В то время как свечение обычных туманностей - например, планетарной туманности или туманности Ориона - обусловлена излучением атомов, свечение Крабовидной туманности имеет совершенно иное происхождение. Электроны, обладающие в результате взрыва сверхновой огромной энергией, движутся здесь со скоростью, близкой к скорости света. В магнитном поле туманности электроны движутся по круговым орбитам, излучая при этом свет. Оставался не решенным вопрос, почему эти электроны с 1054 года движутся все также быстро, почему они не замедлились, теряя свою энергию на излучение. Со временем интенсивность излучения должна ослабевать, и свечение Крабовидной туманности меркнуть. По-видимому, электроны пополняют свою энергию за счет какого-то внешнего источника. Теперь этот источник был найден. Если Томас Голд прав, то в Крабовидной туманности находится вращающаяся нейтронная звезда, которая, возможно, через свое магнитное поле передает энергию окружающему газу. Как гигантский пропеллер, вращается нейтронная звезда в туманности, обеспечивая электронам высокую скорость, а Крабовидной туманности - большую яркость. Запаса энергии вращения нейтронной звезды хватит еще на много тысячелетий.
Итак, мы нашли механизм, объясняющий регулярность посылаемых пульсарами импульсов. Однако нужно еще понять, как именно возникает радиоизлучение. Поскольку речь идет не о непрерывной волне, а об импульсе, при котором в течение большей части периода энергия равна нулю и лишь кратковременно энергия очень велика, можно предположить, что звезда посылает излучение в определенном направлении и мы регистрируем его в тот момент, когда луч вращающейся звезды-прожектора "чиркает" по Земле - точно так же, как с корабля видят луч вращающегося фонаря на маяке.
По всей видимости, нейтронная звезда обладает магнитным полем, подобно Земле, но значительно более сильным. Предположим, что магнитная ось звезды не совпадает, как и у Земли, с ее осью вращения. При вращении нейтронной звезды магнитное поле так же вращается, и поучается картина, показанная на рисунке 8 : на поверхности вращающейся нейтронной звезды, обладающей магнитным полем, где нейтроны вновь превращаются в протоны и электроны, господствуют мощные электрические силы, под действием которых заряженные частицы уносятся прочь от звезды. Частицы движутся вдоль магнитных силовых линий в пространстве. Их энергии достаточно для того, чтобы Крабовидная туманность и сегодня, через тысячу лет после своего возникновения, могла светиться. Движение заряженных частиц поперек магнитных силовых линий затруднено, поэтому они покидают нейтронную звезды, главным образом в области ее магнитных полюсов, уходя вдоль искривленных силовых линий. Это схематически показано на рисунке 9. Электроны, как самые легкие частицы покидают звезду с самой большой скоростью, близкой, по всей видимости, к скорости света. двигаясь со столь высокой скоростью по искривленной траектории, электрон излучает энергию, причем не во все стороны, а преимущественно в направлении своего движения. Таким образом, излучение звезды в целом направлено вдоль выходящих из звезды силовых линий магнитного поля. А так как магнитное поле вращается вместе со звездой, вращаются и конические пучки выходящего излучения. Удаленный наблюдатель видит их в тот момент, когда он попадает в один из этих двух конусов; для него нейтронная звезда будет вспыхивать с частотой, соответствующей скорости ее вращения. Многие астрофизики сегодня считают, что эта модель, напоминающая вращающийся прожектор морского маяка, во многом верна.
Весной 1969 года две обсерватории независимо одна от другой обнаружили, что медленное, но неуклонное нарастание периода пульсара нарушилось и интервал между двумя соседними импульсами сократился ( рисунок 9 ). Затем период вновь стал увеличиваться с прежней скоростью. Мы приняли, что пульсар является вращающейся нейтронной звездой, вращение которой постепенно замедляется из-за передачи энергии в окружающею среду. Что же могло заставить звезду ускорить свое вращение?
Изменение периода происходит скачкообразно. Физики-ядерщики, лучше знакомые с нейтронами, чем астрофизики, высказали такое предположение. На поверхности нейтронной звезды образовались прочные корки - "плиты", которые при охлаждении нейтронной звезды, оставшейся после взрыва сверхновой, отрываются одна за другой. В результате подобных сдвигов и оползней скорость вращения нейтронной звезды может увеличиваться. Объясняет ли это резкое сокращение периода, которое с тех пор наблюдалось уже неодноднократно ? Глобальные движения земной коры действительно сказываются на скорости вращения Земли и, следовательно, на продолжительности суток. Наблюдается ли нечто подобное и у пульсаров ? Не являются ли наблюдаемые скачки их периода свидетельством происходящих в них катаклизмов ?
В последнее десятилетие значительные успехи достигнуты в новой области наблюдательной астрономии - так называемой гамма-астрономии. Гамма-излучение можно рассматривать как свет с очень малой длиной волны, еще более короткой, чем у рентгеновского излучения. Гамма-излучение обладает очень высокой энергией: отдельный гамма-квант несет примерно в миллион раз больше энергии, чем квант видимого света. Однако гамма-излучение, как и рентгеновское, почти не проходит сквозь атмосферу Земли, поэтому исследование приходящих из Вселенной гамма-лучей началось лишь после того, как с помощью ракет и спутников наблюдения стали осуществляться из космоса. К наиболее впечатляющим открытиям в области гамма-астрономии относится тот факт, что многие пульсары посылают импульсы и в гамма-диапазоне. Благодаря огромной энергии гамма-квантов складывается впечатление, что именно гамма-излучение является для пульсаров основным, в то время как радиоизлучение, по которому пульсары были впервые обнаружены, оказывается скорее побочным эффектом, который можно уподобить звуку, сопровождающему разрыв снаряда. Гамма-импульсы идут в том же ритме, что и радиоимпульсы, но не совпадают с ними. Явления, связанные с гамма-излучением пульсаров, до сих пор не поняты.
С точки зрения астрономов пульсары представляют еще одну сложность. В настоящее время уже известно такое количество пульсаров, что можно предположить существование в одной только нашей Галактике около миллиона активно действующих пульсаров. С другой стороны, несколько последних десятилетий ведутся наблюдения удаленных галактик с целью установить, какое количество взрывов сверхновых происходит в среднем за столетие. Это позволяет сделать вывод о том, сколько нейтронных звезд возникло с древнейших времен в нашем Млечном Пути. Оказывается, что число пульсаров значительно превосходит то количество нейтронных звезд, которое могло образоваться в результате взрывов сверхновых. Значит ли это, что пульсары могут возникать и иным путем ? Быть может, некоторые пульсары образуются не в результате взрывов звезд, а в ходе менее эффектных, но более упорядоченных и мирных процессов?
В ноябре 1982 года астрономическая общественность была взбудоражена сообщением о том, что пять астрономов с помощью радиотелескопа в Пуэрто-Рико открыли пульсар, который побил рекорд пульсара в Крабовидной туманности. каждую секунду он посылает 642 импульса. Это означает, что нейтронная звезда вращается со скоростью 600 оборотов в секунду. Соответственно гравитация на поверхности должна быть очень велика, чтобы звезду не разорвали центробежные силы. Позднее были открыты и другие миллисекундные пульсары.
Группа астрономов, возглавляемая Э.Дж.Лайном ( Великобритания ), обнаружила вблизи центра Млечного Пути быстровращающуюся нейтронную звезду. Ее пульсирующее радиоизлучение достигает Землю 86 раз в секунду. Пульсару, находящемуся в пределах шарового скопления Терциан 5, присвоено наименование PSR 1744-24 А. По несколько раз в неделю радиосигнал из этого источника исчезает на шесть часов. Это второй, ставший известным науке двойной пульсар. Первый из них, открытый двумя годами ранее, находится
примерно в трех тысячах световых лет от нас. Его период равен около 1,6 мс. Отличительная особенность этих двух пульсаров: оба они, по-видимому, "пожирают" своих невидимых для нас спутников.
Очевидно, пульсары излучают такое количество энергии, что ее хватает на разогрев поверхности звезды-спутника. При этом образуется вихрь, способный вызывать "затмение" радиоизлучения быстровращающегося пульсара. Масса же спутника при этом уменьшается. Период колебания излучения "новичка" указывает на то, что он находится на иной ( вероятно, более ранней ) стадии своего развития, чем первый двойной пульсар. Скорее всего, спутник достаточно велик, чтобы пульсар мог временами "выхватывать" из него большое количество газов, которое за тем в виде облака начинает независимо обращаться вокруг пульсара и временами перекрывать собой его излучение. Такое газовое облако, подходя близко к пульсару, вторгается в его магнитное поле, вызывая вспышки рентгеновского излучения.
Большой интерес среди астрономов вызвало сообщение о том, что А.Вольщан и Д.Фрейл, работая на гигантском радиотелескопе обсерватории Арисибо ( Пуэрто-Рико ), в конце 1991 года обнаружили две планеты, которые обращаются вокруг пульсара PSR 1257+12. Пульсар расположен на расстоянии 1600 световых лет от нас ( в созвездии Девы ). Это нейтронная звезда, обращающаяся со скоростью 1 оборот за 6,2 мс. Постепенное изменение периода говорит о том, что пульсар входит в систему, включающую два небольших тела, вероятно, планеты. Их масса примерно втрое превышают массу Земли, а период обращения вокруг пульсара у одной из них составляет 67, а у другой - 95 суток. Сотрудники Астрономического института в Кембридже ( Великобритания ) И.Стивенс,
М.Рис и Ф.Подсядловский пришли к следующему выводу: пульсар PSR 1257+12 разрушил своего компаньона, а две планеты возникли в результате этого процесса. Ученые разработали модель, где исчезнувший компаньон - обычная звезда, сходная с нашим Солнцем, но вдвое менее массивная.Он обращался вокруг пульсара со скоростью 1 оборот в сутки. Часть массы этой звезды обрушилась на пульсар, уменьшив его период обращения всего на несколько миллисекунд. При токам быстром вращении пульсар превратился в мощный источник излучения, причем внешние слои звезды начали бурно расширяться и покидать звезду. Еще в 1988 году астрономы обсерватории Арисибо открыли пульсар ( он получил прозвище "Черная вдова" ), который также "поедает" своего компаньона. Теряя один внешний слой за другим, звезда постепенно уменьшается в массе. Силы тяготения ее ослабевают, пока, наконец, звезда не разорвется на части за какие-нибудь несколько часов. Ее вещество распределяется по орбите и образует вокруг пульсара узкое газовое кольцо. Затем это кольцо превращается в плоский тонкий газовый диск, очень сходный с тем, что окружал Солнце во время образования планет. По мнению кембриджских исследователей, диск нового пульсара должен породить свои планеты. Другие теории, объясняющие возникновение планет у пульсаров, исходят из осуществления довольно редкого события - столкновения "бродячего" пульсара со звездой, уже обладавшей планетами, или же слияние двух белых карликов, которое приводит к рождению пульсара, окруженного газовым диском. Теперь дело за радиоастрономами. Они могут проверить предположение о том, что "припульсарные" планеты - совсем не редкость во Вселенной.
За открытие пульсаров Энтони Хьюишу в 1974 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Открытие действительно было выдающемся, и лишь название оказалось не точным. Пульсары вовсе не пульсируют. Это название дали им тогда, когда еще полагали, что это звезды, которые, подобно цефеидам, периодически расширяются и сжимаются. Теперь мы знаем, что пульсары - это вращающиеся нейтронные звезды. Однако название прижилось. Но можем ли мы быть полностью уверены в том, что Томас Голд прав ? Действительно ли пульсары - это нейтронные звезды ? Тень сомнения оставалась у астрофизиков до тех пор, пока не были обнаружены рентгеновские звезды. Но это уже другая тема для реферата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Р. Киппенхан 100 миллиардов солнц Москва "Мир" 1990 г.
2. С. Данлоп Азбука звездного неба Москва "Мир" 1990 г.
3. Энциклопедический словарь юного астронома Москва "Педагогика" 1980 г.
4. Журнал "Земля и Вселенная" 1/92 ; 1/91 ; 5/92 ;