Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Тақ шоқжұлдызындағы пульсар
Pulsar in the constellation Taurus
Жүгіртке пульсары (PSR B0531+21 немесе Бааде жұлдызы) – салыстырмалы түрде жас нейтрон жұлдызы. Бұл жұлдыз – Жүгіртке тұмандығының орталық жұлдызы, 1054 жылы Жерде кеңінен байқалған SN 1054 суперновасының қалдығы. 1968 жылы ашылған бұл пульсар, супернова қалдықтарымен байланыстырылған алғашқы пульсар болды. Жүгіртке пульсары – оптикалық түрде анықталатын өте сирек пульсарлардың бірі. Оптикалық пульсардың диаметрі шамамен алғанда, және оның айналу периоды шамамен 33 миллисекундқа тең, яғни пульсардың "сәулелері" секундына 30 рет айналады. Жүгіртке тұмандығы рентгендік астрономияда калибрлеу көзі ретінде жиі қолданылады. Ол рентген сәулелерінде өте жарқыраған, ал ағын тығыздығы мен спектрі тұрақты, пульсардың өзінен басқа. Пулсар рентгендік детекторлардың уақытын тексеруге қолданылатын күшті, периодтық сигнал береді. Рентгендік астрономияда "краб" және "милликраб" ағын тығыздығының өлшем бірлігі ретінде қолданылады. Милликраб – 2–10 кэВ рентгендік диапазондағы шамамен 2,4 (2,4) ағын тығыздығына тең, "крабқа ұқсас" рентгендік спектр үшін, бұл фотон энергиясының қуат заңына жуық: I ~ E−1.1. Рентген сәулелерінің жарықтығы бір крабтан аспайтын көздер өте сирек. Қарлығаш пульсарынан 1,5 ТэВ-қа дейін импульстік сәулелену анықталды, ал 20 ТэВ-тағы Вела пульсарымен бірге осы энергия диапазонында сәулеленуі бар екі ғана белгілі пульсар болып табылады.
The Crab Pulsar (PSR B0531+21 or Baade's Star) is a relatively young neutron star. The star is the central star in the Crab Nebula, a remnant of the supernova SN 1054, which was widely observed on Earth in the year 1054. Discovered in 1968, the pulsar was the first to be connected with a supernova remnant. The Crab Pulsar is one of very few pulsars to be identified optically. The optical pulsar is roughly in diameter and has a rotational period of about 33 milliseconds, that is, the pulsar "beams" perform about 30 revolutions per second. The Crab Nebula is often used as a calibration source in X ray astronomy. It is very bright in X rays, and the flux density and spectrum are known to be constant, with the exception of the pulsar itself. The pulsar provides a strong periodic signal that is used to check the timing of the X ray detectors. In X ray astronomy, "crab" and "millicrab" are sometimes used as units of flux density. A millicrab corresponds to a flux density of about 2.4 (2.4) in the 2–10 keV X ray band, for a "crab like" X ray spectrum, which is roughly power law in photon energy: I ~ E−1.1. Very few X ray sources ever exceed one crab in brightness. Pulsed emission up to 1.5 TeV has been detected from the Crab pulsar and together with the Vela Pulsar at 20 TeV are the only two known pulsar with emission in this energy range
Байқаудың тарихы
1939 жылы Жүгіртке тұмандығы SN 1054 жұлдыз жарлысының қалдығы ретінде анықталды. Астрономдар тұмандықтың орталық жұлдызын іздеді. Әдебиетте «солтүстікке қарай іздейтін» және «оңтүстікке қарай іздейтін» жұлдыздар деп аталатын екі үміткер болды. 1942 жылдың қыркүйегінде Уолтер Бааде «солтүстікке қарай іздейтін» жұлдызды жоққа шығарды, бірақ «оңтүстікке қарай іздейтін» жұлдызға қатысты дәлелдердің толық еместігін анықтады. Рудольф Минковский, Бааде сияқты The Astrophysical Journal журналының сол санында, «дәлелдер оңтүстікке қарай іздейтін жұлдыздың тұмандықтың орталық жұлдызы болу мүмкіндігін көрсетеді, бірақ оны дәлелдемейді» деген спектрлік аргументтер келтірді. 1968 жылдың соңында Дэвид Х. Сталин мен Эдвард С. Рейфенштейн III Грин-Банк радиоантенасын пайдалана отырып, «Жүгіртке тұмандығының жанында» екі жылдам өзгеріп тұратын радиосигналды тапқандарын хабарлады. Оларға NP 0527 және NP 0532 деген белгілер берілді. 33 миллисекундтық кезеңді және NP 0532 Жүгіртке тұмандығының пульсарын 1968 жылдың 10 қарашасында Аресибо радиообсерваториясында Ричард В. Э. Лавлейс және оның әріптестері анықтады. Мұндай қысқа кезеңді пульсардың табылуы пульсарлардың айналатын нейтронды жұлдыздар екенін (көптеген ғалымдар болжағандай, пульсациялық ақ жұлдыздар емес) дәлелдеді. Жүгіртке пульсарын ашқаннан кейін көп ұзамай Дэвид Ричардс (Аресибо телескобын қолдана отырып) оның айналу жылдамдығы төмендеп, айналу энергиясын жоғалтатынын анықтады. Томас Голд пульсардың айналу жылдамдығының төмендеуінен туындайтын қуаты Жүгіртке тұмандығын қуаттандыруға жеткілікті екенін көрсетті. Олардың кейінгі зерттеулері, Уильям Д. Брундейдж қатысуымен, NP 0532 радиосигналының Жүгіртке тұмандығында орналасқандығын растады. 1968 жылдың соңында Л. И. Матвеенко Совет астрономиясы журналында Жүгіртке тұмандығымен сәйкес келетін радиосигналды хабарлады. Оптикалық импульстерді алғаш рет Кок, Дисней және Тейлор Аризона университетінің Стюард обсерваториясының Китт Пик телескобын пайдалана отырып тіркеді. Бұл байқау кезінде импульстерді дыбыс жазуға алды, сонымен қатар Джон Кок, Майкл Дисней және Боб МакКалистердің (түнгі көмекші) дауыстарын да жазды. Олардың ашуын Натер, Уорнер және Макфарлейн растады. 1967 жылы алғашқы пульсар PSR B1919+21-ді ашқан Джоселин Белл Бернелл 1950 жылдардың соңында бір әйелдің Чикаго университетінің телескопындағы Жүгіртке тұмандығын қарағанын, ол кезде телескоп жұртшылыққа ашық болған және тұмандықтың жарқырағанын байқағанын айтады. Ол сөйлескен астроном Эллиот Мур әйелдің білікті ұшқыш ретінде сцинтилляцияны түсінгенін және бұл басқа құбылыс екенін ескермегеніне қарамастан, оны сцинтилляция деп елестеді. Белл Бернелл Жүгіртке тұмандығының оптикалық пульсарының 30 Гц жиілігін көптеген адамдардың көруі қиын екенін атап өтті. 2007 жылы Чарльз Шислер Аляскадағы АҚШ Әуе күштерінің радар жүйесін пайдалана отырып, 1967 жылы Жүгіртке тұмандығының орналасқан жерінде радиосигналды анықтағанын хабарлады. Бұл радар жүйесі континенттер аралық баллистикалық зымырандарды анықтауға арналған ерте ескерту жүйесі ретінде құрылған. Шислер кейіннен Белл Бернеллдің алғашқы пульсарлық ашулары туралы хабарланғаннан кейін бұл сигналды Жүгіртке пульсары деп түсінді. Жүгіртке пульсары LIGO обсерваториясының бірнеше айлық деректерін пайдалана отырып, айналу жылдамдығының төмендеу шегін бұзған алғашқы пульсар болды. Көптеген пульсарлар тұрақты айналу жиілігінде айналмайды, бірақ өте баяу жылдамдықпен (Жүгіртке пульсары үшін 3,7 Гц/с) айналу жылдамдығының төмендеуі байқалады. Бұл төмендеуді әртүрлі механизмдерге байланысты айналу энергиясының жоғалуымен түсіндіруге болады. Айналу жылдамдығының төмендеу шегі – пульсардың барлық энергия жоғалтуы гравитациялық толқындарға айналса, гравитациялық толқындардың амплитудасының теориялық жоғарғы шегі. Күтілетін амплитуда мен жиілікте (күтілетін Допплер эффектісін ескергеннен кейін) гравитациялық толқындарды байқамау энергияның жоғалуына басқа механизмдердің жауапты екенін көрсетеді. Осы уақытқа дейін байқамау күтпеген жағдай емес, өйткені пульсарлардың айналу симметриясының физикалық модельдері гравитациялық толқындардың амплитудасының жоғарғы шегін айналу жылдамдығының төмендеу шегінен әлдеқайда төмен көрсетеді. Гравитациялық толқын детекторының сезімталдығын жақсарту және ұзақ уақыт деректерді пайдалану арқылы болашақта пульсарлардың шығаратын гравитациялық толқындарын байқауға үміттеніледі. Айналу жылдамдығының төмендеу шегі бұрынғыдай бұзылған жалғыз пульсар – Вела пульсары. 2019 жылы Жүгіртке тұмандығы және, демек, Жүгіртке пульсары 100 ТэВ-тан астам энергиялы гамма-сәулелерді шығаратыны анықталды, бұл оны жоғары энергиялы ғарыштық сәулелердің алғашқы анықталған көзіне айналдырды. 2023 жылы Жүгіртке пульсарының радиосигналды күшті шығарылуын пайдалана отырып, өте ұзын базалық интерферометрия (VLBI) арқылы Жүгіртке пульсарына дейінгі қашықтықты дәл өлшеуге қол жеткізілді.
The Crab Nebula was identified as the remnant of SN 1054 by 1939. Astronomers then searched for the nebula's central star. There were two candidates, referred to in the literature as the "north following" and "south preceding" stars. In September 1942, Walter Baade ruled out the "north following" star but found the evidence inconclusive for the "south preceding" star. Rudolf Minkowski, in the same issue of The Astrophysical Journal as Baade, advanced spectral arguments claiming that the "evidence admits, but does not prove, the conclusion that the south preceding star is the central star of the nebula". In late 1968, David H. Staelin and Edward C. Reifenstein III reported the discovery of two rapidly varying radio sources "near the crab nebula that could be coincident with it" using the Green Bank radio antenna. They were given the designations NP 0527 and NP 0532. The period of 33 milliseconds and location of the Crab Nebula pulsar NP 0532 was discovered by Richard V. E. Lovelace and collaborators on 10 November 1968, at the Arecibo Radio Observatory. The discovery of the pulsar with such a short period proved that pulsars are rotating neutron stars (not pulsating white dwarfs, as many scientists suggested). Soon after the discovery of the Crab Pulsar, David Richards discovered (using the Arecibo Telescope) that it spins down and, therefore, loses its rotational energy. Thomas Gold has shown that the pulsar's spin down power is sufficient to power the Crab Nebula. A subsequent study by them, including William D. Brundage, also found that the NP 0532 source is located at the Crab Nebula. A radio source was also reported coincident with the Crab Nebula in late 1968 by L. I. Matveenko in Soviet Astronomy. Optical pulsations were first reported by Cocke, Disney, and Taylor using the telescope on Kitt Peak of the Steward Observatory of the University of Arizona. This observation had a audio tape recording the pulses and this tape also recorded the voices of John Cocke, Michael Disney and Bob McCallister (the night assistant) at the time of the discovery. Their discovery was confirmed by Nather, Warner, and Macfarlane. Jocelyn Bell Burnell, who co discovered the first pulsar PSR B1919+21 in 1967, relates that in the late 1950s a woman viewed the Crab Nebula source at the University of Chicago's telescope, then open to the public, and noted that it appeared to be flashing. The astronomer she spoke to, Elliot Moore, disregarded the effect as scintillation, despite the woman's protestation that as a qualified pilot she understood scintillation and this was something else. Bell Burnell notes that the 30 Hz frequency of the Crab Nebula optical pulsar is difficult for many people to see. In 2007, it was reported that Charles Schisler detected a celestial source of radio emission in 1967 at the location of the Crab Nebula, using a United States Air Force radar system in Alaska designed as an early warning system to detect intercontinental ballistic missiles. This source was later understood by Schisler to be the Crab Pulsar, after the news of Bell Burnell's initial pulsar discoveries was reported. The Crab Pulsar was the first pulsar for which the spin down limit was broken using several months of data of the LIGO observatory. Most pulsars do not rotate at constant rotation frequency, but can be observed to slow down at a very slow rate (3.7 Hz/s in case of the Crab). This spin down can be explained as a loss of rotation energy due to various mechanisms. The spin down limit is a theoretical upper limit of the amplitude of gravitational waves that a pulsar can emit, assuming that all the losses in energy are converted to gravitational waves. No gravitational waves observed at the expected amplitude and frequency (after correcting for the expected Doppler shift) proves that other mechanisms must be responsible for the loss in energy. The non observation so far is not totally unexpected, since physical models of the rotational symmetry of pulsars puts a more realistic upper limit on the amplitude of gravitational waves several orders of magnitude below the spin down limit. It is hoped that with the improvement of the sensitivity of gravitational wave instruments and the use of longer stretches of data, gravitational waves emitted by pulsars will be observed in future. The only other pulsar for which the spin down limit was broken so far is the Vela Pulsar. In 2019 the Crab Nebula, and presumably therefore the Crab Pulsar, was observed to emit gamma rays in excess of 100 TeV, making it the first identified source of ultra high energy cosmic rays. In 2023, Very long baseline interferometry (VLBI) was used to conduct precision astrometry using the radio giant pulse emission of the Crab Pulsar, thus measuring a precise distance to the Crab Pulsar.