Күшті магнит өрісі бар нейтронды жұлдыз – Магнетар
Magnetar
Магнитар – жоғары магнит өрісі бар нейтронды жұлдыз. Гамма сәулелерін, рентгенді шығарады. SGR, AXP құбылыстарын түсіндіреді. Астрофизикалық зерттеулер.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Магнетар – өте күшті магнит өрісіне ие нейтрон жұлдызының түрі (~109-1011 Т, ~1013-1015 Г). Магнит өрісінің ыдырауы жоғары энергиялы электромагниттік сәулеленудің, әсіресе рентген сәулелері мен гамма сәулелерінің шығарылуын қамтамасыз етеді. Магнетарлардың болу мүмкіндігін 1992 жылы Роберт Дункан мен Кристофер Томпсон алғаш ұсынды. Олардың ұсынысы, қазір жұмсақ гамма-репетерлер (SGR) деп аталатын гамма-сәулелердің уақытша көздерінің қасиеттерін түсіндіруге бағытталған болатын. Келесі он жыл ішінде магнетар гипотезасы кеңінен қабылданды және аномальды рентген пульсарларын (AXP) түсіндіру үшін қолданылды. 2021 жылға дейін 24 магнетар расталған.
Type of neutron star with a strong magnetic field
A magnetar is a type of neutron star with an extremely powerful magnetic field (~109 to 1011 T, ~1013 to 1015 G). The magnetic field decay powers the emission of high energy electromagnetic radiation, particularly X rays and gamma rays. The existence of magnetars was proposed in 1992 by Robert Duncan and Christopher Thompson. Their proposal sought to explain the properties of transient sources of gamma rays, now known as soft gamma repeaters (SGRs). Over the following decade, the magnetar hypothesis became widely accepted, and was extended to explain anomalous X ray pulsars (AXPs). as of 2021, 24 magnetars have been confirmed.
Сипаттама
Басқа нейтронды жұлдыздар сияқты магнетарлардың диаметрі шамамен 20 километрге жуық, ал массасы шамамен 1,4 Күн массасына тең. Олар Күн массасынан 10–25 есе көп массасы бар жұлдыздың күйреуінен пайда болады. Магнетардың ішкі тығыздығы соншалық, оның бір шай қасығының массасы 100 миллион тоннадан асады. Кәдімгі нейтронды жұлдыздар, радио пульсарлар ретінде байқалатын, секундына бірден он ретке дейін айналады. Магнетардың магнит өрісі өте күшті және ерекше рентген және гамма сәулелерінің шығарылымдарын тудырады. Магнетардың белсенді өмірі басқа аспан денелерімен салыстырғанда қысқа. Олардың күшті магнит өрістері шамамен 10 000 жылдан кейін әлсірейді, содан кейін белсенділік және күшті рентген сәулелерінің шығарылымы тоқтатылады. Бүгінгі таңда байқалатын магнетарлардың санын ескере отырып, бір бағалау бойынша, Самағайы жолындағы белсенді емес магнетарлардың саны 30 миллион немесе одан да көп. Олар Жерді қоршап тұрған магнит өрісінен триллион есе күшті. Жердің геомагниттік өрісі 30–60 микротесланы құрайды, ал неодим негізді сирек кездесетін жер магнитінің өрісі шамамен 1,25 теслаға жетеді, оның магниттік энергия тығыздығы 4,0 × 105 Дж/м3. Магнетардың 1010 теслалық магнит өрісінің энергия тығыздығы керісінше 4,0-қа тең, ал E/c2 массалық тығыздығы қорғасыннан 10 000 есе асып түседі. Магнетардың магнит өрісі 1000 км қашықтықта да қауіпті болады, өйткені күшті магнит өрісі нысананың құрамына кіретін атомдардың электрондық бұлттарын бұрмалап, белгілі тіршілік формаларының химиясын мүмкін емес етеді. Жер мен Айдың арасындағы орташа қашықтық – Жерден Айға дейінгі арақашықтықтың жартысы, магнетар Жердегі барлық кредит карталарының магниттік жолақтарынан ақпаратты жойып жіберуі мүмкін. 2020 жылғы мәліметтер бойынша, олар ғаламдағы ең күшті магниттік нысандар болып табылады. 2003 жылғы ақпан айындағы «Ғылыми американдық» журналының мұқабалық мақаласында айтылғандай, магнетардың магнит өрісінің күшіне ие болғанда, керемет нәрселер болады. «Рентген фотондары оңай екіге бөлінеді немесе бірігеді. Вакуумның өзі поляризацияланып, кальцит кристалдары сияқты күшті қос сындырушы болады. Атомдар электронның кванттық релятивистік де Бройль толқын ұзындығынан жұқарақ, ұзын цилиндрлерге деформацияланады».
Like other neutron stars, magnetars are around in diameter, and have a mass of about 1.4 solar masses. They are formed by the collapse of a star with a mass 10–25 times that of the Sun. The density of the interior of a magnetar is such that a tablespoon of its substance would have a mass of over 100 million tons. whereas typical neutron stars, observed as radio pulsars, rotate one to ten times per second. A magnetar's magnetic field gives rise to very strong and characteristic bursts of X rays and gamma rays. The active life of a magnetar is short compared to other celestial bodies. Their strong magnetic fields decay after about 10,000 years, after which activity and strong X ray emission cease. Given the number of magnetars observable today, one estimate puts the number of inactive magnetars in the Milky Way at 30 million or more. and about a trillion times more powerful than the field surrounding Earth. Earth has a geomagnetic field of 30–60 microteslas, and a neodymium based, rare earth magnet has a field of about 1.25 tesla, with a magnetic energy density of 4.0 × 105 J/m3. A magnetar's 1010 tesla field, by contrast, has an energy density of 4.0, with an E/c2 mass density more than 10,000 times that of lead. The magnetic field of a magnetar would be lethal even at a distance of 1,000 km due to the strong magnetic field distorting the electron clouds of the subject's constituent atoms, rendering the chemistry of known lifeforms impossible. At a distance of halfway from Earth to the moon, an average distance between the Earth and the Moon being , a magnetar could wipe information from the magnetic stripes of all credit cards on Earth. as of 2020, they are the most powerful magnetic objects detected throughout the universe. As described in the February 2003 Scientific American cover story, remarkable things happen within a magnetic field of magnetar strength. "X ray photons readily split in two or merge. The vacuum itself is polarized, becoming strongly birefringent, like a calcite crystal. Atoms are deformed into long cylinders thinner than the quantum relativistic de Broglie wavelength of an electron."
Магниттік өрістердің пайда болуы
Магнетарлардың күшті өрістерінің басым моделі – нейтрон жұлдызы тепе-теңдік күйіне орналасу алдындағы турбулентті, өте тығыз, тоқ өткізгіш сұйықтықтағы магнитогидродинамикалық динамо процесінің нәтижесі болып табылады. Бұл өрістер нейтрон жұлдызының ішіндегі белгілі бір тереңдікте (массасы бойынша нейтрондар басым болатын) материяның протондық суперөткізгіш фазасындағы тұрақты тоқтардың арқасында сақталады. Нейтрон жұлдыздарының жұптары қосылған кезде одан да күшті уақытша өрістерді осыған ұқсас магнитогидродинамикалық динамо процесі тудырады. Басқа бір модель бойынша, бұл өрістер ерекше күшті магнит өрісіне ие жұлдыздардың күйреуінен пайда болады.
The dominant model of the strong fields of magnetars is that it results from a magnetohydrodynamic dynamo process in the turbulent, extremely dense conducting fluid that exists before the neutron star settles into its equilibrium configuration. These fields then persist due to persistent currents in a proton superconductor phase of matter that exists at an intermediate depth within the neutron star (where neutrons predominate by mass). A similar magnetohydrodynamic dynamo process produces even more intense transient fields during coalescence of pairs of neutron stars. An alternative model is that they simply result from the collapse of stars with unusually strong magnetic fields.
Құрылу
Суперновада жұлдыз нейтрон жұлдызына құлайды, ал магнит ағынын сақтау арқасында оның магнит өрісі күшін күрт арттырады. Сызықтық өлшемді екі есеге қысқарту магнит өрісінің күшін төрт есеге арттырады. Дункан мен Томпсон жаңадан пайда болған нейтрон жұлдызының айналуы, температурасы және магнит өрісі белгілі бір диапазонға келгенде, динамо механизмі жұмыс істей алады, жылу және айналу энергиясын магнит энергиясына айналдырып, қалыптан тыс күшті, әдетте 10⁸ тесла болатын магнит өрісін 10¹¹ тесладан (немесе 10¹⁵ гаусс) асырады деп есептеді. Соның нәтижесінде магнетар пайда болады. Болжам бойынша, он супернова жарылысының біреуі стандартты нейтрон жұлдызы немесе пульсар емес, магнетарға айналады.
In a supernova, a star collapses to a neutron star, and its magnetic field increases dramatically in strength through conservation of magnetic flux. Halving a linear dimension increases the magnetic field strength fourfold. Duncan and Thompson calculated that when the spin, temperature and magnetic field of a newly formed neutron star falls into the right ranges, a dynamo mechanism could act, converting heat and rotational energy into magnetic energy and increasing the magnetic field, normally an already enormous 108 teslas, to more than 1011 teslas (or 1015 gauss). The result is a magnetar. It is estimated that about one in ten supernova explosions results in a magnetar rather than a more standard neutron star or pulsar.
1979 жылғы ашылуы
1979 жылы 5 наурызда, Ландерлердің Венера атмосферасына сәтті түсірілгеннен кейін бірнеше ай өткен соң, гелиоцентрлік орбитада болған екі ұшқышсыз совет ғарыш зондтары – Венера 11 және 12, шамамен 10:51 EST уақытында гамма-сәулеленудің күшті шарпуына тап болды. Бұл кездесу екі зондтың радиациялық көрсеткіштерін қалыпты жағдайдағы секундына 100 есептен секундына 200 000-ға жуық есепке дейін, миллисекундтың бір бөлігінде өзгертті. Сәулелену көзінің бағыты шамамен б.з.д. 3000 жылы суперноваға айналған жұлдыздың қалдықтарымен сәйкес келді. 2008 жылдың 21 ақпанында NASA және Макгилл университетінің зерттеушілері, радиопульсар сияқты қасиеттері бар, магниттік энергиямен қоздырылатын жарылыстар шығаратын нейтрон жұлдызын тапқандарын хабарлады. Бұл магнетарлардың пульсарлардың сирек кездесетін түрі ғана емес, сонымен қатар кейбір пульсарлардың өміріндегі (кері қайтаруға болатын) кезең болуы мүмкін екенін көрсетеді. 2008 жылдың 24 қыркүйегінде ESO өздерінің өте үлкен телескопын пайдалана отырып, табылған алғашқы оптикалық белсенді магнетар үміткері екенін мәлімдеді. Жаңадан табылған нысан SWIFT J195509+261406 деп аталды. 2014 жылдың 1 қыркүйегінде ESA, Kesteven 79 супернова қалдығына жақын орналасқан магнетар туралы жаңалық жариялады. Еуропа мен Қытай астрономдары 2013 жылы 2008 және 2009 жылдары түсірілген суреттерді қарап, осы магнетарды 3XMM J185246.6+003317 деп атады. 2013 жылы Сарыарқа А* жүйесіндегі қара тесіктің айналысында PSR J1745−2900 магнетары табылды. Бұл нысан Галактика ортасына қарай иондалған жұлдызаралық ортаны зерттеу үшін құнды құрал болып табылады. 2018 жылы екі нейтрон жұлдызының қосылуының уақытша нәтижесі гипермассивті магнетар екені анықталды, ол кейіннен қара тесікке құлдырады. 2020 жылдың сәуір айында жылдам радио импульстары (FRB) мен магнетарлар арасындағы мүмкін байланыс, Сүт Жолы галактикасында орналасқан SGR 1935+2154 магнетарының байқауларына негізделіп ұсынылды.
On March 5, 1979, a few months after the successful dropping of Landers into the atmosphere of Venus, the two uncrewed Soviet spaceprobes Venera 11 and 12, then in heliocentric orbit, were hit by a blast of gamma radiation at approximately 10:51 EST. This contact raised the radiation readings on both the probes from a normal 100 counts per second to over 200,000 counts a second in only a fraction of a millisecond. The direction of the source corresponded with the remnants of a star that had gone supernova around 3000 BCE.]] On February 21, 2008, it was announced that NASA and researchers at McGill University had discovered a neutron star with the properties of a radio pulsar which emitted some magnetically powered bursts, like a magnetar. This suggests that magnetars are not merely a rare type of pulsar but may be a (possibly reversible) phase in the lives of some pulsars. On September 24, 2008, ESO announced what it ascertained was the first optically active magnetar candidate yet discovered, using ESO's Very Large Telescope. The newly discovered object was designated SWIFT J195509+261406. On September 1, 2014, ESA released news of a magnetar close to supernova remnant Kesteven 79. Astronomers from Europe and China discovered this magnetar, named 3XMM J185246.6+003317, in 2013 by looking at images that had been taken in 2008 and 2009. In 2013, a magnetar PSR J1745−2900 was discovered, which orbits the black hole in the Sagittarius A* system. This object provides a valuable tool for studying the ionized interstellar medium toward the Galactic Center. In 2018, the temporary result of the merger of two neutron stars was determined to be a hypermassive magnetar, which shortly collapsed into a black hole. In April 2020, a possible link between fast radio bursts (FRBs) and magnetars was suggested, based on observations of SGR 1935+2154, a likely magnetar located in the Milky Way galaxy.
Жарық суперновалар
Көбінесе өте жарқын суперновалардың себебі, өте үлкен жұлдыздардың жұп тұрақсыздық суперновасы (немесе пульсациялық жұп тұрақсыздық суперновасы) ретінде өлімі болуы мүмкін деп саналады. Алайда, астрономдардың жақындағы зерттеулері, SN 2005ap және SN 2008es сияқты ең жарқын суперновалардың кейбіреуіне, жаңадан пайда болған магнетарлардан қоршаған супернова қалдықтарына бөлінетін энергия жауапты болуы мүмкін деген гипотезаны ұсынады.
Unusually bright supernovae are thought to result from the death of very large stars as pair instability supernovae (or pulsational pair instability supernovae). However, recent research by astronomers has postulated that energy released from newly formed magnetars into the surrounding supernova remnants may be responsible for some of the brightest supernovae, such as SN 2005ap and SN 2008es.