1950-го года;
  • YYYY – означает прямое восхождение пульсара. Простыми словами, прямое восхождение астрономического тела – одна из координат второй экваториальной небесной системы координат. Здесь измеряется в часах (первые две цифры) и минутах (остальные цифры);
  • ZZZ(Z) – вторая координата экваториальной системы. Также измеряется в часах и, зачастую, в минутах. Перед данной координатой может стоять + или — , в зависимости от полушария, северное или южное – соответственно. Прямое восхождение и склонение помогают определить положение тела на небосводе.

Так открытый в 1967-м году первый пульсар сегодня имеет название PSR B1919+21, первый двойной пульсар (система пульсар-звезда) — PSR B1913+16, а первый дважды двойной (два пульсара) — PSR J0737−3039.

Основные характеристики

Кроме координат, пульсары различают по их характеристикам:

  • Период вращения. Распределение пульсаров по периоду дает максимум в области 0,6 секунд. То есть большинство пульсаров, называемые «нормальными», имеют такой период вращения. Также имеется еще один выраженный максимум, в несколько раз меньше наибольшего, и он расположен в области 4 мс, потому пульсары такого типа называются «миллисекундными».

Распределение пульсаров по периодам

Распределение пульсаров по периодам

  • Производная периода – параметр, определяющий скорость роста периода вращения пульсара. Как известно, практически у всех наблюдаемых пульсаров период монотонно растет с течением времени, то есть вращение замедляется.
  • Профиль среднего импульса. Импульсы радиопульсаров не схожи друг с другом, однако при усреднении, например, 1000 таких импульсов, можно выделить некий средний импульс, чем и является данная характеристика.
  • Интеримпульс – означает наличие либо отсутствие малого импульса в промежутке между двумя основными импульсами.
  • Поляризация – определяет поляризацию поступающего от пульсара на Землю радиоизлучения. Излучение радиопульсаров в значительной степени поляризовано, у некоторых поляризация близка к 100 %.
  • Гигантские импульсы. Наличие таких импульсов подразумевает вспышечное значительное увеличения плотности потока некоторых импульсов. Если импульсы большинства пульсаров способны расти в плотности не более чем в 10 раз, то для пульсаров с гигантскими импульсами характерно скачкообразное увеличение плотности импульса в сотни и даже тысячи раз.

К 2011-му году количество открытых радиопульсаров перешло черту в 1970 объектов. Согласно теоретическим подсчетам в галактике Млечный Путь может находится порядка 240 000 радиопульсаров.

Что такое пульсары и как они образовались?

Что такое пульсары и как они образовались?

Пульсар — это маленькая вращающаяся звезда, этакий космический дервиш. На поверхности звезды есть участок, который излучает в пространство узконаправленный пучок радиоволн. Наши радиотелескопы принимают это излучение тогда, когда источник повернут в сторону Земли.

Звезда вращается, и поток излучения прекращается. Следующий оборот звезды — и мы снова принимаем ее радио послание.

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.

Нейронная звезда

Звезда средней величины, например Солнце, размерами в миллион раз превосходит такую планету, как Земля. Гигантские звезды в поперечнике в 10, а иногда и в 1000 раз больше Солнца. Нейтронная звезда — это гигантская звезда, сжатая до размера крупного города. Это обстоятельство и делает поведение нейтронной звезды очень странным. Каждая такая звезда равна по массе гигантской звезде, но эта масса стиснута в чрезвычайно малом объеме.

Как образуются нейронные звезды?

Вот как это происходит. После того как звезда взрывается, ее остатки сжимаются под действием гравитационных сил. Ученые называют этот процесс коллапсом звезды. По мере развития коллапса сила гравитации растет, а атомы вещества звезды все теснее и теснее прижимаются друг к другу. В нормальном состоянии атомы находятся на значительном расстоянии друг от друга, потому что электронные облака атомов взаимно отталкиваются. Но после взрыва гигантской звезды атомы так сильно прижаты и спрессованы, что электроны буквально впрессовываются в ядра атомов.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов. Электроны, втиснутые в ядро, реагируют с протонами, и в результате образуются ней троны. С течением времени все вещество звезды становится гигантским клубком спрессованных нейтронов. Рождается нейтронная звезда.

Когда возникли нейронные звезды?

Ученые полагают, что пульсары звезды существуют с незапамятных времен. Во всяком случае, они были задолго до того, как их открыли. Первые свидетельства их существования получены в ноябре 1967 года, когда несколько радиотелескопов в Англии нащупали в небе неведомый ранее источник радиоволнового излучения. В космосе есть много источников радиоволн. Например, молекулы воды и аммония, дрейфующие в межзвездном пространстве, излучают радиоволны. Эти волны улавливаются тарелочными антеннами радиотелескопов.

Новый источник радиоволн, однако, не был похож на другие. Студентка – старшекурсница Джослин Белл изучала радиоволны, зарегистрированные самописцами радиотелескопа. Она обратила внимание на регулярно повторяющиеся вспышки электромагнитного излучения, которые поступали на антенну телескопа с интервалом в 1,33733 секунды.

Когда новость об открытии Белл стала достоянием широкой публики, то некоторые ученые решили, что Белл приняла послание чужой цивилизации. Несколько месяцев спустя был зарегистрирован другой источник пульсирующего радиоизлучения. Ученые оставили мысль об их искусственном происхождении. Было решено, что эти источники — сверхплотные звезды. Их назвали пульсарами из – за пульсирующего характера излучения. Пульсары оказались теми самыми нейтронными звездами, за которыми ученые уже давно охотились. С тех пор были открыты сотни подобных звезд.

Почему пульсары пульсируют?

Ученые считают, что причина в их быстром вращении. Все звезды, подобно планетам, вращаются вокруг своей оси. Например, Солнце совершает один оборот за один месяц. При уменьшении размера вращающегося тела оно начинает вращаться быстрее. Представьте себе фигуриста, который вращается на льду. Когда он прижимает руки к телу, вращение резко ускоряется. То же происходит со сверхплотными звездами. Пульсар размером с Лос-Анджелес вращается со скоростью один оборот в секунду. Другие пульсары могут вращаться еще быстрее. Пульсары могут вращаться со скоростью до 1000 оборотов в секунду

В этом вращении и кроется причина пульсирующего излучения. Пульсары окружены сильным магнитным полем. Вдоль силовых линий этого магнитного поля перемещаются протоны и электроны. Как известно, сила магнитного поля возрастает у северного и южного магнитных полюсов. В этих точках скорость перемещения протонов и электронов становится очень большой. При таком разгоне частицы выделяют кванты энергии в диапазоне от рентгеновских лучей до радиоволн. Так как пульсар вращается, а источник излучения вращается вместе с ним, то мы воспринимаем излучение пульсара только в тот момент, когда источник повернут в сторону Земли. Точно так же мы воспринимаем свет маяка с вращающимся фонарем.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Мисс Белл и инопланетяне: история открытия пульсаров

Виталий Мацарский (изображение: trv-science.ru)

Летом 1967 года 24-летняя аспирантка Джоселин Белл заканчивала отладку радиотелескопа, построенного ею с коллегами по проекту ее научного руководителя Энтони Хьюиша. Радиотелескоп выглядел весьма непрезентабельно — это был обширный пустырь в окрестностях Кембриджа размером почти в 60 теннисных кортов, утыканный деревянными столбами, между которыми были натянуты провода, служившие дипольными антеннами. Всё хозяйство телескопа было в полном распоряжении Джоселин, от которой требовалось лишь довести его до ума, чтобы наконец заняться исследованием мерцаний обнаруженных незадолго до того квазаров. Поскольку поведение оборудования было неизвестно, решили не доверять анализ данных компьютеру, а проводить его вручную, просматривая записи самописцев на бумажной ленте.

Джоселин Белл, 1967 год («Википедия») («ТрВ» №19(238), 26.09.2017)

В середине ноября, просматривая очередную порцию полученных за день данных, Джоселин заметила странные повторяющиеся сигналы, которые не были похожи ни на сигналы от привычных небесных источников, ни на паразитные сигналы от наземных источников. Более того, она вспомнила, что подобные странности наблюдались на том же участке неба и раньше. Она тут же оповестила Хьюиша, который счел сигналы всё же помехой от какого-то земного источника, поиски которого, однако, ни к чему не привели. Как позднее с большим юмором рассказывала Джоселин, «это было вполне разумным соображением, но я, по причине своего глубочайшего невежества, не видела, почему бы ему не иметь звездное происхождение. Хьюиш пришел лично проверить ленты с данными и подтвердил, что всё указывало на небесный источник, но периодичность в 11/3 секунды была подозрительной и больше соответствовала земному источнику, так как трудно было вообразить, чтобы какая-то звезда могла пульсировать с такой частотой» [1].

Вскоре этот сигнал был обнаружен и на другом оборудовании, так что это не могло быть каким-то сбоем в работе недавно построенного радиотелескопа. Было также установлено, что источник сигналов расположен далеко за пределами Солнечной системы, но в границах нашей Галактики. Неужели это были сигналы искусственного происхождения, посылаемые представителями другой цивилизации? Тогда они должны были бы подвергаться эффекту Доплера вследствие обращения планеты с «зелеными человечками» вокруг своей звезды, но измерения Хьюиша не обнаружили ничего, кроме подтверждения того факта, что Земля действительно обращается вокруг Солнца.

Энтони Хьюиш (современное фото). («ТрВ» №19(238), 26.09.2017)

И снова слово Джоселин Белл. «Как-то перед Рождеством я зашла к Тони Хьюишу и попала на совещание высокого уровня, где обсуждался важный вопрос — как предать гласности полученные нами результаты. Мы не очень-то верили, что получили сигналы внеземной цивилизации, но, конечно, такая идея приходила нам в голову, тем более что убедительных доказательств естественного происхождения сигналов у нас тогда не было. Возникали интересные проблемы: если действительно удалось обнаружить, что где-то еще во Вселенной есть разумная жизнь, то как об этом объявить, не вызвав нежелательных последствий? Куда об этом нужно сообщить в первую очередь? В тот день решить эти проблемы нам не удалось, и я, сильно разозлившись, отправилась домой. Я ведь собиралась написать диссертацию по новой методике работы с радиотелескопом, и надо же, чтобы какие-то дурацкие зеленые человечки выбрали для своей передачи именно мою антенну и именно ту частоту, на которой я работала. Подкрепив угасающие силы ужином, я вернулась в лабораторию и вскоре, разглядывая ленты с данными из совершенно другого участка неба, обнаружила следы аналогичных странностей.

На следующее утро было очень холодно, и что-то в приемной аппаратуре разладилось. Ругаясь, я стала дергать все переключатели, отогревать блоки своим дыханием, и наконец на пять минут всё заработало. Это были как раз те пять минут, в течение которых удалось принять странный сигнал. В этот раз периодичность сигналов была 1,2 секунды. Я оставила ленты на столе Тони Хьюиша и отбыла на рождественские каникулы в гораздо лучшем настроении, ведь было крайне маловероятно, чтобы уже две компании зеленых человечков одновременно выбрали одну и ту же столь невероятную частоту, решив посигналить на одну и ту же планету — нашу Землю. На время моего отпуска Хьюиш любезно согласился продолжать регистрацию данных. Он вставлял новую бумагу в самописцы, наливал в них чернила и оставлял непросмотренные рулоны бумаги на моем столе. По возвращении, просматривая накопившиеся за время рождественских каникул ленты, я обнаружила еще два источника периодических сигналов, итого их стало уже четыре. Были и еще кандидаты, но не такие явные, как твердо установленные четыре».

Данные Джоселин вызвали большой переполох. Сигналы были настолько похожи на передачу инопланетной цивилизации, что поначалу это представлялось наиболее правдоподобным объяснением. Хьюиш решил посоветоваться с руководителем проекта Мартином Райлом, который заявил, что если это действительно «зеленые человечки», то все ленты с данными следует немедленно уничтожить, чтобы никому не пришло в голову посигналить им обратно, потому как тогда можно было бы обнаружить, где находится Земля, и завоевать ее. К счастью, обнаружение следов других «странностей» позволило исключить версию инопланетян.

Реакция Райла не должна удивлять. Он был одержим секретностью; некоторые считали, что он страдал паранойей. Ни один полученный его группой результат не должен был быть известен никому до публикации. Он даже запрещал аспирантам обсуждать свою работу с кем бы то ни было, кроме него самого.

Эту атмосферу секретности ярко описал Томас Голд, в то время руководивший крупнейшим в мире стационарным радиотелескопом в Аресибо, Пуэрто-Рико. «Как раз тогда я оказался в Кембридже и привез отличные полученные нами данные. Я пошел к Мартину Райлу и показал ему и его команде эти данные. «Прекрасно, — сказал он, — они подтверждают наши данные». Тогда я предложил ему передать мне данные о положении неожиданно обнаруженных пульсаров, чтобы, если получится, направить на них наш телескоп. Я обещал, что мы не будем ничего публиковать без его согласия. После долгой паузы Райл ответил отказом. Вечером того же дня кто-то позвонил мне и по секрету сообщил положение радиоисточников. Очевидно, этот неизвестный доброхот счел поведение Райла недостойным настоящего ученого. Я тут же передал положение источников в Аресибо, и мы получили отличную информацию о них» [2].

За несколько дней до публикации в журнале Nature [3] Тони Хьюиш устроил семинар в Кембридже, где доложил о полученных результатах. Все кембриджские астрономы пришли на этот семинар, и их взвинченность ясно показывала, что в астрофизике произошла революция. В ходе обсуждения Фред Хойл, основатель и директор кембриджского Института теоретической астрономии, высказал предположение, что пульсарами должны быть не белые карлики, как считали многие, а остатки взрыва сверхновых, нейтронные звезды.

В статье для Nature авторы (имя Хьюиша стояло первым среди пяти, вторым номером шла Джоселин) упомянули, что в какой-то момент они рассматривали возможность регистрации сигналов от другой цивилизации, так что после публикации статьи на астрофизиков набросились журналисты. А узнав, что там была замешана женщина, они устремились просто косяками. Джоселин фотографировали стоящей у приборной стойки, сидящей на приборной стойке, разглядывающей фальшивые ленты, а один остроумец заставил ее бежать с воздетыми к небу руками и инструктировал: «Улыбайтесь во весь рот, дорогуша. Вы только что сделали великое открытие!» При этом журналисты постоянно задавали очень уместные вопросы: «Выше вы или ниже принцессы Маргарет?» или «А сколько у вас бойфрендов?». После всей этой шумихи Джоселин закончила анализ данных, измерила угловые диаметры нескольких радиоисточников и оформила всё это в виде диссертации (пульсарам было отведено место в приложении). Потом она переехала в другой город и вышла замуж.

Вот за это выдающееся открытие и была в 1974 году присуждена Нобелевская премия по физике [4]. Премию поделили Энтони Хьюиш и Мартин Райл. Джоселин Белл в число лауреатов не попала.

Фреду Хойлу это очень не понравилось. Не понравилось настолько, что в 1974 году он отправил в ведущую британскую газету Times сердитое письмо, где раскритиковал решение Нобелевского комитета, оставившее Джоселин без ее доли премии. В автобиографии он написал вот что:

«Интересно сравнить открытие пульсаров с открытием эффекта Мёссбауэра, поскольку и то и другое было сделано аспирантами. В диссертационной работе Рудольфа Мёссбауэра произошла вынужденная задержка, и именно тогда он обнаружил эффект, позднее названный его именем. Его научный руководитель заявил, что не имеет никакого отношения к получению этого результата, и настоял на том, чтобы Мёссбауэр опубликовал свое открытие самостоятельно. Именно он и стал известен как автор открытия и получил за это все причитающиеся ему почести (в 1961 году ему была присуждена Нобелевская премия по физике). В случае открытия пульсаров всё было иначе.

За неделю до того, как об открытии было доложено в Nature большой командой коллег, один из сотрудников Кавендишской лаборатории заглянул в мой кабинет и по секрету поведал, что на следующем лабораторном семинаре будет сделано сообщение огромной важности, но, поскольку он был связан обещанием держать всё в тайне, больше ничего сказать мне он не мог. Семинар должен был состояться в среду, до выхода в свет свежего пятничного номера Nature. Ни в ходе семинара, ни в последующем публичном заявлении об открытии совершенно ничего не говорилось о том, что оно было сделано аспиранткой Джоселин Белл. Спустя несколько лет именно на мою долю выпало рассказать, возможно, несколько резковато, как всё было на самом деле. Но к тому времени всё в мире пошло кувырком, и правда в респектабельных кругах была уже не в чести. Присвоение чужих заслуг стало считаться нормой, а вот попытка восстановить справедливость оказалась совершенно неприемлемой» [5].

Пульсар PSR B0531+21 в центре Крабовидной туманности. Диаметр пульсара составляет примерно 25 км, скорость вращения — 30 оборотов в секунду. Изображение объединяет данные от космического телескопа «Хаббл» и рентгеновской обсерватории «Чандра». Цвета условные: синий — рентгеновский, красный — оптический диапазон (фото сайта hubblesite.org) («ТрВ» №19(238), 26.09.2017)

Письмо Хойла и его публичные выступления были настолько резкими, что он стал опасаться, не подадут ли на него в суд за клевету, и даже подумывал, не нанять ли ему адвоката. Особенно его беспокоило неосторожное высказывание, сделанное в Канаде местному журналисту в частной беседе, где Хойл сказал, что, по его мнению, Хьюиш «стибрил» открытие у своей аспирантки. В итоге ему пришлось писать всякого рода «объяснительные записки» и как-то выпутываться из этой неприятной истории. В конце концов всё завершилось без судебных разбирательств, но репутация Хойла в определенных кругах, которые он назвал «респектабельными», оказалась сильно подмоченной, что, несомненно, аукнулось ему в будущем и, возможно, лишило потом Нобелевской премии его самого.

Похоже, Хьюиш полагал, что Джоселин выполняла чисто техническую работу, забыв о том, что сам он лишь доливал чернила в самописцы и оставлял непросмотренные рулоны с данными на ее столе. В своей нобелевской речи он упомянул, что его аспирантка могла лишь справиться с потоком бумаги, сходящим с четырех самописцев, и с характерными для нее настойчивостью и трудолюбием расшифровала все записи обзоров неба и определила возможные положения пульсаров. В конце лекции он поблагодарил ее за внимательность, трудолюбие и настойчивость, которые привели к открытию [6]. Сама Джоселин уверяла потом, что она вовсе не расстроена, не получив своей доли Нобелевской премии, потому как и без того оказалась в чудесной компании.

Телескоп изобрел не Галилей, но именно он первым направил его в небо и открыл спутники Юпитера. Неужели это открытие следовало приписать изобретателю телескопа, как открытие пульсаров приписали конструктору радиотелескопа, а не первооткрывателю пульсаров, скромной аспирантке Джоселин Белл? По счастью, и Джоселин, и Хьюиш еще среди нас: ему 93 года, ей — 74. Так что вопросы можно адресовать прямо им.

1. Bell Burnell S. J. Little Green Men, White Dwarfs or Pulsars? // Annals of the New York Academy of Science. 1977. Vol. 302. P. 685.
2. Gold T. Taking the Back off the Watch // Springer-Verlag, 2012.
3. Hewish A., Bell S. J., Pilkington J. D. H., Scott P. F. & Collins R. A. Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source // Nature. 217 (5130). P. 709–713.
4. The Nobel Prize in Physics 1974
5. Hoyle F. Home is Where the Wind Blows // University Science Books, 1994.
6. Хьюиш А. Пульсары и физика высоких плотностей: нобелевская лекция // Успехи физических наук. 1975. Т. 117. Вып. 2.

Пульсары

Радиопульсар

Пульсаром астрономы называют источник импульсного радиоизлучения. Это означает, что телескопами улавливаются периодичные всплески (импульсы) радиоизлучения.

История открытия

В 1960-х годах группа ученых под руководством английского физика Энтони Хьюиша собственными руками создала радиотелескоп, с целью наблюдения компактных источников радиоизлучения. К числу научных сотрудников относилась и 23-хлетняя аспирантка Джоселин Белл, которая собирала материал для своей диссертации. Ее задача состояла в пересмотре всех самописцев телескопа – обработке данных наблюдения, и выявлении сигналов от компактных источников. Вскоре, спустя два месяца работы, Джоселин Белл обнаружила некие сигналы, которые нельзя было отнести ни к помехам, ни к известным компактным источникам. Аспирант предположила, что найденный сигнал порождается точечным источником – звездой. Однако период излучения импульсов этим источником был чуть более секунды. Столь частые вспышки не характерны для переменных звезд и не могут быть вызваны процессами, протекающими в них. Вместе с Энтони Хьюишом аспирант продолжила изучение странного излучения, в результате чего гипотеза о земном его происхождении была отброшена.

Были привлечены и другие ученые. Так как был обнаружен только один такой источник, начали возникать предположения, что периодичный источник является следствием деятельности внеземной разумной цивилизации. По этой причине первый радиопульсар получил название Little Green Men («Маленькие зеленые люди») – сокращенно LGM-1. Вскоре Джоселин было обнаружено еще три источника со столь малой периодичностью в совсем иных областях неба. Тогда стало ясно, что данный источник – это новый класс астрономических объектов.

Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года

Фото Джоселин Белл 1967 года и 2011 года

Как оказалось, позже – подобные периодические радиосигналы улавливались астрономами и ранее, но принимались за помехи, вызванные человеческой деятельностью.

Кандидаты в пульсары

Характер получаемых импульсов предполагал, что излучение приходит на Землю с участка пространства, относительно небольшого по объему. Также высокая стабильность пульсара свидетельствует о том, что источник излучения представляет собой жесткую систему, а не скопление газа или плазмы. Периодичное же излучение может быть объяснено тремя способами: колебаниями самого объекта-источника, либо его собственным или орбитальным вращением.

Под орбитальным вращением источника периодичного излучения подразумевается взаимное вращение двух объектов, однако такая система со столь низким периодом излучала бы мощные гравитационные волны, которые бы замедляли вращение объектов и приводили бы к их столкновению всего в течение одного года. Кроме того, сближение вызывало бы уменьшение периода излучения, в то время как у пульсаров он несколько растет со временем. Собственные пульсации такого объекта также приводили бы к уменьшению периода. Остается вариант с собственным вращением объекта.

Кандидатами на роль пульсаров стали такие компактные объекты как черные дыры, нейтронные звезды и белые карлики. Так как были открыты пульсары с периодами около 30 миллисекунд, гипотеза о том, что пульсарами могут быть белые карлики – была отброшена. Дело в том, что белые карлики не могли бы иметь такой малый период вращения, так как были бы разрушены в результате центробежной силы, иными словами – просто разлетелись бы. Черные дыры и вовсе не могут излучать самостоятельно. Тогда единственным кандидатом на роль источника периодичного радиоизлучения остается нейтронная звезда, которая имеет высокую скорость вращения.

Физика радиопульсаров

Быстрое вращение нейтронной звезды вызывает потерю некоторой части своего звездного вещества. То есть быстро вращаясь, нейтронная звезда испускает элементарные частицы, образующие плазму.

Как оказалось, радиопульсары имеют сильные магнитные поля (1010-1013 Гс). Подобные поля наблюдаются у некоторых нейтронных звезд, что укрепляет их в качестве кандидатуры на радиопульсары. В пределах полярных шапок силовые линии электромагнитного поля направлены таким образом, что по отношению к излучаемой плазме образуют продольное электрическое поле. Это поле имеет разность потенциалов между центром и краем полярной шапки, что приводит к ускорению упомянутых испускаемых элементарных частиц до ультрарелятивистских энергий. Достигая столь высоких энергий частицы высвобождают часть энергии в виде излучения, в том числе в радиодиапазоне. Собирая все вышеописанное, можно представить радиопульсар как быстровращающуюся нейтронную звезду с сильным магнитным полем, которая на своих полюсах испускает плазму, излучающую, в свою очередь, электромагнитные волны.

Схема радиопульсара

Схема радиопульсара. Сфера в центре — нейтронная звезда, кривые представляют магнитные силовые линии, конусы вдоль магнитной оси — радиолучи, зелёная линия — ось вращения

Далее, если ось вращения звезды не совпадает с осью магнитного поля, то упомянутое электромагнитное излучение также вращается вокруг оси вращения звезды, вместе с самой нейтронной звездой.

Таким образом астрономы имеют дело с так называемым «маяком», излучение которого периодически направлено в сторону наблюдателя с Земли.

Обозначения

В названии пульсаров зашифрована информация о них. Обозначение PSR XYYYYZZZ несет в себе следующую информацию:

  • PSR – префикс, который есть сокращением от английского слова pulsar;
  • X – означает эпоху каталога. Здесь может быть указаны два варианта: B – если каталог 1950-го года и J – если 2000-го года. Отсутствие данного указателя почти всегда означает каталог 1950-го года;
  • YYYY – означает прямое восхождение пульсара. Простыми словами, прямое восхождение астрономического тела – одна из координат второй экваториальной небесной системы координат. Здесь измеряется в часах (первые две цифры) и минутах (остальные цифры);
  • ZZZ(Z) – вторая координата экваториальной системы. Также измеряется в часах и, зачастую, в минутах. Перед данной координатой может стоять + или — , в зависимости от полушария, северное или южное – соответственно. Прямое восхождение и склонение помогают определить положение тела на небосводе.

Так открытый в 1967-м году первый пульсар сегодня имеет название PSR B1919+21, первый двойной пульсар (система пульсар-звезда) — PSR B1913+16, а первый дважды двойной (два пульсара) — PSR J0737−3039.

Основные характеристики

Кроме координат, пульсары различают по их характеристикам:

  • Период вращения. Распределение пульсаров по периоду дает максимум в области 0,6 секунд. То есть большинство пульсаров, называемые «нормальными», имеют такой период вращения. Также имеется еще один выраженный максимум, в несколько раз меньше наибольшего, и он расположен в области 4 мс, потому пульсары такого типа называются «миллисекундными».

Распределение пульсаров по периодам

Распределение пульсаров по периодам

  • Производная периода – параметр, определяющий скорость роста периода вращения пульсара. Как известно, практически у всех наблюдаемых пульсаров период монотонно растет с течением времени, то есть вращение замедляется.
  • Профиль среднего импульса. Импульсы радиопульсаров не схожи друг с другом, однако при усреднении, например, 1000 таких импульсов, можно выделить некий средний импульс, чем и является данная характеристика.
  • Интеримпульс – означает наличие либо отсутствие малого импульса в промежутке между двумя основными импульсами.
  • Поляризация – определяет поляризацию поступающего от пульсара на Землю радиоизлучения. Излучение радиопульсаров в значительной степени поляризовано, у некоторых поляризация близка к 100 %.
  • Гигантские импульсы. Наличие таких импульсов подразумевает вспышечное значительное увеличения плотности потока некоторых импульсов. Если импульсы большинства пульсаров способны расти в плотности не более чем в 10 раз, то для пульсаров с гигантскими импульсами характерно скачкообразное увеличение плотности импульса в сотни и даже тысячи раз.

К 2011-му году количество открытых радиопульсаров перешло черту в 1970 объектов. Согласно теоретическим подсчетам в галактике Млечный Путь может находится порядка 240 000 радиопульсаров.

будет ли продолжение бегущий в лабиринте 4

ментовские войны официальный сайт сериала

табу 2 й сезон

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector