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.

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.

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.

Слишком уж необычным был. Главная его особенность, за что он и получил свое название – периодические вспышки излучения, причем со строго определенным периодом. Этакий радиомаяк в космосе. Сначала предполагали, что это пульсирующая звезда, которая меняет свои размеры – такие давно известны. А обнаружила его Джоселин Белл, аспирантка Кембриджского университета, с помощью радиотелескопа.
Что интересно, первый пульсар назвали LGM-1, что на английском означает «маленькие зеленые человечки». Однако постепенно выяснилось, что пульсары – естественные объекты нашей Вселенной, да и открыто их уже довольно много – под две тысячи. Самый близкий от нас находится на расстоянии 390 световых лет.

Итак, что же представляет собой пульсар? Это очень маленькая, но очень плотная нейтронная звезда. Такие звезды образуются после взрыва звезды – гиганта, гораздо большей, чем наше Солнце – карлик. В результате прекращения термоядерной реакции вещество звезды сжимается в очень плотный объект – это называется коллапсом, а во время этого электроны – отрицательные частицы, вдавливаются внутрь ядер и соединяются с протонами – положительными частицами. В конце концов, все вещество звезды оказывается состоящим из одних нейтронов, что и дает огромную плотность – нейтроны не имеют заряда и могут располагаться очень тесно, практически друг на друге.

Так вот, вся материя огромной звезды умещается в одной нейтронной звезде, которая имеет размеры всего в несколько километров. Плотность ее такова, что чайная ложка вещества этой звезды весит миллиард тонн.

Первый пульсар, открытый Джоселин Белл, посылал в космос электромагнитные вспышки с частотой 1.33733 секунды. Другие пульсары имеют другие периоды, но частота их излучения остается постоянной, хотя и может лежать в различных диапазонах – от радиоволн до рентгеновского излучения. Почему так происходит?

Дело в том, что нейтронная звезда размером с город очень быстро вращается. Она может совершить тысячу оборотов вокруг своей оси за одну секунду. При этом она имеет очень мощное магнитное поле. По силовым полям этого поля движутся протоны и электроны, а около полюсов, где магнитное поле особенно сильное и где эти частицы достигают очень больших скоростей, они выделяют кванты энергии в различных диапазонах. Получается как бы естественный синхрофазотрон – ускоритель частиц, только в природе. Вот так на поверхности звезды образуется две области, из которых идет очень мощное излучение.

Положите на стол фонарик и начните его вращать. Луч света вращается вместе с ним, освещая все по кругу. Так и пульсар, вращаясь, посылает свое излучение с периодом своего вращения, а оно у него очень быстрое. Когда на пути луча оказывается Земля, мы видим всплеск радиоизлучения. Притом идет этот луч из пятна на звезде, размер которого всего-навсего 250 метров! Это какая же мощность, если мы можем обнаружить сигнал за сотни и тысячи световых лет! Магнитные полюса и ось вращения у пульсара не совпадают, поэтому излучающие пятна вращаются, а не стоят на месте.

Астрономы изучали небесный покров с незапамятных времен. Однако, только со значительным скачком в развитии технологий, ученым удалось обнаружить такие объекты, которых у прежних поколений астрономов не было даже в воображении. Одними из них стали квазары и пульсары.

Несмотря на громадные расстояния до этих объектов, ученым удалось изучить их некоторые свойства. Но несмотря на это, они скрывают еще очень много нераскрытых тайн.

Что такое пульсары и квазары

Пульсар, как выяснилось – это нейтронная звезда. Его первооткрывателями стали Э.Хьюиш и его аспирант Д.Белл. Им удалось обнаружить импульсы, представляющие собой потоки излучения узкой направленности, которые становятся видны через определенные временные промежутки, поскольку этот эффект происходит за счет вращения нейтронных звезд.

Значительное уплотнение магнитного поля звезды и самой ее плотности происходит при ее сжатии. Она может уменьшиться до размеров в несколько десятков километров, и в такие моменты вращение происходит с невероятно большой скоростью. Эта скорость в некоторых случаях достигает тысячных долей секунды. Отсюда и получаются электромагнитные излучаемые волны.

Квазары и пульсары можно назвать самыми необычными и загадочными открытиями астрономии. Поверхность нейтронной звезды (пульсара) обладает меньшим давлением, нежели ее центр, по этой причине происходит распад нейтронов на электроны и протоны. Электроны разгоняются до неимоверных скоростей за счет наличия мощного магнитного поля. Порой эта скорость достигает скорости света, следствием чего является выброс электронов от магнитных полюсов звезды. Два узких пучка электромагнитных волн – именно так выглядит перемещение заряженных частиц. То есть электронами в сторону своего направления испускается излучение.

Продолжая перечисление необычных явлений, связанных с нейтронными звездами, следует отметить их внешний слой. В этой сфере встречаются пространства, в которых ядро не может быть разрушено по причине недостаточной плотности вещества. Следствием этого является покрытие самой плотной корой за счет образования кристаллической структуры. В итоге накапливается напряжение и в определенный момент эта плотная поверхность начинает трескаться. Этот феномен ученые прозвали «звездотрясением».

Пульсары и квазары остаются полностью неизученными. Но если удивительные исследования поведали нам о пульсарах или т.н. нейтронных звездах много нового, то квазары держат астрономов в напряжении неизведанности.

Впервые мир узнал о квазарах в 1960 году. Открытие гласило, что это объекты с небольшим угловыми размерами, которым свойственна высокая светимость, а по классу они относятся к внегалактическим объектам. По той причине, что они обладают довольно маленьким угловым размером, многие годы считалось, что это просто звезды.

Точного количества обнаруженных квазаров неизвестно, но в 2005 году проводились исследования, в которых насчитывалось 195 тысяч квазаров. Пока ничего доступного для объяснения о них неизвестно. Существует масса предположений, однако ни одно из них не имеет каких-либо подтверждений.

Астрономы выяснили только то, что за временной отрезок менее 24 часов их блеск отмечает достаточную переменность. По этим данным можно отметить их относительно небольшой размер области излучений, который сопоставим с размерами Солнечной системы. Найденные квазары существуют и на расстоянии до 10 миллиардов световых лет. Разглядеть их удалось по причине их высочайшего уровня светимости.

Самый близкий подобный объект к нашей планете расположился приблизительно на отметке в 2 миллиарда световых лет. Возможно, грядущие исследования и используемые в них новейшие технологии предоставят человечеству новые познания о белых пятнах открытого космоса.

Предсказаны теоретиками, в частности, академиком Л. А. Ландау в 1932 году.

Превращения звезд

Звезды не вечны. В зависимости от того, какой была звезда и как протекало ее существование, звезда превратится или в белого карлика , или в нейтронную звезду . Нейтронная звезда пульсар. Если звезда коллапсирует, то образует черную дыру в пространстве.
Черная дыра. Таковы представления о «смерти» звезд, развитые академиком Я. Б. Зельдовичем и его учениками. Белые карлики известны очень давно. В течение трех десятков лет вокруг этого предсказания шли споры. Споры, но не поиски. Искать нейтронные звезды средствами наземных обсерваторий было бессмысленно: видимых лучей они, вероятно, не излучают, а лучи других участков электромагнитного спектра бессильны преодолеть броневой щит земной атмосферы.

Вселенная из космического пространства

Поиски начались лишь тогда, когда возникла возможность взглянуть на Вселенную из космического пространства . В конце 1967 года астрономы сделали сенсационное открытие. В определенной точке неба внезапно загорался и через сотые доли секунды погасал точечный источник радиолучей . Примерно через секунду вспышка повторялась. Эти повторения следовали друг за другом с точностью корабельного хронометра. Казалось, сквозь черную ночь Вселенной наблюдателям подмигивает далекий маяк.

Потом таких маяков стало известно довольно много. Оказалось, что они отличаются друг от друга периодичностью лучевых импульсов, составом излучения . Большинство пульсаров - так назвали эти вновь обнаруженные звезды - имело полную продолжительность периода от четверти секунды до четырех секунд. Сегодня число известных науке пульсаров составляет около 2000. И возможности новых открытий далеко не исчерпаны. Пульсары и есть нейтронные звезды . Трудно представить себе какой-то иной механизм, с железной точностью зажигающий и гасящий вспышку пульсара, нежели вращение самой звезды. С одной стороны звезды «установлен» источник излучения, и при каждом обороте ее вокруг оси исторгаемый луч на мгновение падает и на нашу Землю. Но какие же звезды способны вращаться со скоростью нескольких оборотов в секунду? Нейтронные - и никакие другие. Наше , к примеру, совершает один оборот без малого за 25 суток; увеличьте скорость - и центробежные силы попросту разорвут его, разнесут на части.
Восход солнца. Однако на нейтронных звездах , происходит сжатие вещества до плотности, невообразимой в обычных условиях. Каждый кубический сантиметр вещества нейтронной звезды в земных условиях весил бы от 100 тысяч до 10 миллиардов тонн! Роковое сжатие резко уменьшает диаметр звезды. Если в своей сияющей жизни звезды имеют диаметры в сотни тысяч и миллионы километров, то радиусы нейтронных звезд редко превосходят 20-30 километров. Такой небольшой «маховик», и к тому же накрепко склепанный силами всемирного тяготения, можно раскрутить и со скоростью в несколько оборотов в секунду - он не развалится. Нейтронная звезда должна вращаться очень быстро. Видели ли вы, как крутится балерина, поднявшись на одном носке и плотно прижав руки к телу? Но вот она раскинула руки - ее вращение сразу же замедлилось. Физик скажет: увеличился момент инерции. У нейтронной звезды по мере уменьшения ее радиуса момент инерции, напротив, уменьшается, она как бы «прижимает руки» все ближе и ближе к телу. Скорость ее вращения при этом быстро возрастает. И когда диаметр звезды уменьшится до указанной выше величины, число ее оборотов вокруг оси должно оказаться как раз таким, какое обеспечивает «эффект пульсара». Физикам очень хотелось бы оказаться на поверхности нейтронной звезды и поставить несколько опытов. Ведь там должны существовать условия, подобных которым нет больше нигде: фантастическая величина гравитационного поля и фантастическая напряженность поля магнитного. По расчетам ученых, если сжимавшаяся звезда имела магнитное поле весьма скромной величины - в один эрстед (магнитное поле Земли, покорно поворачивающее синюю стрелку компаса на север, равно примерно половине эрстеда), то у нейтронной звезды напряженность поля может достигать и 100 миллионов и триллиона эрстед! В 20-х годах ХХ века, в период своей работы в лаборатории Э. Резерфорда, известный советский физик академик П. Л. Капица поставил опыт получения сверхсильных магнитных полей. Ему удалось получить в объеме двух кубических сантиметров магнитное поле небывалой напряженности - до 320 тысяч эрстед. Конечно, сейчас этот рекорд превзойден. Путем сложнейших ухищрений, обрушив на единственный виток соленоида целую электрическую ниагару - мощность в миллион киловатт - и взрывая при этом вспомогательный пороховой заряд, ухитряются получить напряженность магнитного поля до 25 миллионов эрстед. Существует это поле несколько миллионных долей секунды. А на нейтронной звезде возможно постоянное поле в тысячи раз больше!

Строение нейтронной звезды

Советский ученый академик В. Л. Гинзбург нарисовал довольно подробную картину строения нейтронной звезды . Поверхностные ее слои должны находиться в твердом состоянии, и уже на глубине километра с повышением температуры твердая кора должна сменяться нейтронной жидкостью, содержащей в своем составе некоторую примесь протонов и электронов, жидкостью удивительнейшей по своим свойствам, сверхтекучей и сверхпроводимой.
Строение нейтронной звезды пульсар. В земных условиях единственный пример сверхтекучей жидкости - это поведение так называемого гелия-2, жидкого гелия, при температурах, близких к абсолютному нулю. Гелий-2 способен мгновенно вытечь из сосуда сквозь мельчайшее отверстие, способен, пренебрегая силой тяжести, подниматься по стенке пробирки вверх. Сверхпроводимость также известна в земных условиях лишь при очень низких температурах. Как и сверхтекучесть, она - проявление в наших условиях законов мира элементарных частиц. В самом центре нейтронной звезды, по мнению академика В. Л. Гинзбурга, может находиться не сверхтекучее и не сверхпроводящее ядро. Два гигантских поля - гравитационное и магнитное, создают вокруг нейтронной звезды своеобразный венец. Ось вращения звезды не совпадает с магнитной осью, это и вызывает «эффект пульсара». Если представить, что магнитный полюс Земли, (подробнее:

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.
См. также НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА . 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/см3. У нейтронной звезды масса тоже близка к солнечной, но ее диаметр всего ок. 30 км и плотность ок. 200 млн. т/см3. 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 1012 Гс "работает" как гигантский ускоритель заряженных частиц, сообщая им энергию до 1020 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. Механизм действия пульсара. Пока существует лишь приближенная картина действия пульсара. Его основой служит вращающаяся нейтронная звезда с мощным магнитным полем. Вращающееся магнитное поле захватывает вылетающие с поверхности звезды ядерные частицы и ускоряет их до очень высоких энергий. Эти частицы испускают электромагнитные кванты в направлении своего движения, формируя вращающиеся пучки излучения. Когда пучок оказывается направленным на Землю, мы принимаем импульс излучения. Не совсем ясно, почему эти импульсы имеют столь четкую структуру; возможно, лишь небольшие области поверхности нейтронной звезды выбрасывают частицы в магнитное поле. Частицы максимально высокой энергии не могут быть ускорены по отдельности; по-видимому, они образуют пучки, содержащие, возможно, 10 12 частиц, которые ускоряются как единая частица. Это помогает понять и резкие границы импульсов, каждый из которых, вероятно, связан с отдельным пучком частиц.
Открытие. Первый пульсар открыли случайно в 1967 астрономы Кембриджского университета Дж. Белл и Э. Хьюиш. Испытывая новый радиотелескоп с аппаратурой для регистрации быстропеременного космического излучения, они неожиданно обнаружили цепочки импульсов, приходящих с четкой периодичностью. Первый пульсар имел период 1,3373 с и длительность импульса 0,037 с. Ученые назвали его CP 1919, что значит "кембриджский пульсар" (Cambridge Pulsar), имеющий прямое восхождение 19 ч 19 мин. К 1997 усилиями всех радиоастрономов мира было открыто более 700 пульсаров. Исследование пульсаров проводится с помощью крупнейших телескопов, поскольку для регистрации коротких импульсов необходима высокая чувствительность.
Строение пульсара. Нейтронные звезды имеют жидкое ядро и твердую кору толщиной ок. 1 км. Поэтому по структуре пульсары больше напоминают планеты, чем звезды. Быстрое вращение приводит к некоторой сплюснутости пульсара. Излучение уносит энергию и момент импульса, что вызывает торможение вращения. Однако твердая кора не позволяет пульсару постепенно становиться сферическим. По мере замедления вращения в коре накапливаются напряжения и наконец она ломается: звезда скачкообразно становится чуть более сферической, ее экваториальный радиус уменьшается (всего на 0,01 мм), а скорость вращения (в результате сохранения момента) немного возрастает. Затем вновь следует постепенное замедление вращения и новое "звездотрясение", приводящее к скачку скорости вращения. Так, изучая изменения периодов пульсаров, удается многое узнать о физике твердой коры нейтронных звезд. В ней происходят тектонические процессы, как в коре планет, и, возможно, образуются свои микроскопические горы.
Двойные пульсары. Пульсар PSR 1913+16 стал первым, обнаруженным в двойной системе. Его орбита сильно вытянута, поэтому он очень близко подходит к своему соседу, который может быть только компактным объектом - белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой. Высокая стабильность импульсов пульсара позволяет по доплеровскому смещению частоты их прихода очень точно изучать его орбитальное движение. Поэтому двойной пульсар был использован для проверки выводов общей теории относительности, согласно которой большая ось его орбиты должна поворачиваться в год примерно на 4°; именно это и наблюдается. Известно несколько десятков двойных пульсаров. Открытый в 1988 пульсар в двойной системе совершает 622 оборота в секунду. Его сосед с массой всего 2% солнечной, вероятно, был когда-то нормальной звездой. Но пульсар заставил его "похудеть", часть массы перетянув на себя, а часть - испарив и "сдув" в космическое пространство. Скоро пульсар окончательно уничтожит соседа и останется в одиночестве. Видимо, этим можно объяснить тот факт, что подавляющее число пульсаров - одиночки, тогда как не менее половины нормальных звезд входит в двойные и более сложные системы.
Расстояние до пульсаров. Проходя от пульсара до Земли, радиоволны преодолевают межзвездную среду; взаимодействуя в ней со свободными электронами, они замедляются - чем больше длина волны, тем сильнее замедление. Измерив задержку длинноволнового импульса относительно коротковолнового (которая достигает нескольких минут) и зная плотность межзвездной среды, можно определить расстояние до пульсара. Как показывают наблюдения, в среднем в межзвездной среде приходится ок. 0,03 электрона на кубический сантиметр. Основанные на этой величине расстояния до пульсаров в среднем составляют несколько сотен св. лет. Но есть и более удаленные объекты: упомянутый выше двойной пульсар PSR 1913+16 удален на 18 000 св. лет.
ЛИТЕРАТУРА
Дайсон Ф., Тер Хаар Д. Нейтронные звезды и пульсары. М., 1973 Смит Ф. Г. Пульсары. М., 1979

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Синонимы :

Смотреть что такое "ПУЛЬСАР" в других словарях:

ПУЛЬСАР, небесное тело, которое с чрезвычайной регулярностью испускает РАДИОВОЛНЫ в виде импульсов. Впервые они были обнаружены англичанкой Джоселин Белл (р. 1943), работавшей в Меллардовской радиоастрономической обсерватории в Кембридже. Первый… … Научно-технический энциклопедический словарь

пульсар - а, м. Poulsard. Вино из Пульсара, действительно, приобрело себе вполне заслуженную славу. Кроме того пульсар прекрасный столовый виноград. 1900. Бр. Елисеевы 1 16. Пульсар Poulsard, Peloussard. Хороший винный сорт. ЭСХ 1905 9 153. Юрское вино,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Спинар, источник, звезда Словарь русских синонимов. пульсар сущ., кол во синонимов: 4 звезда (503) источник … Словарь синонимов - астрономический объект, испускающий мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения. Первыми были открыты радиопульсары, а затем эти же объекты были обнаружены в оптическом, рентгеновском и гамма диапазонах. Все они оказались… … Астрономический словарь

Пульсар, пульсары, пульсара, пульсаров, пульсару, пульсарам, пульсар, пульсары, пульсаром, пульсарами, пульсаре, пульсарах (