Гравитация Том 2 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
§ 24.3. ПУЛЬСАРЫ
Теория предсказывает, что, если звезда с массой, превышающей чандрасекаровский предел 1,2 Mq, исчерпала ядерное горючее в своем ядре и последнее сжалось до плотностей, характерных для белых карликов, неустойчивость заставит звезду катастрофически коллапсировать. При этом ядро испытывает имплозию 1) до тех пор, пока нуклон-нуклонное отталкивание не остановит ее. В результате получится нейтронная звезда, если только масса ядра не настолько велика, чтобы тяготение превысило нуклон-нуклонное отталкивание и превратило звезду в черную дыру. He вся масса звезды должна стать частью нейтронной звезды или черной дыры. Значительная часть ее, возможно даже большая часть, может быть выброшена в межзвездное пространство в результате взрыва, которым сопровождается коллапс,— взрыва, вызванного вспышкой ядерного горения, ударными волнами и переносом энергии нейтрино («динамитная шашка в центре звезды, воспламеняющаяся при коллапсе»).
Для теории тяготения более интересно коллапсировавшее ядро, чем выброшенная оболочка. Это ядро, наделенное массой, достаточно малой, чтобы избежать судьбы черной дыры, первоначально будет представлять собой горячий, беспорядочно пульсирующий, быстро вращающийся шар из ядерного вещества с сильным вмороженным магнитным полем (см. фиг. 24.3). Пульсации должны быстро затухнуть. Они сопровождаются испусканием гигантского потока гравитационного излучения, а обратная реак-
M То есть взрыв внутрь.— Прим. перев.
§ 24.3. Пульсары, 295
I
ция этого излучения вызывает затухание пульсаций за характерное время порядка 1 с [291, 292]. Кроме того, пульсации, повышая и понижая ферми-энергии внутри ядра, приводят соответственно к прямым и обратным реакциям между элементарными частицами; при этом происходит превращение энергии пульсаций в тепло приблизительно с той же скоростью, с которой она уносится гравитационным излучением. (Cm. [293], а также § 11.5 в книге [196], где можно найти подробности и литературу.)
В результате через несколько секунд все пульсации исчезают и получается быстро вращающаяся сплюснутая под действием центробежных сил нейтронная звезда с сильным (вероятно около IOia Гс) магнитным полем. Если звезда оказывается неаксиально симметричной (например, из-за действия центробежных сил или несимметричного магнитного поля), то при ее вращении создается непрерывно исходящий поток гравитационных волн, которые уносят вращательную энергию звезды. Независимо от этого процесса вращающееся магнитное поле само излучает электромагнитные волны. Они замедляют вращение и перенос энергии в окружающее взрывающееся газовое облако (туманность). (Основные соображения см. в работах [294—296].)
Каким-то образом (детально этот процесс пока не понят) вращающаяся нейтронная звезда испускает в пространство направленный пучок радиоволн и света. Всякий раз, когда луч пересекает Землю, оптические телескопы и радиотелескопы фиксируют импульс излучения. Свет испускается синхронно с радиоволнами, но световые импульсы достигают Земли раньше (~ 1 с для пульсара в Крабовидной туманности), так как радиоволны замедляются при прохождении их через межзвездную плазму. Такова кратко сущность состояния теории пульсаров на 1973 г., принятой большинством астрофизиков.
Хотя механизм направленного излучения пульсара не понят, тем не менее оно может служить средством экспериментального изучения нейтронных звезд. Все, что воздействует на скорость вращения звезды даже малейшим образом (относительные изменения до IO-9), будет обусловливать измеримые нерегулярные импульсы при хронометрировании их на Земле. Если кора и мантия звезды кристаллические, как предсказывает теория на 1973 г., то они могут быть подвержены растрескиванию, смещениям или проскальзыванию («звездотрясение»), а это приводит к изменению момента инерции и, следовательно, скорости вращения. Осколки, падающие в звезду, будут также изменять ее вращение. Какова бы ни была причина возмущения, после него звезда в течение некоторого времени может вращаться иначе; каким образом она вернется к твердотельному вращению, может зависеть от такого явления, как сверхтекучесть глубоко внутри звезды. Таким образом, данные по хронометрированию пульсаров приводят в конечном счете к информации о внутренней области и коре нейтронной звезды
и, следовательно (в комбинации с теорией), о ее массе и радиусе.
Нейтронная ввезда как пульсар
Излучение пульсара как средство для научения нейтронных авевд
I
293 24. Пульсары- и нейтрон, звезды.; квазары и сверхмассивные звезд*
ФИГ. 24.3.
«Сценарий коллапса, погони и стремительного погружения (схематическое представление, взятое
из работы Руффини и Уилера [297].
Медленно вращающаяся звезда с ядром в виде белого карлика (а), эволюционирует прямым астрофизическим путем, достигает точки гравитационной неустойчивости, коллапсирует,
превращается н результате в быстровращающуюся блинообразную нейтронную звезду (б, в).
Затем она фрагментуется (в), поскольку обладает слишком большим моментом импульса, чтобы коллапсировать в один устойчивый объект. Если бы вещество блинообразной нейтронной звезды было несжимаемой жидкостью, то фрагментация была бы тесно связана с хорошо известным и часто наблюдаемым явлением («образования капель»). Однако чем массивнее нейтронная звезда, тем она меньше, поэтому понимание фрагментации и последовательных стадий сценария с необходимостью требует поправок или улучшений. На сегодня нельзя гарантировать, что фрагментация вообще имеет место, тем не менее, далее предполагается, что она происходит.
