Звезда магнитар что такое
Магнетар
Магнетар – звезда с настолько мощным магнитным полем, что способна вытащить железо из крови человека, находясь за тысячи километров от него.
Общие сведения
Магнетар – это нейтронная звезда, обладающая невероятно сильным магнитным полем, которое может равняться до 10*11 Тесла и выше. Как известно, нейтронные звезды появляются вследствие выгорания обычных звезд, являясь как бы конечным продуктом их эволюции. Обычно нейтронная звезда появляется после вспышки сверхновой. Для того чтобы после взрыва сверхновой образовался магнетар, звезде нужно иметь достаточную массу.
Рисунок магнетара SGR 0418+5729
Обычно магнетарами становятся те астрономические светила, которые имели массу, которая соответствовала весу примерно 40-ка наших Солнц. И хотя данное утверждение не доказано, многие ученые считают, что оно истинно, поскольку для того, чтобы превратиться в магнетар, звезде нужно иметь достаточное количество вещества.
Хотя магнетары за счет своего огромного магнитного поля, а также по ряду других причин являются чрезвычайно интересными объектами для астрономов, в действительности на сегодняшний день они достаточно мало изучены учеными. Это объясняется несколькими факторами. Во-первых, практически все известные нам магнетары находятся на достаточно большом удалении от Земли, из-за чего их непросто обнаружить и впоследствии наблюдать за ними. Во-вторых, магнетары имеют сравнительно небольшую, как для звезд, продолжительность жизни. Многие из известных магнетаров уже доживают свой срок, из-за чего их магнитное излучение уже не так сильно, по причине чего трудно понять истинную мощь и сущность этих звезд.
Строение и состав
Схема строения магнетара
Магнетар – тип нейтронной звезды, которая имеет чрезвычайно высокую плотность. Как правило, все нейтронные звезды покрыты относительно тонкой корой, состоящей в основном из электронов и тяжелых атомных ядер. Внутри нейтронной звезды находится жидкая плазма, которая в основном состоит из нейтронов. Считается, что именно чрезвычайно сильная внутренняя плотность магнетара служит причиной его высокого магнитного излучения.
Магнетары – это звезды, которые очень быстро вращаются вокруг своей оси. Скорость вращения этих звезд колеблется в пределах от нескольких раз до тысяч оборотов в секунду. Большинство магнетаров имеет относительно небольшие размеры. Как правило, диаметр большинства из них достигает всего 20-30 километров. Хотя, конечно же, существуют сверхмассивные магнетары, которые обладают гораздо большими габаритами.
Что касается массы, то здесь не все так просто. Из-за своей высокой плотности, магнетар диаметром в 30 километров будет значительно тяжелее нашего Солнца. Что касается сверхкрупных магнетаров, то их вес может превышать вес Солнца в несколько десятков раз, а то и более.
Наблюдение и известные магнетары
Сверхновая и магнетар 3XMM J185246.6+003317 (большая синяя точка под ней)
Из-за относительно небольшой величины магнетаров, а также их удаленности от Земли, наблюдать их при помощи обычных, любительских телескопов не представляется возможным. Для наблюдения магнетаров наиболее подходит метод инфракрасного или рентгеновского сканирования неба. При помощи специальных агрегатов ученые пытаются обнаружить магнетары в космическом пространстве. Благо из-за того, что они излучают интенсивное магнитное поле и радиацию, обнаружить их с помощью приборов представляется намного более простой задачей.
На сегодняшний день, по разным источникам, человечеству известно от 30 до 150 магнетаров. Последняя цифра скорее характеризует не столько действительное количество магнетаров, сколько количество объектов, похожих на эти астрономические тела. По данным на 2007 год астрономами было открыто только 12 магнетаров. Среди них: SGR 1806-20, SGR 1900+14, 1E 1048.1-5937 и другие.
Магнетар SGR 1806-20
Первый объект, SGR 1806-20 представляет чрезвычайно мощный магнетар, который удален от нашей планеты на расстояние 14,5 килопарсек или 50 тысяч световых лет и находится на другом краю нашей Галактики. Второй, предположительно, взорвался в 1998 году, но его свет до сих пор доходит до Земли. Третий находится на относительно близком от нас расстоянии – всего 9 тысяч световых лет. Обнаружение каждого из этих магнетаров было настоящей сенсацией для астрономов. Обнаружение этих и других подобных им звезд продолжает радовать ученых и по сегодняшний день.
Интересные факты
Магнетар – магнит вселенной
Магнетар – это тип нейтронной звезды, которая обладает чрезвычайно мощным магнитным полем (∼10 13 до 10 15 G, ∼10 9 до 10 11 T). Распад магнитного поля приводит к испусканию высокоэнергетического электромагнитного излучения, в частности рентгеновского и гамма – излучения. Теория, касающаяся этих объектов, была предложена Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном в 1992 году, но первый зарегистрированный всплеск гамма-лучей, предположительно исходящий от магнетара, был обнаружен 5 марта 1979 года.
Как и другие нейтронные звезды, магнетары имеют диаметр около 20 км и массу в 1,1-2 раза больше массы Солнца. Плотность внутренней поверхности магнетара такова, что столовая ложка его вещества будет иметь массу свыше 100 млн. тонн. Магнетары отличаются от других нейтронных звезд еще более сильными магнитными полями и сравнительно более быстрым вращением. Большинство нейтронных звезд вращаются один раз в 10 секунд, тогда как магнетары вращаются в 10 раз быстрее. Магнитное поле магнетара порождает очень сильные и характерные всплески рентгеновского и гамма-излучения. Активная жизнь магнетара коротка. Их сильные магнитные поля распадаются примерно через 10 000 лет, после чего активность и сильное рентгеновское излучение прекращаются. По оценкам астрономов, количество неактивных магнетаров в Млечном Пути составляет более 30 млн.
Звездные землетрясения, вызванные на поверхности магнетара, нарушают магнитное поле, которое охватывает его, часто приводя к чрезвычайно мощным выбросам гамма-лучей, которые были зарегистрированы на Земле в 1979, 1998 и 2004 годах.
Магнитное поле
Происхождение магнитных полей
Основная теория сильных полей магнетаров состоит в том, что она является результатом магнитогидродинамического динамо-процесса в турбулентной, чрезвычайно плотной проводящей жидкости, которая существует до того, как нейтронная звезда установится в свою равновесную конфигурацию. Эти поля затем сохраняются за счет постоянных токов в протон-сверхпроводящей фазе вещества, которая существует на промежуточной глубине внутри нейтронной звезды (где нейтроны преобладают по массе). Аналогичный магнитогидродинамический динамо-процесс создает еще более интенсивные переходные поля при коалесценции пар нейтронных звезд. Но другая теория состоит в том, что они просто являются результатом коллапса звезд с необычно высокими магнитными полями.
Формирование магнетара
Когда в сверхновой звезда коллапсирует в нейтронную звезду, ее магнитное поле резко возрастает в силе. При уменьшении размера вдвое, магнитное поле увеличивается в 4 раза. Дункан и Томпсон вычислили, что когда вращение, температура и магнитное поле новообразованной нейтронной звезды попадают в правильные диапазоны, может действовать динамо-механизм. Он преобразует тепловую и вращательную энергию в магнитную энергию и увеличивает магнитное поле с 10 8 Тесла до более чем 10 11 Тесла (10 15 гауссов). В результате получается магнетар. Считается, что примерно 1 из 10 взрывов сверхновых приводит к появлению магнетара.
История открытия
5 марта 1979 года, через несколько месяцев после успешного попадания спутников в атмосферу Венеры, два беспилотных советских космических зонда Венера 11 и 12, были поражены взрывом гамма-излучения. Этот контакт повысил показания излучения на обоих зондах с обычных 100 отсчетов в секунду до более чем 200 000 отсчетов в секунду, всего за долю миллисекунды.
Гамма-всплеск и сверхновой звезды, питаемой магнетаром
21 февраля 2008 года было обнаружена нейтронная звезда со свойствами радиопульсара, который испускал магнитные всплески, такие как магнетар. Это говорит о том, что магнетары не являются просто редким типом пульсара, но могут быть одной из фаз в жизни некоторых пульсаров. 24 сентября 2008 года было объявлено, что это был первый оптически активный магнетар. Вновь обнаруженный объект получил обозначение SWIFT J195509+261406. 1 сентября 2014 года опубликована новость о магнетаре, близком к остатку сверхновой Kesteven 79. Астрономы из Европы и Китая обнаружили этот магнетар, названный 3XMM J185246.6+003317. В 2013 году был обнаружен Магнетар PSR J1745-2900, который обращается вокруг черной дыры в системе Стрельца A. Этот объект является ценным инструментом для изучения ионизированной межзвездной среды по направлению к центру Галактики. В 2018 году результатом слияния двух нейтронных звезд был обнаружен гипермассивный Магнетар.
Известные магнетары
По состоянию на март 2019 года, известны 23 магнетара, еще шесть кандидатов ожидают подтверждения. Наиболее известные магнетары включают:
Магнетар возле сверхмассивной чёрной дыры ведёт себя странно
Фото: NASA/CXC/INAF/F.Coti Zelati et al
В 2013 году астрономы объявили, что обнаружили магнетар невероятно близко к сверхмассивной чёрной дыре в центре Млечного Пути (принято считать, что сверхмассивные чёрные дыры существует в центре многих галактик). Обнаружить звезду удалось благодаря нескольким телескопам на орбите, в том числе космической рентгеновской обсерватории «Чандра».
Магнетар — разрушенная (нейтронная) звезда, обладающая исключительно сильным магнитным полем (до 10 11 Тл).
Замеченный в 2013 году магнетар SGR 1745-2900 находится на расстоянии всего 0,3 световых года от края чёрной дыры, имеющей массу в 4 млн солнечных масс в центре нашей галактики. На сегодняшний день это ближайшая к сверхмассивной чёрной дыре нейтронная звезда, какую удалось обнаружить учёным. Возможно, она даже находится под гравитационным воздействием чёрной дыры, то есть в искривленном пространстве-времени.
С момента обнаружения два года назад, когда получили первую волну излучения от магнетара, астрономы внимательно наблюдают за ним с помощью обсерватории «Чандра» и рентгеновского телескопа XMM-Newton от Европейского космического агентства.
На иллюстрации вверху показан участок возле чёрной дыры, полученный рентгенами «Чандры». Красный, зелёный и синий цвет соответствуют низкому, среднему и сильному рентгеновскому излучению, соответственно. На отдельных вставках показан фрагмент фотографии, где появился магнетар. Слева комбинированная фотография за 2005-2008 гг, там его не видно. Справа снимок 2013 года, когда был получен импульс излучения магнетара, что привело к обнаружению.
Быстро вращающаяся нейтронная звезда генерирует мощное магнитное поле
Два года наблюдения за объектом показали, что рентгеновское излучение от SGR 1745-2900 снижается быстрее, чем у других известных магнетаров, а его поверхность горячее, чем ожидалось.
Группа учёных, которая исследует SGR 1745-2900, опубликовала научную работу, в которой приводит результаты исследования и выдвигает версии, с чем могут быть связаны неожиданные свойства магнетара.
Одна из версий состоит в том, что поверхность магнетара могла подвергнуться мощным «звёздотрясениям» (по аналогии с землетрясениями). Когда формируется нейтронная звезда, у неё на поверхности может образоваться толстая кора. Временами эта кора может трескаться, как земная кора во время землетрясений
Хотя звёздотрясения объясняют изменения в яркости и быстрое охлаждение многих магнетаров, но они не способны объяснить медленное падение уровня рентгеновского излучения SGR 1745-2900, пишут учёные, как и аномально высокую температуру коры. При звездотрясении всё должно происходить быстрее, а здесь идёт слишком медленно.
Исследователи предполагают, что бомбардировка поверхности магнетара заряженными частицами, застрявшими в запутанных узлах магнитных полей над поверхностью магнетара, могут обеспечить дополнительный нагрев поверхности и объяснить медленное снижение рентгеновского излучения.
Учёные не считают, что свойства магнетара вызваны его близостью к сверхмассивной чёрной дыре, поскольку дистанция в 0,3 световых года всё-таки слишком большая для стойкого взаимодействия через магнитные поля или гравитацию.
Наблюдение за объектом SGR 1745-2900 будет продолжаться, чтобы собрать новые данные и объяснить его необычное поведение.
По материалам сайта космической рентгеновской обсерватории «Чандра»
Ученные открыли тайну нового магнетара в нашей галактике
Данный вид звезд чрезвычайно редко встречается в природе. Не так уж давно вопрос об их нахождении и непосредственно возникновении подвергал ученых астрологов в неопределенность. Но, благодаря расположенному в Панамской обсерватории, в Чили, принадлежащему к Европейской Южной обсерватории, Очень большому телескопу (VLT) и по собранным с его помощью данным, астрономы могут теперь смело считать, что наконец-то смогли разрешить одну из многочисленных загадок такого непостижимого для нас космоса.
Как уже было замечено выше в этой статье, магнетары — это очень редкий вид нейтронных звезд, которым присуща огромнейшая сила (они самые сильные из пока известных объектов во всей Вселенной) магнитного поля. Одной из особенностей данных звезд считается то, что они относительно малы в размерах и имеют невероятную плотность. Ученые предполагают, что масса всего одного кусочка данной материи величиной в небольшой стеклянный шарик может достигать более одного миллиарда тонн.
Данный вид звезд может образовываться в тот момент, когда массивные звезды начинают коллапсировать под действием мощи собственной гравитации.
Магнетары в нашей галактике
Млечный путь насчитывает около трёх десятков магнетаров. Объект, изученный при помощи Очень большого телескопа, находится в скоплении звезд под названием Вестерлунд-1, а именно в южной части созвездия Жертвенника, что расположено всего в 16 тысячах световых лет от нас с вами. Звезда, которая сейчас стала магнетаром, по своему размеру превышала наше Солнце примерно в 40?45 раз. Это наблюдение привело ученных в смятение: ведь звезды таких больших размеров, по их мнению, при коллапсе должны превращаться в черные дыры.
Тем не менее, тот факт, что звезда, до этого носившая название CXOU J1664710.2-455216, в результате собственного коллапса превратившаяся в магнитар, мучил астрономов в течении нескольких лет. Но всё же ученные предполагали, что предшествовало такому весьма нетипичному и необычному явлению.
Относительно недавно, в 2010 году, на обсуждение было выдвинуто предположение о том, что магнетар появился в результате близкого взаимодействия между двумя массивными звездами. Следуя этому предположению, звезды оборачивались одна вокруг другой, что и вызвало превращение. Данные объекты на столько близко находились, что без проблем поместились бы в столь малое пространство, как расстояние между орбитами Солнца и Земли.
Но, до недавнего времени, ученым, занимающимся этой проблемой, не удавалось найти какие-либо доказательства о взаимном и столь близком сосуществовании двух звезд в предполагаемой модели бинарной системы. Но при помощи Очень большого телескопа, астрономы получили возможность более детально изучить интересующий их участок неба в котором находится звездные скопления и найти подходящие объекты скорость движения которых достаточно высока («беглые» или «убегающие» звезды). По одной из теорий считается, что такие объекты были отброшены со своих родных орбит в следствии от взрыва сверхновых звезд, образующих магнетары. И, в самом деле, нашлась эта звезда, которую в последствии ученные назвали Вестерлунд 1?5.
Автор, который опубликовал данные исследования, Бен Ритчи, объясняет роль найденной «бегущей» звезды так:
«Мало того, что найденная нами звезда имеет колоссальную скорость в движении, которая вполне возможно была вызвана взрывом сверхновой звезды, так здесь представляется тандем её удивительно малой массы, высокой светимости и её составляющие, богатые углеродом. Это удивительно, ведь данные качества редко совмещаются в одном объекте. Все это свидетельствует о том, что Вестерлунд 1?5 мог действительно образоваться в бинарной системе».
С собранными данными о данной звезде, команда астрономов реконструировала предполагаемую модель появления магнетара. По предложенной схеме запас топлива у меньшей звезды был выше нежели у её «компаньонки». Таким образом, мелкая звезда начала притягивать к себе верхние шары крупной, что привело к интегрированию сильного магнитного поля.
Спустя некоторое время малый объект стал больше своего бинарного компаньона, что вызвало обратный процесс передачи верхних слоёв. По мнению одного из участников эксперимента, Франциско Нахарро, данные действия исследуемых объектов в точности напоминает известную детскую игру «Передай другому». Целью игры является заворачивание некого предмета в несколько слоёв бумаги и передача его по кругу состоящему из детей. Каждый участник должен развернуть один слой обертки, найдя при этом интересную безделушку.
По идее, большая из двух звезд превращается в меньшую и отбрасывается из бинарной системы, в тот момент, как вторая звезда быстро оборачивается вокруг своей оси и превращается в сверхновую звезду. В данной ситуации «бегущая» звезда, Вестерлунд 1?5, является второй звездой в бинарной паре (она несет в себе все известные признаки описанного процесса).
Ученые, которые занимались исследованием этого интереснейшего процесса, на основе собранных ими данных во время эксперимента пришли к выводу, что очень быстрое вращение и передача массы между бинарными звездами является ключом к формированию редких нейтронных звезд, также известных как магнетары.
Видео про магнетар:
Нейтронная звезда. Пульсар:
Видео про самые опасные места во Вселенной:
Астрономический объекты: магнетары
В этой серии статей мы исследуем удивительный и необычный мир астрономических объектов! Держитесь за свои магнитные шляпы, потому что сегодняшняя тема – магнетары!
Начнём с нейтронных звёзд. Это остатки ядер гигантских звёзд, почти полностью состоящие из нейтронов. Но там также присутствует некоторое количество несвязанных электронов и протонов, и они будут важны через секунду. Нейтронные звёзды и без того невероятно странные: их масса в несколько раз больше массы Солнца, но по своему размеру они не больше Манхэттена.
Это очень большая плотность.
Вы имеете полное право называть нейтронные звёзды крупнейшими атомными ядрами во Вселенной.
А теперь вернёмся к электронам и протонам. Сами нейтроны электрически нейтральны и на самом деле мало что делают в этой истории, кроме того, что обеспечивают основную массу нейтронной звезды. Но электроны и протоны электрически заряжены, это важно в том случае, если я скажу вам, что некоторые нейтронные звёзды вращаются безумно быстро. Мы говорим о десятках тысяч оборотов в минуту – это быстрее, чем ваш кухонный блендер (пожалуйста, не делайте смузи с использованием вращающейся нейтронной звезды).
Типичная нейтронная звезда меньше среднего города. Авторы и права: Goddard Space Flight Center.
Эти электрические заряды, вращаются с такой скоростью, что могут возбуждать поистине огромные магнитные поля. А теперь мы подошли к магнетарам: так мы называем быстровращающиеся, сверхмагнитные нейтронные звёзды. У магнетаров, безусловно, самые мощные магнитные поля во Вселенной. Типичное поле магнетара более чем в триллион (да, с буквой “т”) раз сильнее, чем у Земли. А иногда этот порядок доходит даже до квадриллиона.
Это действительно впечатляюще!
Это магнитное поле достаточно сильное, чтобы растворить вас, буквально разорвать ваши молекулярные связи, даже если вы находитесь за примерно полторы тысячи километров от магнетара.
Хорошо, что они встречаются довольно редко. Магнетары составляют лишь небольшой процент от числа всех известных нейтронных звёзд. Считается, что только молодые нейтронные звёзды могут поддерживать вращение, необходимое для появления магнетара. На сегодняшний день астрономы каталогизировали всего 24 объекта такого рода и ещё шесть ждут своего подтверждения.