[МУЗЫКА] [МУЗЫКА] [МУЗЫКА] [МУЗЫКА] В этой части я расскажу о некоторых аспектах нейтронных звезд, в частности о вращении, об искривлении пространства-времени сильным гравполем и о пульсарных туманностях. Я расскажу только о небольшой части наблюдений нейтронных звезд, которая помогает нам получить информацию об этих звездах. Как мы говорили, нейтронные звезды очень быстро вращаются — период оборота нейтронной звезды радиусом 10 километров может составлять от миллисекунд до 10 минут. И вращение это исключительно стабильно, оно меняется в пятом или в шестом знаке, и иногда даже в меньшем, за целый год. Таким образом, часто пульсары оказываются более стабильными, чем атомные часы. На самом деле, в пульсарах — в нейтронных звездах, в пульсарах ничего не пульсирует, мы наблюдаем вращение нейтронной звезды. Так звезда устроена, что ось ее вращения может быть рассогласована с осью магнитного поля. А магнитное поле в нейтронной звезде очень сильно, напомню, оно может достигать 10¹⁴ гаусса. И вот если магнитная ось и ось вращения рассогласованы, мы можем на Земле наблюдать всплески электромагнитного излучения от этой звезды, поскольку ускоряются и излучают частицы, исходящие с полюсов, с магнитных полюсов звезды, и ускоряющиеся вдоль открытых силовых линий магнитного поля. Оказывается, вращение помогает нам понять кое-что об этих звездах, в частности о том, какова средняя плотность вещества в них. Поскольку звезда вращается очень быстро, на ее поверхности довольно сильное центробежное ускорение, и раз не происходит сноса слоев, значит, это центробежное ускорение уравновешено ускорением, гравитационным ускорением, то есть сила гравитации уравновешивает вот это вот разбегание вещества. Два-три простых уравнения позволяют связать период нейтронной звезды со средней плотностью вещества в этой звезде. Значит, при периодах порядка одной секунды, периодах импульсов, наблюдаемых на Земле, средняя плотность вещества оказывается 10⁸, больше чем 10⁸ грамм в кубическом сантиметре. При периодах порядка 0,1 секунды звезда уже обладает... плотность в ней явно должна превышать 10¹⁰ граммов в кубическом сантиметре. А миллисекундные импульсы говорят, что средняя плотность вещества во вращающемся объекте выше, чем плотность вещества в атомных ядрах. Значит, как эти периоды позволяют нам оценить плотность? Сейчас просто ради интереса я покажу, как выглядит электромагнитный сигнал от пульсара. Я покажу четыре дорожки записи, как со временем меняется электромагнитный сигнал от пульсара. И для того чтобы это можно было не только увидеть, но и услышать, астрофизики из Jodrell Bank центра перевели этот электромагнитный сигнал в звуковую волну, поэтому мы не только увидим пульс пульсара, но и сможем его услышать. Но, повторяю, это не звук пульсара, а это имитация электромагнитной волны. Вот как звучит самый яркий пульсар северного неба. Это пульсар B0329, у которого период вращения 0,7 секунды. Довольной старый пульсар — 5,5 миллионов лет. [ЗВУК] [ЗВУК] А вот пульсар, у которого видны оба магнитных полюса, и из-за этого мы видим не только пульс, главный пульс от электромагнитного излучения, но и интерпульс, его период уже короче, он обращается за время порядка 0,2 секунды. Это тоже довольно старый пульсар, ему 500 тысяч лет. [ЗВУК] А вот теперь я покажу, как звучит молодой пульсар, который надувает вокруг себя пульсарную туманность. Немного позже мы увидим, как она выглядит. Этот пульсар находится в созвездии Парусов и называется пульсар Vela поэтому, его период обращения уже 0,1 миллисекунды. И этот пульсар довольно молодой и энергичный, ему всего десять тысяч лет. [ЗВУК] И напоследок — как звучит, как звучит самый яркий миллисекундный пульсар, яркий на сегодняшний день, потому что могут быть открыты и новые, более яркие, более быстрые звезды. Это пульсар J0437. Его период обращения уже 5 миллисекунд. [ЗВУК] [ЗВУК] Это очень старый пульсар, к сожалению, у пульсаров возраст, у отдельных нейтронный звезд, оценивать очень непросто, поэтому вот возраст этого пульсара оценить... мы пока не знаем. Еще один аспект наблюдений нейтронных звезд, который нужно учитывать, когда вы работаете с этими объектами — это тот факт, что мощное гравитационное поле звезды сильно искривляет пространство-время вблизи нее. И один из эффектов искривления пространства-времени — это то, что траектория фотона в этом сильном гравитационном поле уже не является прямой в обычном понимании. На картинке изображено, как выглядит нейтронная звезда для удаленного наблюдателя. Показана траектория в плоском пространстве-времени, и показана траектория фотона в искривленном пространстве-времени. Можно видеть, что из-за искривления пространства-времени вблизи звезды мы можем видеть обратную сторону звезды, таким образом к нам может поступать излучение с другой стороны звезды. В результате для удаленного наблюдателя звезда выглядит больше, чем она есть. И этот факт люди, которые наблюдают тепловое излучение звезды и многие прочие аспекты, обязаны учитывать, когда интерпретируют наблюдения. На самом деле звезда радиусом, скажем, в 11 километров может запросто выглядеть звездой в 14 и даже в 15 километров. Чем более компактна звезда, тем сильнее она искривляет поле вокруг себя и тем больше она кажется для удаленного наблюдателя. Вот еще одна картинка, которая иллюстрирует, насколько сильно звезда может искривлять пространство-время. Слева изображена звезда такая, какая она есть в реальности, если бы мы находились близко от нее, а справа — так, как она выглядит для удаленного наблюдателя. Можно заметить, что она не только больше, но оказывается, что при вращении звезды в зону нашего наблюдения попадает и обратная — полюс, который бы не был виден, если бы пространство-время не было искривлено. Наконец, есть еще очень интересный эффект, который позволяет не только определять плотность... не плотность определять как само вращение звезды, а взвешивать нейтронные звезды. Ведь звезды удалены очень далеко, с весами к ним не подберешься, и взвешивание объектов, оценка их массы — очень нетривиальная задача. Как правило, это удается сделать только в двойных звездных системах, и удается сделать опять же благодаря эффекту общей теории относительности. Этот эффект называется — гравитационная задержка Шапиро. Это, по сути, задержка электромагнитного сигнала от нейтронной звезды в поле... ну, вообще любого электромагнитного сигнала, в поле тяготения другой звезды. Вот есть звездные системы — двойные звездные системы, — где друг вокруг друга обращаются две нейтронные звезды. Эти обе звезды являются пульсарами, и если мы видим эту систему с ребра, то есть когда обращение нейтронных звезд происходит в плоскости — та, которая повернута к нам ребром, — один из компаньонов периодически на некоторой траектории своей орбиты находится позади своего компаньона, и электромагнитный сигнал — пульсации от этой звезды — проходит вблизи этого компаньона, и, соответственно, сигнал испытывает задержку. Как правило, эта задержка очень мала, это микросекунды. Но оказывается, что вот эта вот задержка позволяет составить дополнительное, недостающее уравнение, поскольку это не в кеплеровском приближении рассчитываются вращения этих звезд, а в посткеплеровском приближении, которое позволяет с точностью до шестого знака оценить массу нейтронных звезд в двойных системах, ну а, соответственно, представить, сколько вообще могут весить нейтронные звезды. И вот эти оценки дают от 1,1 массы Солнца до 2 масс Солнца. Самая массивная нейтронная звезда, ныне померенная, это около 2 масс Солнца. Но не исключено, что могут быть открыты новые, более массивные, и это открытие было бы очень интересно с точки зрения загадки внутреннего ядра нейтронной звезды, в попытках понять, из чего же состоит сверхплотная материя в ядрах нейтронных звезд. И наконец, есть еще очень интересный аспект в наблюдениях нейтронных звезд, а именно: этот тот факт, что молодые, энергичные нейтронные звезды испускают особый звездный ветер, его называют пульсарным ветром. Это релятивистский поток замагниченной электрон-позитронной плазмы. На некотором расстоянии, сталкиваясь между звездной средой, этот поток останавливается, образуя своего рода бесстолкновительную ударную волну и надувая вокруг молодого пульсара своего рода плазменный пузырь. Исследования этих пульсарных туманностей представляют большой интерес для исследователей бесстолкновительных ударных волн, релятивистских течений сильно замагниченных плазм. На картинке верхней вы видите как раз тот пульсар Vela, звук которого вы слышали совсем недавно. На картинке чуть пониже вы видите пульсар Crab, как выглядит пульсарная туманность другого молодого пульсара. Можно видеть, что между ними ничего общего нет. Пульсар Vela обладает какими-то специфическими такими арками, или двойной тор, скажем так, вокруг него наблюдается. У пульсара Crab наблюдается только один тор. Можно видеть, что не только надувается плазменный пузырь, но и запускаются довольно релятивистские стороны истечения вдоль оси вращения пульсара. Вот, например, у пульсара Vela видно, как газит один из этих джетов, релятивистских струйных выбросов. На самом деле, пульсарные туманности могут выглядеть совершенно по-разному в разных длинах волн. Наблюдений пульсарных туманностей много, но вот только две известны с таким хорошим пространственным разрешением, о которых удается снять, что называется, мультики и movie, и посмотреть, как в реальном времени живет пульсар. На самом деле это, конечно, не реальное время — изменения, которые мы с вами наблюдаем, происходят за месяцы, но постепенные наблюдения и сшивания картинок позволяют увидеть, как за месяцы меняется структура пульсарных туманностей. И вот в этом фильме показано, как выглядят молодая пульсарная туманность Crab в оптических лучах, это снимал телескоп Hubble, и в рентгеновских лучах. Можете оценить сами, насколько подвижна эта туманность, насколько видны так называемые разбегающиеся «виспы» у этой пульсарной туманности, как у нее виляют джеты, как ходит вся эта пульсарная туманность. И ударная волна остановки, которая ограничивает вот этот вот «бублик», насколько она по-разному выглядит на разных длинах волн. [БЕЗ_ЗВУКА] [БЕЗ_ЗВУКА]
