Пульсары
Пульсар — быстро вращающаяся нейтронная звезда, излучающая направленные импульсы. Как открыли, как устроены, зачем нужны (часы, планеты, гравитационные волны).
Пульсар — это вращающаяся нейтронная звезда, магнитное поле которой направляет излучение в узкие пучки. Пучок проносится мимо Земли, как луч маяка, и телескоп регистрирует регулярные импульсы. Период — от сотых долей секунды до нескольких секунд, и он выдерживается с точностью, превосходящей лучшие часы.
Как открыли
Осенью 1967 года аспирантка Джоселин Белл (Кембриджский университет) заметила на записи радиотелескопа повторяющийся импульс с периодом около 1,337 секунды. Сначала источник шутливо назвали «LGM» («маленькие зелёные человечки»), но вскоре нашли ещё несколько таких же. Объекты назвали пульсарами. Нобелевскую премию 1974 года по физике получил её научный руководитель Энтони Хьюиш; решение об исключении Белл обсуждается до сих пор.
Почему пульсы
Нейтронная звезда сжата до размера около 20 км при массе больше солнечной. При коллапсе ядра сохраняется момент импульса, поэтому звезда вращается очень быстро, а магнитное поле усилено до миллиардов тесла. Заряженные частицы вдоль магнитных полюсов излучают узкими пучками. Магнитная ось не совпадает с осью вращения, поэтому пучок вращается. Если он задевает Землю, мы видим импульс.
Разновидности
- Обычные радиопульсары с периодом от десятых долей секунды до нескольких секунд; они постепенно замедляются, теряя энергию вращения.
- Миллисекундные пульсары — старые нейтронные звёзды, которые «раскрутили» перетекающим веществом от соседней звезды. Периоды у них — единицы миллисекунд, самый быстрый из известных вращается 716 раз в секунду (PSR J1748−2446ad).
- Рентгеновские и гамма-пульсары. Многие излучают в высокоэнергетических диапазонах («Рентгеновская астрономия»). Космические телескопы вроде Fermi нашли сотни таких объектов.
- Магнетары — нейтронные звёзды с самыми сильными полями; они же считаются одним из источников быстрых радиовсплесков.
Знаменитые пульсары
- Крабовидный пульсар в центре Крабовидной туманности: остаток сверхновой, вспыхнувшей в 1054 году («Сверхновые»). Период — около 33 миллисекунд.
- PSR B1913+16 (Халс и Тейлор, 1974) — пульсар в двойной системе. Его орбита сокращается именно так, как предсказывает общая теория относительности из-за излучения гравитационных волн — косвенное подтверждение их существования («Гравитационные волны»).
- PSR B1257+12 — первые подтверждённые планеты за пределами Солнечной системы нашли в 1992 году именно у этого пульсара («Экзопланеты»).
Чем полезны
- Часы. Миллисекундные пульсары стабильны, как атомные часы, и ими проверяют теорию относительности.
- Гравитационные волны. Следя за десятками пульсаров, коллаборации вроде NANOGrav ищут крошечные сдвиги времени прихода импульсов. В июне 2023 года несколько групп объявили об обнаружении фона гравитационных волн, вероятно, созданного парами сверхмассивных чёрных дыр.
- Структура нейтронных звёзд. Космическая обсерватория NICER на МКС («МКС») измеряет размеры нейтронных звёзд по форме импульсов, что проверяет свойства вещества при немыслимых плотностях.
- Навигация. На пластинке «Пионеров» положение Солнца отмечено относительно четырнадцати пульсаров.