Курсовая: Пульсары - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Пульсары

Банк рефератов / Астрономия, авиация, космонавтика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 1056 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

22 Введение На протяжении веков единстве нным источником сведений о звездах и Вселенной был для астрономов видимый свет . Наблюдая невооруженным глазом или с помощью телескопов , они использовали только очень небольшой интервал волн из всего многообразия электромагнитного излучения , испускаемого н е бесными телами . Астрономия преобразилась с середины нашего века , когда прогресс физики и техники предоставил ей новые приборы и инструменты , позволяющие вести наблюдения в самом широком диапазоне волн – от метровых радиоволн до гамма-лучей , где длины вол н составляют миллиардные доли миллиметра . Это вызвало нарастающий поток астрономических данных . Фактически все крупнейшие открытия последних лет – результат современного развития новейших областей астрономии , которая стала сейчас всеволновой . Еще с начала 30-х годов , как только возникли теоретические представления о нейтронных звездах , ожидалось , что они должны проявить себя как космические источники рентгеновского излучения . Эти ожидания оправдались через 40 лет , когда были обнаружены барстеры и удалось д о казать , что их излучение рождается на поверхности горячих нейтронных звезд . Но первыми открытыми нейтронными звездами оказались все же не барстеры , а пульсары , проявившие себя - совершенно неожиданно - как источники коротких импульсов радиоизлучения , след у ющих друг за другом с поразительно строгой периодичностью. Пульсары Открытие Летом 1967 г . в Кембриджском университете (Англия ) вошел в строй новый радиотелескоп , специально построенный Э . Хьюишем и его сотрудниками для одной наблюдательной задачи - изучения мерцаний космических радиоисточников . Это явление подобно известному всем мерцанию звезд возникает из-за случайных неоднородностей плотности в среде , сквозь которую проходят электромагнитные волны по пути к нам от источника . Новый радио т елескоп позволял производить наблюдения больших участков неба , а аппаратура для обработки сигналов была способна регистрировать уровень радио-потока через каждые несколько десятых долей секунды . Эти две особенности их инструмента и позволили кембриджским радиоастрономам открыть нечто совершенно новое - пульсары. Первые отчетливо различимые серии периодических импульсов были замечены 28 ноября 1967 г . аспиранткой кембриджской группы Дж . Белл . Импульсы следовали один за другим с четко выдерживаемым периодо м в 1,34 с . Это было совершенно непохоже на обычную хаотическую картину случайных нерегулярных мерцаний . Принимаемые сигналы напоминали скорее помеху земного происхождения . Например , системы зажигания в проезжающих мимо автомобилях . Но это и другие просты е объяснения вскоре пришлось оставить . Были исключены и сигналы самолетов или космических аппаратов . Затем , когда появились основания полагать , что импульсы имеют космическое происхождение , возникло предположение о внеземной цивилизации , посылающей на Земл ю свои сигналы . Предпринимались серьезные попытки распознать какой-либо код в принимаемых импульсах . Это оказалось невозможным , хотя , как рассказывают , к делу были привлечены самые квалифицированные специалисты . К тому же вскоре обнаружили еще три подобны х пульсирующих радиоисточника . Становилось очевидным , что источники излучения являются естественными небесными телами. Первая публикация кембриджской группы появилась в феврале 1968 г ., и уже в ней в качестве вероятных кандидатов на роль источников пульсиру ющего излучения упоминаются нейтронные звезды . Периодичность радиосигнала связывается с быстрым вращением нейтронной звезды . Источник вращается как фонарь маяка , и это создает прерывистость видимого излучения , приходящего к нам отдельными импульсами . Откр ы тие пульсаров отмечено Нобелевской премией по физике в 1978 г. Интерпретация : нейтронные звезды В астрономии известно немало звезд , блеск которых непрерывно меняется , то возрастая , то падая . Имеются звезды , их называют цефеидами (по первой из них , обнаруже нной в созвездии Цефея ), со строго периодическими вариациями блеска . Усиление и ослабление яркости происходит у разных звезд этого класса с периодами от нескольких дней до года . Но до пульсаров никогда еще не встречались звезды со столь коротким периодом, как у первого «кембриджского» пульсара. Вслед за ним в очень короткое время было открыто несколько десятков пульсаров , и периоды некоторых из них были еще короче . Так , период пульсара , обнаруженного в 1968 г . в центре Крабовидной туманности , составлял 0,03 3 с . Сейчас известно около четырех сотен пульсаров . Подавляющее их большинство— до 90% — имеет периоды в пределах от 0.3 до 3 с , так что типичным периодом пульсаров можно считать период в 1 с . Но особенно интересны пульсары-рекордсмены , период которых меньш е типичного . Рекорд пульсара Крабовидной туманности продержался почти полтора десятилетия . В конце 1982 г . в созвездии Лисички был обнаружен пульсар с периодом 0,00155 с , т . е . 1,55 мс . Вращение с таким поразительно коротким периодом означает 642 об /с . Оче нь короткие периоды пульсаров послужили первым и самым веским аргументом в пользу интерпретации этих объектов как вращающихся нейтронных звезд . Звезда со столь быстрым вращением должна быть исключительно плотной . Действительно , само ее существование возмо ж но лишь при условии , что центробежные силы , связанные с вращением , меньше сил тяготения , связывающих вещество звезды . Центробежные силы не могут разорвать звезду , если центробежное ускорение на экваторе меньше ускорения силы тяжести Здесь M , R — масса и радиус звезды , Q — угловая частота ее враще ния , G — гравитационная постоянная . Из неравенства для ускорений следует неравенство для средней плотности звезды Столь компактными , сжатыми до такой высокой степени могут быть лишь нейтронные звезды : их плотность действительно близка к ядерной . Этот вывод подтверждается всей пятнадцатилетней историей изучения пульсаров. Рентгеновские пульсары Рентгеновские пульсары — это т есные двойные системы , в которых одна из звезд является нейтронной , а другая — яркой звездой-гигантом . Известно около двух десятков этих объектов . Первые два рентгеновских пульсара — в созвездии Геркулеса и в созвездий Центавра — открыты в 1972 г . с помо щ ью американского исследовательского спутница «Ухуру» . Пульсар в Геркулесе посылает импульсы с периодом 1,24 с . Это период вращения нейтронной звезды . В системе имеется еще один период — нейтронная звезда и ее компаньон совершают обращение вокруг их общего центра тяжести с периодом 1,7 дня . Орбитальный период был определен в этом случае благодаря тому (случайному ) обстоятельству , что «обычная» звезда при своем орбитальном движении регулярно оказывается на луче зрения , соединяющем нас и нейтронную звезду , и п отому она заслоняет на время рентгеновский источник . Это возможно , очевидно , тогда , когда плоскость звездных орбит составляет лишь небольшой угол с лучом зрения . Рентгеновское излучение прекращается приблизительно на 6 часов , потом снова появляется , и так каждые 1,7 дня. Длительные наблюдения позволили установить еще один - третий - период рентгеновского пульсара в Геркулесе : этот период составляет 35 дней , из которых II дней источник светит , а 24 дня нет . Причина этого явления остается пока неизвестной . Пульсар в созвездии Центавра имеет период пульсаций 4,8 с . Период орбитального движения составляет 2,087 дня— он тоже найден по рентгеновским затмениям . Долгопериодических изменений , подобных 35-дневному периоду пульсара в созвездии Геркулеса у этого п ульсара не находят . Компаньоном нейтронной звезды в двойной системе этого пульсара является яркая видимая звезда-гигант с массой 10-20 Солнц . В большинстве случаев компаньоном нейтронной звезды в рентгеновских пульсарах является яркая голубая звезда-ги г ант . Этим они отличаются от барстеров , которые содержат слабые звезды-карлики . Но как и в барстерах , в этих системах возможно перетекание вещества от обычной звезды к нейтронной звезде , и их излучение тоже возникает благодаря нагреву поверхности нейтр о нной звезды потоком аккрецируемого вещества . Это тот же физический механизм излучения , что и в случае фонового (не вспышечного ) излучения барстера . У некоторых из рентгеновских пульсаров вещество перетекает к нейтронной звезде в виде струи (как в барсте рах ). В большинстве же случаев звезда-гигант теряет вещество в виде звездного ветра - исходящего от ее поверхности во все стороны потока плазмы , ионизированного газа . Часть плазмы звездного ветра попадает в окрестности нейтронной звезды , в зону преобл а дания ее тяготения , где и захватывается ею . Однако при приближении к поверхности нейтронной звезды заряженные частицы плазмы начинают испытывать воздействие еще одного силового поля магнитного поля нейтронной звезды-пульсара . Магнитное поле способно п ерестроить аккреционный поток , сделать его несферически-симметричным , а направленным . Как мы сейчас увидим , из-за этого и возникает эффект пульсаций излучения , эффект маяка . По своей структуре , т . е . по геометрии силовых линий , магнитное поле пульсара пох оже , как можно ожидать , на магнитное поле Земли или Солнца : у него имеются два полюса , из которых в разные стороны расходятся силовые линии . Такое поле называют дипольным. Вещество , аккрецируемое нейтронной звездой , - это звездный ветер , оно ионизовано , и поэтому взаимодействует при своем движении с ее магнитным полем . Известно , что движение заряженных частиц поперек силовых линий поля затруднено , а движение вдоль силовых линий происходит беспрепятственно . По этой причине аккрецируемое вещество движется вб л изи нейтронной звезды практически по силовым линиям ее магнитного поля . Магнитное поле нейтронной звезды как бы создает воронки у ее магнитных полюсов , и в них направляется аккреционный поток . На такую возможность указали еще в 1970 г . советские астрофизи к и Г . С . Бисноватый-Коганта . А . М . Фридман . Благодаря этому нагрев поверхности нейтронной звезды оказывается неравномерным : у полюсов температура значительно выше , чем на всей остальной поверхности . Горячие пятна у полюсов имеют , согласно расчетам , площадь около одного квадратного километра ; они и создают главным образом излучение звезды - ведь светимость очень чувствительна к температуре — она пропорциональна температуре в четвертой степени. Как и у Земли , магнитная ось нейтронной звезды наклонена к ее оси вращения . Из-за этого возникает эффект маяка : яркое пятно то видно , то не видно наблюдателю . Излучение быстро вращающейся нейтронной звезды представляется наблюдателю прерывистым , пульсирующим . Этот эффект был предсказан теоретически советским астрофизико м В . Ф . Шварцманом за несколько лет до открытия рентгеновских пульсаров . На самом деле излучение горячего пятна происходит , конечно , непрерывно , но оно не равномерно по направлениям , не изотропно , и рентгеновские лучи от него не направлены все время на нас, их пучок вращается в пространстве вокруг оси вращения нейтронной звезды , пробегая по Земле один раз за период. От рентгеновских пульсаров никогда не наблюдали вспышек , подобных вспышкам барстеров . С другой стороны , от барстеров никогда не наблюдали регуля рных пульсаций . Почему же барстеры не пульсируют , а пульсары не вспыхивают ? Все дело , вероятно , в том , что магнитное поле нейтронных звезд в барстерах заметно слабее , чем в пульсарах , и потому оно не влияет сколько-нибудь заметно на динамику аккреции , доп у ская более или менее равномерный прогрев всей поверхности нейтронной звезды . Ее вращение , которое может быть столь же быстрым , как и у пульсаров , не сказывается на рентгеновском потоке так как этот поток изотропен . С другой стороны , предполагают , что поле магнитной индукцией способно как то - хотя , правда , и не вполне ясно пока , как именно , - подавлять термоядерные взрывы в приполярных зонах нейтронных звезд . Различие в магнитном поле связано , вероятно , с различием возраста барстеров и пульсаров . О возрасте двойной системы можно судить по обычной звезде-компаньону . Нейтронные звезды в рентгеновских пульсарах имеют компаньонами яркие звезды-гиганты ; в барстерах же компаньонами нейтронных звезд являются слабые по блеску звезды малых масс . Возраст ярких гиган т ов не превышает нескольких десятков миллионов лет , тогда как возраст слабых звезд-карликов может насчитывать миллиарды лет : первые гораздо быстрее расходуют свое ядерное топливо , чем вторые . Отсюда следует , что барстеры - это старые системы , в которых маг н итное поле успело со временем в какой-то степени ослабнуть , а пульсары - это относительно молодые системы и потому магнитные поля в них . сильнее . Может быть , барстеры когда-то в прошлом пульсировали , а , пульсарам еще предстоит вспыхивать в будущем . Известно , что самые молодые и яркие звезды Галактики находятся в ее диске , вблизи галактической плоскости . Естественно поэтому ожидать , что и рентгеновские пульсары с их яркими звездами-гигантами располагаются преимущественно у галактической плоскост и . Их общее распределение по небесной сфере должно отличаться от распределения барстеров , старых объектов , которые - как и все старые звезды Галактики - концентрируются не к ее плоскости , а к галактическому центру . Наблюдения подтверждают эти соображения : рентгеновские пульсары действительно находятся в диске Галактики , в сравнительно узком слое по обе стороны галактической плоскости . Такое же распределение на небе обнаруживают и пульсары , излучающие радиоимпульсы , - радиопульсары. Радиопульсары Распределен ие радиопульсаров на небесной сфере позволяет заключить прежде всего , что эти источники принадлежат нашей Галактике : они очевидным образом концентрируются к ее плоскости служащей , экватором галактической координатной сетки . Объекты , которые никак не связ а ны о галактикой , никогда не показали бы никакой , преимущественной ориентации такого рода . Распределение по направлениям говорит в этом случае о реальном пространственном расположении источников : такая картина может возникнуть лишь тогда , когда источники н а ходятся в диске Галактики . Некоторые из них лежат заметно выше или ниже экватора ; но они тоже расположены в диске , около плоскости Галактики , только ближе к нам , чем большинство остальных пульсаров . Ведь вместе с Солнцем мы находимся почти точно в галакти ч еской плоскости , и потому направление от нас на близкие объекты внутри хотя бы и узкого слоя может быть , вообще говоря , любым . Близких пульсаров сравнительно мало и они не затемняют общую картину . Если радиопульсары располагаются вблизи галактической пло с кости , среди самых молодых звезд Галактики , то разумно полагать , что и сами они являются молодыми . Об одном из них , пульсаре Крабовидной туманности , определенно известно , что он существует всего около тысячи лет - это остаток вспышки сверхновой 1054 года ; его возраст значительно меньше времени жизни ярких звезд-гигантов , - 10 миллионов лет , не говоря уже о звездах-карликах , средний возраст которых еще в 1000 раз больше . Строгая периодичность следования импульсов , расположение в плоскости Галактики и молод о сть - все это сближает радиопульсары с рентгеновскими пульсарами . Но во многих других отношениях они резко отличаются друг от друга . Дело не только в том , что одни испускают радиоволны , а другие рентгеновские лучи . Важнее всего то , что радиопульсары - эт о одиночные , а не двойные звезды . Известно всего три радиопульсара , имеющих звезду-компаньона . У всех остальных , а их более трехсот пятидесяти , никаких признаков двойственности не замечается . Отсюда немедленно следует , что физика радиопульсаров должна быть совсем иной , чем у барстеров или рентгеновских пульсаров . Принципиально иным должен быть источник их энергии — это во всяком случае не аккреция . Другой важнейший факт : спектр излучения радиопульсаров очень далек от какого-либо подобия универсальному черно т ельному спектру , который характерен для излучения нагретых тел . Это означает , что излучение радиопульсаров никак не связано с нагревом нейтронной звезды , с температурой , с тепловыми процессами на ее поверхности . Излучение электромагнитных волн , не связанн о е с нагревом тела , называют нетепловым . Такое излучение не редкость в астрофизике , физике и технике . Вот простой пример . Антенна радиостанции или телецентра - это проводник определенного размера и формы . В нем имеются свободные электроны , которые под дейс т вием специального генератора совершают согласованные движения вдоль проводника туда и обратно с заданной частотой . Так как электроны колеблются «в унисон» , то и излучают они согласованно : все излучаемые в пространство электромагнитные волны имеют одинако в ую частоту - частоту колебаний электронов . Так что спектр излучения антенны содержит только одну частоту или длину волны . Сведения о спектре излучения радиопульсаров удалось получить прежде всего благодаря наблюдениям самого яркого из них - пульсара Краб о видной туманности . Замечательно , что его излучение регистрируется во всех диапазонах электромагнитных волн - от радиоволн до гамма-лучей . Больше всего энергии он испускает именно в области гамма-лучей (так что пульсар вполне заслуживает названия гамма-пул ь сара ); принимаемый гамма-поток в рентгеновской области в 5 — 10 раз меньше . В области видимого света он еще в десять раз м еньше . Слабее всего поток в радиодиапазоне : Можно проверить , что ни при какой температуре излучение нагретого тела не може т обладать таким распределением энергии по областям спектра. Кроме пульсара Крабовидной туманности , «миллисекундного» пульсара в созвездии Лисички и еще одного пульсара в созвездии Парусов , все остальные радиопульсары регистрируются лишь благодаря излучени ю в радиодиапазоне . Не исключено , что они излучают и в других областях спектра - в видимом свете , в рентгеновских и гамма-лучах , подобно пульсару Крабовидной .туманности (хотя , вероятно , и не так интенсивно , как он ); но они находятся дальше от нас , а чувс т вительность существующих радиотелескопов выше чувствительности оптических , рентгеновских и гамма-телескопов. Интересно , что уже и одних только данных о светимости пульсаров в радиодиапазоне — без каких-либо сведений об излучении на более коротких длинах во лн достаточно , чтобы убедиться в нетепловом , нечернотельном характере их излучения . Расстояние до Крабовидной туманности известно : , поэтому с помощью данных о потоке излучения можно найти светимость пульсара . Полная Светимость во всех диапазонах получается умножением полного потока на площадь , сферы радиуса d : (В качестве потока f взят фактически поток в гамма-диапазоне .) Светимость этого пульсара приблизительно в тысячу раз больше светимости Солнца на всех длинах волн . Здесь , однако нужно сдел ать одно замечание . Наша оценка была бы вполне справедлива , если бы пульсар излучал одинаково во всех направлениях . На самом деле его излучение не изотропно , оно обладает определенной направленностью . Мы не знаем , как выглядит луч этого «маяка» : какова ег о ширина и как ось вращения пульсара ориентирована относительно Земли . Поэтому учесть направленность излучения точно не удается ; Действительная светимость может быть , вообще говоря , и больше , и меньше ; чем Неопределенность все же не катастрофически велика ; так что значение светимости находится , вероятно , между Источник энергии Периодичность импульсов радиопульсара выдерживается с удивительной точностью . Это самые точные часы в природе . И все же для многих .пульсаров удалось заре гистрировать и регулярные изменения их периодов . Конечно , это исключительно малые изменения и происходят они крайне медленно , так что регулярность следования импульсов нарушается лишь очень слабо . Характерное время изменения периода составляет для больши н ства пульсаров приблизительно миллион лет ; это означает , что только за миллион лет можно ожидать заметного - скажем , вдвое - изменения периода. Во всех известных случаях радиопульсары увеличивают , а не уменьшают свой период . Иными словами , их вращение заме дляется со временем . Что-то тормозит вращение нейтронной звезды , на что-то тратится ее энергия вращения . Так не служит ли вращение источником , питающим излучение пульсара ? Чтобы это проверить , нужно сделать прежде всего энергетическую оценку . Если пульсар действительно излучает за счет вращения , то кинетическая энергия вращения должна обеспечивать наблюдаемую мощность излучения , его светимость . Ориентировочную оценку кинетической энергии вращения звезды можно получить по простой формуле где М — масса звезды , V — характерная скорость вращения , в качестве которой можно взять линейную скорость вращения на экваторе звезды . При ти пичном периоде Р ==1 с и радиусе нейтронной звезды 10000 м находим : Таков запас энергии вращения . Оценим теперь темп ее использования . Если период пульсара увеличивается вдвое за время t , то за то же время кинетическая энергия вращения нейтронной звезды уменьшаетс я в 4 раза Значит , за время t теряется ѕ начального запаса энергии вращения . Средняя потеря энергии в единицу времени :( 1.5) Мы приняли здесь в качестве t характерное время , равное одному миллиону лет , и воспользовались предыдущей оценкой эн ергии вращения Е . Величина W - средняя мощность , связанная с расходованием энергии вращения , что для типичного пульсара на несколько порядков выше его радиосветимости Для пульсара Крабовидной туманности , период которого составляет одну тридцатую секунды , оценку нужно сделать отдельно . У него и характерное время увеличения периода не миллион лет ; как показывают на блюдения , оно сравнимо с его возрастом , т . е . близко к тысяче лет . В этом случае мощность Ж окажется в миллион раз больше , чем по соотношению (1.5); она превышает на несколько порядков полную светимость этого пульсара во всех диапазонах волн. Можно , таким образом , сказать , что предположение о вращении как источнике энергии пульсара выдерживает первую проверку : кинетическая энергия вращения нейтронной звезды достаточно велика и она способна служить резервуаром , из которого излучение черпает свою энергию . Пр и этом на излучение тратится только небольшая доля общего расхода энергии. Магнитосфера Возможность и даже необходимость существования такого облака доказали американские астрофизики-теоретики П . Голдрайх и В . Джулиан . Они изучили электромагнитные явления , происходящие не на световом цилиндре , где рождается магнитно-дипольное излучение , а вблизи самой поверхности нейтронной звезды . Здесь намагниченная нейтронная звезда способна «работать» подобно динамомашине : ее вращение вызывает появление сильных электрич е ских полей , а с ними и токов , т . е . направленных движений заряженных частиц . Отношение электрической силы к силе тяжести , испытываемой электроном , очень велико : Такая же оценка для протона показывает , что действующая на него электрическая сила в миллиард раз больше силы притяжения к нейтронной звезде . Это означает , что силы тяготения совершенно несущественны для заряженных ч астиц по сравнению с электрическими силами у самой поверхности нейтронной звезды . Электрические силы здесь необычайно велики и они способны беспрепятственно управлять движением электронов и протонов : они могут отрывать их от поверхности нейтронной звезды, ускорять их , сообщая частицам огромные энергии . Электрическая сила , действующая в поле на частицу о зарядом , совершает на пути частицы работу . Значит проходя в электрическом поле расстояние , сравнимое с радиусом нейтронной звезды (например , от экватора д о одного из полюсов ), частица приобретает энергию Это действительно огромная энергия , на много порядков превышающая даж е энергии покоя электрона и протона . Гигантская энергия частиц соответствует их скоростям движения , приближающимся к скорости света , а фактически совпадающим с ней . Частицы высоких энергий , отрываемые от поверхности нейтронной звезды и ускоряемые сильным э лектрическим полем , создают поток , исходящий от нейтронной звезды и похожий на солнечный или звездный ветер . Магнитное поле увлекает этот поток во вращение вместе о нейтронной звездой . Так вокруг нее возникает расширяющаяся и вращающаяся магнитосфера . Рож д ение и ускорение частиц , образующих магнитосферу , требует значительной энергии , которая черпается из кинетической энергии вращения нейтронной звезды . Теоретический анализ , проделанный П . Голдрайхом и В .; Джулианом , показывает , что на это тратится приблиз и тельно столько же энергии , сколько и на магнитно-дипольное излучение . При этом и само магнитно-дипольное излучение пополняет запас энергии магнитосферы , оно практически не выходит наружу и поглощается магнитосферой , передавая свою энергию ее частицам . Нет сомнения , что именно в магнитосфере нейтронной звезды и разыгрываются многообразные физические процессы , определяющие все наблюдаемые проявления пульсара . Полной и исчерпывающей теории этих процессов пока нет ; теория радиопульсаров находится в процессе ра з вития , и даже на главные вопросы она еще не может дать законченного и убедительного ответа . Нас , прежде всего интересует , как возникает направленность в излучении пульсара , создающая этот естественный радиомаяк . Сейчас можно изложить лишь самые предварите л ьные соображения , не претендующие на строгую доказательность , но содержащие , тем не менее , ряд важных идей . Вероятно , нужно исходить из того , что частицы высокой энергии , заполняющие магнитосферу пульсара , способны излучать электромагнитные волны очень вы с окой частоты , или , на квантовом языке , фотоны очень высокой энергии . Один из физических механизмов излучения связан с движением частиц в сильных магнитных полях . Частицы следуют главным образом вдоль магнитных силовых линий , а так как силовые линии изогн у ты , движение частиц не может быть прямолинейным и равномерным . Отклонение же от прямолинейного и равномерного движения означает ускорение (или торможение ) частицы и , следовательно , сопровождается излучением электромагнитных волн . Согласно расчетам электро м агнитные волны такого происхождения принадлежат к гамма-диапазону . В свою очередь гамма-фотоны способны рождать (в присутствии сильного магнитного поля ) пары электронов и позитронов . Электроны и позитроны также излучают электромагнитные волны при своем д в ижений в магнитном поле , а эти новые волны способны рождать новые пары частиц и т.д . Такой каскад процессов развивается главным образом вблизи магнитных полюсов нейтронной звезды , где сходятся магнитные силовые линии и поле особенно велико . Здесь формируются , как можно полагать , направленные потоки согласованно движущихся частиц , которые - как в антенне - излучают согласованно и направленно , создавая луч пульсара . Магнитная ось звезды не совпадают с ее осью вращения , и потому этот луч вращается по д обно лучу маяка . Но как в действительности это происходит , еще предстоит выяснить. Основная доля энергии вращения , теряемой нейтронной звездой , преобразуется не в наблюдаемое излучение пульсара , а в энергию частиц , ускоряемых в магнитосфере нейтронной звез ды . Радиопульсары являются , таким образом , мощным источником частиц высоких энергий . Электроны высоких энергий , рождаемые пульсаром Крабовидной туманности , непосредственно проявляют себя в свечении туманности . Об этом речь впереди , а здесь стоит сказать н есколько слов об эволюции и дальнейшей судьбе радиопульсаров . С течением времени пульсар теряет свою энергию вращения и магнитную энергию , так что постепенно и частота вращения , и магнитное поле нейтронной звезды убывают . Из-за этого уменьшается электриче с кое поле у поверхности звезды , снижается эффективность отрыва частиц и их ускорения . Рано или поздно частицы высоких энергий перестанут рождаться , и радиоизлучение пульсара прекратится . Если бы радиопульсар составлял пару вместе с обычной звездой , он мог б ы тогда превратиться в барстер , излучение которого питается аккреционным потоком , увлекаемым с поверхности звезды-компаньона . Но (за очень редким исключением , как говорилось ) радиопульсары - это одиночные нейтронные звезды , а не члены тесных двойных систе м . И тем не менее свечение , хотя и довольно слабое , все же может возникать . По мнению советского астрофизика А . И . Цыгана оно может быть обязано аккреции нейтрального межзвездного газа , сквозь который движется потухший радиопульсар . Излучению такого прои с хождения отвечает светимость , и большая часть испускаемых квантов принадлежит гамма-диапазону . Поиски таких бывших пульс аров , а ныне гамма-звезд - одна из интересных задач гамма-астрономии. Пульсары и космические лучи . Еще в 1934г . В . Бааде и Ф . Цвикки указали на возможную связь между вспышками сверхновых , нейтронными звездами и космическими лучами - частицами высоких энер гий , приходящими на Землю из космического пространства. Космические лучи были открыты более 60 лет назад и с тех пор служат предметом тщательного изучения . Интерес к ним связан , прежде всего , с возможностью использовать их для исследования взаимодействий элементарных частиц при высоких энергиях , недостижимых в лабораторных ускорительных устройствах . Наибольшая энергия частицы , зарегистрированная в космических лучах : тогда как на лучших современных ускорителях достигаются энергии на 8 порядков меньше . Частицы высоких энергии , приходящие к Земле из межпланетного и межзвездного пространства , порождают в земной атмосфере новые , в торичные частицы , тоже обладающие немалыми энергиями . Но более всего интересны , очевидно , исходные , первичные частицы . Они представляют собою главным образом протоны ; среди них имеются в небольшом числе и атомные ядра таких элементов , как гелий , литий , бе р иллий , углерод , кислород и т . д ., вплоть до урана . Кроме редких случаев экстремально больших энергий , энергии в космических лучах в расчете на один нуклон (протон или нейтрон ) не превышают Средняя концентрация частиц космических лучей в межзвездном пространстве нашей Галактики оценивается величиной Средняя энергия частицы Плотность энергии космических лучей , т . е . энергия частиц в единице объема , Последняя величина сравнима с плотностью энергии магнитного поля Галактики и близка к средней плотности кинетической энергии хаотических движении облаков межзвездного газа . Электронов в космических лучах не более 1-2 %. Поток космических лучей изотропен - он приходят к Земле равномерно со всех сторон (кроме , конечно , частиц , испускаемых Солнцем ). Космические лучи , распространяясь в межзвездных магнитных полях , способны создавать синхротронное излучен ие . Общее радиоизлучение Галактики известно с конца 40-х годов . Его мощность составляет Напомним , что мощность оптического излучения Галактики эквивалентна свету приблизительно солнц . Однако радиомощность Галактики несравненно больше . Объяснение общего радиоизлучения Галактики как синхротронного излучения электронов космических лучей предлож ено В . Л„ Гинзбургом в 1950 — 1951 гг . Основной вопрос физики космических лучей с самого начала ее развития — природа их высокой энергии . Он до сих пор еще не решен . Обсуждается целый ряд интересных возможностей : ускорение частиц в межзвездных магнитных пол я х (как это предполагал еще в 40-е годы Э . Ферми ), в оболочках , сбрасываемых при вспышках сверхновых (эта идея развивается сейчас многими авторами ), в ядре Галактики или даже вне ее — в квазарах . Открытие пульсаров , анализ их электродинамики , данные о час т ицах высокой энергии в Крабовидной туманности , получаемые из анализа ее синхротронного излучения,— все это указывает на пульсары как на эффективный источник космических лучей . Давняя идея В . Бааде и Ф . Цвикки о Единстве происхождения нейтронных звезд и кос м ических лучей приобретает сейчас новые основания. Возраст пульсаров Пульсары - вращающиеся замагниченные нейтронные звезды , излучение которых принимается на Земле в виде периодических импульсов . Энергия излучения черпается из энергии вращения , за счет чег о частота вращения нейтронной звезды постепенно уменьшается . В простейшей модели , по наблюдениям периода пульсара и скорости его замедления можно оценить возраст пульсара . Это время , называемое "динамическим возрастом " пульсара , использовалось для оценки возраста на протяжении последних 30 лет . Однако новые наблюдения , выполненные с помощью радиотелескопа VLA (Нью-Мехико ), поставили данный метод оценки возраста под сомнение . Пульсар B1757-24 наблюдается вблизи оболочки сверхновой , при взрыве которой он , к ак полагают , родился . За счет несферичности взрывов сверхновых нейтронные звезды обычно получают отдачу и движутся с большими пекулярными скоростями . Измерив пространственное смещение пульсара B1757-24 за 7 лет , астрономы нашли скорость его движения - 560 км с - 1 . С этой скоростью пульсар мог удалиться от места взрыва сверхновой до его современного положения за время , не меньшее , чем 40000 лет . Между тем , динамический возраст пульсара составляет всего 17000 лет . Столь сильное расхождение оценок не находит о бъяснения в существующих теориях излучения пульсаров . Однако выдвигалась гипотеза о том , что пульсар случайно оказался вблизи места взрыва сверхновой и не связан с ней своим происхождением . Радиоастрономы открыли пульсар – быстро вращающуюся сверхплотную нейтронную звезду , имеющий возраст меньше , чем у всех ранее обнаруженных . На инфракрасном снимке показан остаток от в зрыва сверхновой . Стрелкой указано направление движения пульсара , полученное из наблюдений в период с 1989 по 2000 г . Новый пульсар получил обозначение В 1951+32, а остаток от взрыва све рхновой – СТВ 80. Оба объекта удалены от нас на расстояние 8000 световых лет . После взрыва сверхновой на ее месте образовалась сверхплотная нейтронная звезда . Скорость перемещения пульсара составляет более 800000 км в час . Двигаясь с такой скоростью , пульсару потребовалось бы 64000 лет , чтобы переместиться с места взрыва в ту точку , где его сейчас наблюдают . Таким образом , астрономы считают , что возраст пульсара приблизительно 64000 лет . Однако , используя метод зависимости скорости вращения пульсара о т возраста , ученые оценили время жизни в 107000 лет . Астрономы предполагают , что со временем , вращение пульсара замедляется . Это происходит из-за постоянного уменьшения количества излучаемой энергии . Таким образом , астрономам придется пересмотреть все ра нее сделанные оценки возраста пульсаров . Самый молодой пульсар Астрономы Национального Научного Фонда , использовавшие в своей работе телескоп Green Bank Telescope, зафиксировали слабый сигнал самого молодого из известных на сегодняшний день пульсаров . Его возраст составляет всего 820 лет. Считается , что пульсар возник в результате взрыва сверхновой , происшедшего летом 1181 года и зафиксированного в китайских и японских летописях . В течение последних 20 лет астрономы занимались исследованием остатков сверхновой 3C58, расположенной в созвездии Кассиопея на расстоянии 10000 световых лет , пытаясь зафиксировать слабые сигналы молодого пульсара . В конце 2001 года обсерватория Чандра подтвердила факт существования космического объекта , однако , до недавнего времени он о ставался недоступным для радиотелескопов . И наконец-то пульсар "услышали "! Обнаружение необычайно молодого пульсара позволяет детально исследовать природу подобных небесных тел - в частности , точно выяснить изменения в скорости его вращения , а впоследстви и определить , каким образом пульсары генерируют и излучают радиосигналы . Пульсар на месте сверхновой Новые данные , полученные от Chandra X-ray Observatory, показывают , что хорошо известный пульсар созвездия Стрельца связан со взрывом сверхновой 386 года на шей эры , которую наблюдали астрономы в древнем Китае . В 70-х годах радиоастрономы открыли расширяющуюся газовую туманность с частицами высокой энергии , известную как G11.2-0.3. Если результаты подтвердятся , то это будет второй пульсар , связанный со взрыво м сверхновой . За прошедшие 2000 лет было менее 10 сообщений , которые возможно описывали вспышку сверхновой . В настоящее время доказано , что только в Крабовидной туманности находится пульсар , который образовался после взрыва сверхновой в 1054 г . таким образом , это единственная нейтронная звезда с известным возрастом . На снимке хорошо видно , что пульсар находится строго в центре остатка от взрыва сверхновой . Скорость вращения пульсара состав ляет 14 оборотов в секунду . Он был сформирован после взрыва сверхновой в 386 г . и , следовательно , имеет возраст 1615 лет . Однако космологи и астрофизики , используя модели на основе скорости вращения пульсара , определили его возраст около 24000 лет , что оч ень сильно расходится с предыдущей версией . На 2 фотографии показан молодой пульсар внутри Крабовидной туманности . КВАЗАРЫ– САМАЯ ПОРАЗИТЕЛЬНАЯ ЗАГАДКА АСТРОФИЗИКИ В 1963 г . американский астроном голландского происхождения М . Шмидт сделал одно из величайших открытий в астрономии ХХ в . Это открытие , однако имеет свою предысторию . Около 1960 г . небольшое количество радиоисточников было очень надежно отождествлено со звездами , что было полной неожиданностью . Ведь до сих пор к о смические радиоисточники отождествлялись либо с галактиками , либо с туманностями . Ожидаемые потоки радиоизлучении даже от самых близких звезд должны быть крайне незначительны . А между тем отождествленные со звездами радиоисточники были довольно интенсивн ы . Вполне естественно , что астрономы-оптики сразу же заинтересовались этими звездами . М . Шмидт получил и исследовал спектр такой довольно яркой звезды 13-й величины , отождествленной с интенсивным радиоисточником 3С 273. Этот спектр содержал линии излучения, которые поначалу ни с какими лабораторными линиями отождествить не удавалось . Велико же было изумление астрономов , когда Шмидт с полной достоверностью отождествил эти линии с основными линиями водорода серии Бальмера , длины волн которых смещены в красную сторону на неслыханную в те времена величину , соответствующую скорости удаления источника 42000 км /с ! Такая скорость удаления с большой вероятностью означает , что объект 3С 273 находится в Метагалактике , а наблюдаемое красное смещение спектральных линий о б условлено расширением Вселенной . Применяя закон Хаббла получим расстояние до этого источника около двух миллиардов световых лет . С такими расстояниями астрономы еще тогда не встречались . Тем более удивительно , что , несмотря на громадность расстояния , объ е кт 3С 273 довольно ярок . Отсюда следует , что светимость 3С 273 приблизительно в сто раз превышает светимость нашей Галактики , считающейся гигантской звездной системой . С объектами такой высокой светимости астрономы тогда еще не встречались . Следует замети т ь , что удивительные свойства объекта 3С 273 были открыты только благодаря тому , что он оказался радиоисточником . На небе имеется много тысяч звездочек 13-й величины , и среди них объект 3С 273, многократно попадавший в поле зрения оптических телескопов и д о лгие годы решительно ничем не привлекавший к себе внимания . Сразу же после выяснения метагалактической природы 3С 273 автор этой статьи пришел к парадоксальному выводу , что блеск 3С 273 может меняться со временем . Советские астрономы А.С.Шаров и Ю.Н.Ефрем о в тщательно исследовали старые фотографии неба , на которые случайно попадал этот объект . Эти фотографии хранились в "стеклянной библиотеке " Государственного Астрономического института им . Штернберга . Результаты превзошли самые смелые ожидания : 3С 273 меня л свой блеск за несколько лет почти на целую звездную величину , т.е . примерно в 2.5 раза ! Вскоре это открытие советских ученых было подтверждено на более богатом наблюдательном материале в США . Открытие переменности 3С 273 действительно было парадоксальным . До этого времени переменность астрономы обнаруживали и изучали у звезд разных типов . Но ведь , казалось , 3С 373 - это галактика , состоящая из триллионов звезд , каждая из которых , конечно , должна излучать независимо . Так что о переменности "сглаженного " и усредненного по времени излучения такого огромного количества звезд не могло быть и речи ! И все же переменность , и притом значительная , была налицо ! Из того простого факта , что характерное время изменения потока (а , следовательно , светимости ) было около 1 года , с очевидностью следовало , что линейные размеры излучающей области не превышают 1 световой год - величина , ничтожно малая для галактик . Отсюда следовал вывод , что излучают не звезды , а что-то другое . В отношении этого "другого " можно было только сказ а ть , что это объект , в известной степени близкий по своей природе ядрам сейфертовских галактик , но только в тысячи раз мощнее и активнее . Кстати , заметим , что исторически переменность блеска ядер сейфертовских галактик была открыта позднее , а само исследов а ние этих галактик в значительной степени стимулировалось исследованием объектов , родственных по своей природе 3С 273 и получивших название "квазаров " “квазизвездные радиоисточники” ("квази-звездные " объекты ). Расстояние до квазаров По мере накопления данных наблюдений большинство астрономов пришли к выводу , что квазары дальше от нас , чем любые другие объекты , доступные наблюдениям . Но небольшая часть астрономов утверждала , что наиболее убедительные данные наблюдений говорят о пространственной близост и квазаров и не очень далеких галактик. КРАСНОЕ СМЕЩЕНИЕ Большинство квазаров интенсивно излучают радиоволны . Когда астрономы точно определили положения этих радиоисточников на фотографиях , полученных в видимом свете , они обнаружили звездообразные объе кты. Чтобы установить природу странных небесных тел , сфотографировали их спектр . И увидели совсем неожиданное ! Эти “звезды” имели спектр , резко отличающийся от всех других звезд . Спектры были совершенно незнакомыми . У большинства квазаров они не содержа ли не только хорошо известных и характерных для обычных звезд линий водорода , в них вообще с первого взгляда нельзя было обнаружить ни одной линии даже какого-либо другого химического элемента . Работавший в США молодой голландский астрофизик М.Шмидт выясн и л , что линии в спектрах странных источников неузнаваемы лишь потому , что они сильно смещены в красную область спектра , а на самом деле это линии хорошо известных химических элементов (прежде всего водорода ). Причина смещения спектральных линий квазаров была предметом больших научных дискуссий , в итоге которых подавляющее большинство астрофизиков пришли к выводу , что красное смещение спектральных линий связано с общим расширением Метагалактики. В спектре объектов 3С 273 и 3С 48 красное смещение достиг ает небывалой величины . Смещение линий к красному концу спектра может быть признаком удаления источника от наблюдателя . Чем быстрее удаляется источник света , тем больше красное смещение в его спектре. Характерно , что в спектре практически всех галактик (а для далеких галактик это правило не имеет ни одного исключения ) линии в спектре всегда смещены к его красному концу . Красное смещение пропорционально расстоянию до галактики . Скорость удаления У наиболее далеких из известных до сих галактик красное смещение весьма велико . Соответствующие ему скорости удаления измеряются десятками тысяч километров в секунду . Но у объекта 3С 48 красное смещение превзошло все рекорды . Получилось , что он уносится от Земли со скоростью только примерно вдвое меньше скорост и света ! Если считать , что этот объект подчиняется общему закону красного смещения , легко вычислить , что расстояние от Земли до объекта 3С 48 равно 3,78 млрд . световых лет ! К примеру , за 8 1/3 минут луч света долетит до Солнца , за 4 года – до ближайшей звез д ы . А здесь почти 4 млрд.лет непрерывного сверхстремительного полета – время , сравнимое с продолжительностью жизни нашей планеты. Для объекта 3С 196 расстояние , также найденное по красному смещению , получилось равным 12 млрд . световых лет , т.е . мы уловили луч света , который был послан к нам еще тогда , когда ни Земли , ни Солнца не существовало ! Объект 3С 196 очень быстрый – его скорость удаления по лучу зрения достигает 200 тысяч километров в секунду. Возраст квазаров По современным оценкам , возрасты кваз аров измеряются миллиардами лет . За это время каждый квазар излучает огромную энергию . Нам неизвестны процессы , которые могли бы служить причиной такого энерговыделения . Если предположить , что перед нами сверхзвезда , в которой “сгорает” водород , то ее ма с са должна в миллиард раз превышать массу Солнца . Между тем современная теоретическая астрофизика доказывает , что при массе более чем в 100 раз превышающей солнечную , звезда неизбежно теряет устойчивость и распадается на ряд фрагментов. Из известных ныне квазаров , общее число которых более 10 000, самый близкий удален на 260 000 000 световых лет , самый далекий – на 15 млрд . световых лет . Квазары , пожалуй , наиболее старые из объектов , наблюдаемых нами , т.к . с расстояния в миллиарды световых лет обычные га л актики не видны ни в один телескоп . Однако это “живое прошлое” пока что совершенно непонятно нам . Природа квазаров до сих пор полностью не выяснена . НЕОБЫЧАЙНАЯ СВЕТИМОСТЬ Подчиняясь тому же закону космологического удаления , что и галактики , источники 3С 273 и 3С 48 сами по себе сильно отличаются от обычных галактик , подобных нашей Галактике . Прежде всего поражает их необычайная светимость , в сотни раз превышающая светимость нашей Галактики. Казалось бы , объекты , столь далекие от Земли , должны быть до ступными лишь наблюдателю , вооруженному самыми мощными современными телескопами . В действительности , например , объект 3С 273 можно найти в созвездии Волосы Вероники как звездочку 12,6 звездной величины . Такие звезды доступны даже любительским телескопам. Таинственным является и тот факт , что по своим размерам квазары явно меньше галактик : ведь они выглядят как точечные источники света , в то время как даже самые далекие галактики похожи на размытые светящиеся кляксы. Источник энергии Какими же чудовищн ыми по мощности излучения должны быть эти источники света , если с расстояния в миллиарды световых лет они кажутся такими яркими ! Самый трудный вопрос , связанный с квазарами , - это объяснение гигантского выделения энергии . Если квазары и в самом деле нах одятся на космологически больших расстояниях от нас (т.е . красное смещение действительно связано с расширением Вселенной ), то нужно объяснить , как возникает эта сильнейшая светимость . Остается загадкой , какой же источник энергии поддерживает свечение ква з ара . Ясно одно , что каков бы ни был этот источник , сосредоточен он в относительно небольшой области пространства , т.е достаточно компактен . А это само по себе уже говорит о том , что механизм выделения энергии в квазаре весьма необычен . Многие астрофизи ки считают , что квазары связаны с ядрами галактик , находящимися на определенной ступени эволюции . Например , ядро галактики М 87 гораздо ярче ее внешних частей . Но есть галактики и других типов , так называемые сейфертовские галактики , у которых контраст ярк о го ядра со слабосветящейся остальной частью выражен еще более резко . Возможно , квазары – следующая ступень этой последовательности . Если они расположены очень далеко , то мы видим только их яркое ядро , слабая же оболочка (если она вообще есть ) просто совсе м не видна. Высказывается также предположение , что , как и в галактике М 87, выделение энергии в квазарах , возможно , связано с наличием сверхмассивных черных дыр . Начиная с середины 70-х годов идея о том , что гигантское выделение энергии в квазарах объясня ется черными дырами , приобрела большую популярность. Процесс выделения энергии тоже связывают с работой сил тяготения , а радиоизлучение квазара – это синхротронное излучение заряженных частиц в магнитном поле. Некоторые астрономы считают , что потоки энергии от квазаров значительно ниже , поскольку расстояния до них сильно преувеличены . Если квазары , скажем , в 100 раз ближе к нам , чем мы думаем , то мы завышаем в 10 000 раз их светимость при расчетах мощности излучения по их наблюдаемой яркости . Астроно м ы , которые придерживаются этой точки зрения , исходят из того факта , что квазары часто видны на небе рядом с пекулярными (необычными ) галактиками . Эти галактики , хотя и несколько необычны по своей структуре , имеют обычные красные смещения , которым соответ с твуют скорости удаления , равные нескольким процентам от скорости света . А квазары , расположенные на небе поблизости от них , имеют красные смещения в 10 – 20 раз больше ! Если квазары находятся по соседству с довольно близкими галактиками , чем объяснить их огромные красные смещения ? Единственное разумное объяснение – эффект Доплера , но почему мы всегда наблюдаем лишь красное смещение (удаление ) и никогда – фиолетовое (приближение )? И как вещество могло быть выброшено (всегда в направлении от нас !) с так и ми огромными скоростями и сохранить при этом форму единого объекта ? Ответ гласит : это никому неизвестно . За 15 лет не удалось определить ни расстояния до квазаров , ни их природу и источники их колоссальной энергии . Может быть , загадка квазаров таит в се бе ключ к какой-то новой области астрофизики , какие-то новые возможности возникновения больших красных смещений в неизвестных нам ситуациях или новые способы генерации гигантских энергий , если квазары находятся очень далеко . Будем надеяться , что в последу ю щие годы нам удастся преодолеть эти трудности в объяснении природы удаленных областей Вселенной , в которых расположены квазизвездные объекты . А сейчас мы можем только сказать : по-видимому , это естественные , а не искусственные астрономические объекты , поск о льку пока не понятно , как цивилизация могла бы “сделать” квазар. ПЕРЕМЕННОСТЬ И РАЗМЕР Еще одна загадка квазаров заключается в том , что некоторые из них меняют свою яркость с периодом в несколько суток , недель или лет , тогда как обычные галактики н е обнаруживают таких вариаций. Московские астрономы А.С.Шаров и Ю.Н.Ефремов решили выяснить , как вели себя в прошлом “странные звезды” . Они внимательно просмотрели 73 негатива , на которых с 1896 по 1963 г . был запечатлен объект 3С 273. Вывод , к которому пришли советские ученые , можно считать вполне достоверным . А он поразителен . Оказалось , что 3С 273 менял свою яркость ! И не чуть-чуть , а очень заметно – от 12,0 до 12,7 звездной величины , т.е . почти в два раза . Бывали случаи (например , в период с 1927 по 1 9 29 г .), когда за непродолжительное время поток излучения от 3С 273 возрастал в 3 – 4 раза ! Иногда за несколько суток объект менялся на 0,2 – 0,3 звездной величины . При этом внешне , оптически , не происходило никаких других существенных изменений – “странная звезда” неизменно казалась звездой , хотя и переменной . Подобное явление позже было обнаружено и у объекта 3С 48. Известны тысячи переменных звезд , по разным причинам изменяющихся . Но среди обычных галактик не было зарегистрировано ни одной переменной . Хо тя многие из них содержат тысячи и миллионы переменных звезд , колебания их светимости происходят в разнобой и столь несущественны для галактики в целом , что общее излучение галактик всегда остается практически неизменным . Ни один оптический инструмент мир а не может уловить хотя бы малейшие колебания светимости какой-нибудь из галактик. Остаются три возможности . Первая из них нелепа : звезды галактики изменяются сразу и одинаково , как по команде , в одном ритме . С физической стороны такое объяснение настоль ко абсурдно , так противоречит всем нашим знаниям о космосе , что не заслуживает серьезного рассмотрения . Вторая возможность - странные объекты , сходные с галактиками по характеру красного смещения , имеют физическую природу , совершенно отличную от галактик. Однако , большинство астрономов предполагают , что квазары – активные ядра сверхдалеких галактик. Бесспорно , что квазары – это не протяженные , разбросанные на десятки тысяч световых лет звездные системы , а какие-то весьма компактные тела небольших сравнит ельно размеров и колоссальной массы (миллиарды солнечных масс ). Относительно малые размеры могут объяснить быстроту колебаний светимости всего объекта в целом , а огромная масса – единственно возможная причина исключительной яркости , или , точнее светимости небесного тела . Чем массивнее звезда , тем ярче она светит . Эта закономерность следует как из наблюдений , так и из теоретических соображений. Не только по массе , но и по мощности излучения квазары резко отличаются от всех известных небесных тел . Даже све рхновые звезды “бледнеют” в сравнении с ними . Сверхновые звезды излучают света в несколько миллиардов раз больше , чем Солнце только в момент своего мощного взрыва . Рядовой же квазар всегда в десятки тысяч раз излучает больше Инфракрасное и рентгеновское из лучение квазаров В последние годы астрономам удалось зарегистрировать инфракрасное и рентгеновское излучение квазаров ; они обнаружили , что мощность излучения некоторых объектов в этих областях спектра даже больше , чем в видимой области и радиодиапазоне. Если просуммировать энергии излучения во всех областях спектра , то оказывается , что некоторые квазары генерируют в 100 000 раз больше энергии в секунду , чем гигантские галактики при условии , что наши оценки расстояний до квазаров верны. Развитие рентге новской астрономии помогло установить , что большинство квазаров оказались мощными рентгеновскими источниками . Некоторый намек на это можно было заметить еще в результате самых первых рентгеновских наблюдений квазара 3С 273, а в последних исследованиях обсе р ватории “Эйнштейн” (“НЕАО-В” ) было обнаружено уже более 100 квазаров с сильным рентгеновским излучением. Исходя из этих наблюдений , полагают , что в отличие от радиоизлучения рентгеновское излучение – характерное свойство квазаров. КРАТНЫЕ КВАЗАРЫ Особое внимание астрофизиков и физиков привлекли кратные (двойные , тройные ) квазары : двойной квазар в созвездии Большой Медведицы (1978), тройной квазар в созвездии Льва (1980) и такой же квазар в созвездии Рыб (1981). Каждый из объектов представлял собой квазаров-близнецов , расположенных друг от друга на расстоянии нескольких угловых секунд , имеющих очень похожие спектры и красные смещения . Однако , по всей вероятности , перечисленные квазары не есть “истинные” кратные квазары , а лишь изображения соответств у ющего источника . Расщепление одного изображения на несколько происходит под действием гравитационного поля массивной галактики , оказавшейся на пути между квазаром и нами . Лучи света от квазаров могут искривляться под действием гравитации галактик , играющи х роль источников гравитационной фокусировки . Такие гравитационные линзы могут искажать формы далеких галактик , что , по мнению некоторых ученых , открывает новые возможности исследования крупномасштабных неоднородностей в распределении вещества во Вселенной. Не исключено , что эффект гравитационной линзы в некоторых случаях создают не далекие галактики , а массивные черные дыры . Индийские астрофизики Г.Падманабхан и С.Читре обратили внимание на случаи , когда видно удвоенное изображение квазара , а галактики , вызвавшей это явление , поблизости не обнаружено . Вот и появилась гипотеза о том , что эффект создают практически точечные черные дыры с массой , в миллион раз превосходящей массу Солнца . Так как до сих пор нигде ни одна черная дыра не обнаружена , то пока тр у дно сказать , насколько близка к истине такая гипотеза. Вопрос о том , существуют ли в природе “истинные” двойные квазары , остается предметом исследований и дискуссий. РАДИОСТРУКТУРА КВАЗАРОВ Радиоструктура квазаров во многом напоминает радиогалактики , т ак что обычно по одной лишь этой структуре отличить квазары невозможно . Так же , как и у радиогалактик , очень часто наблюдаются двойные радиоисточники , между которыми находится компактный , иногда переменный , радиоисточник , совпадающий по своим координатам с о звездообразным оптическим объектом - квазаром . В очень редких случаях у самых близких квазаров около звездообразного объекта наблюдаются очень слабые протяженные образования . От квазара 3С 273 исходит слабая струя - выброс протяженностью около 20". На т а ком огромном расстоянии этим угловым размерам соответствует линейная протяженность около 100 тысяч световых лет . Эта струя , помимо оптического излучения , излучает также радиоволны , так что квазар 3С 273 можно рассматривать как двойной радиоисточник . Следу е т заметить , что аналогичные выбросы наблюдаются также и у некоторых радиогалактик . Особенно интересен выброс у одной из ближайших к нам радиогалактик , о котором речь будет идти дальше . Важным вопросом является принадлежность квазаров к скоплениям галактик . Долгое время нельзя было решить вопрос в положительном смысле . Это и понятно , ведь квазары излучают в сотни раз интенсивнее "нормальных " галактик , поэтому последние , находящиеся в том же скоплении , будут слишком слабы , чтобы изучаться спектроскопически. Ведь критерием принадлежности к одному скоплению является одинаковое красное смещение у галактик и квазаров . Только для немногих , сравнительно близких квазаров , удалось обнаружить скопления галактик , в которых они находятся . В настоящее время известно и з анесено в каталоги свыше тысячи квазаров , что и позволяет выполнить их статистический анализ . Прежде всего , удалось построить "функцию светимости " квазаров , т.е . их распределение по мощности излучения . Из нее следует , что относительное количество квазаров убывает по мере роста мощности их излучения . Важнейшим результатом таких статистических исследований является вывод о том , что на более ранних этапах эволюции Вселенной , когда ее размеры были в 3-5 раз меньше нынешних , квазаров было гораздо больше , чем се й час . В ту отдаленную эпоху квазаров было почти столько же , сколько и "нормальных " галактик . Нельзя исключить гипотезу , что тогда все галактики были квазарами ! Этот важный вывод , однако , нуждается для своего подтверждения в новых наблюдениях . Обращает на с ебя внимание то обстоятельство , что количество квазаров , начиная со значения красного смещения , превосходящего некоторый предел (соответствующий увеличению длины волны в 4,5 - 5 раз ), резко падает . Конечно , нельзя исключить чисто инструментальную причину э того явления , однако вполне возможно , что квазары с большими красными смещениями просто отсутствуют . Такое отсутствие естественнее всего объяснить тем , что как раз в эту эпоху развития Вселенной образовывались путем конденсации газа галактики . До этого (т. е . при большом красном смещении ) ни галактик , ни квазаров просто не было . Такой вывод , конечно , имел бы очень большое значение для проблемы эволюции Вселенной , так как позволил бы уточнить эпоху формирования галактик , а следовательно , и звезд . Нужны , одна к о , еще новые высококачественные наблюдения , чтобы его подтвердить . Выше мы уже говорили о переменности оптического излучения квазаров . Как крайнее проявление такой переменности следует упомянуть о "вспышке " квазара 3С 279. В настоящее время он наблюдается как слегка переменная слабая звездочка 18-й величины . Однако на старых астрономических фотографиях довоенного времени (т.е . задолго до открытия квазаров ) этот объект оказался существенно более ярким - почти 13 величины ! Это означает , что он был ярче , чем теперь , в сотню раз ! Зная по красному смещению расстояние 3С 279, можно найти , что во время "вспышки " его светимость была почти в сотню раз больше , чем у 3С 273 и в десять тысяч раз больше , чем у нашей Галактики ! И при этом размеры излучающей области ничт о жно малы , меньше светового года . В настоящее время квазар 3С 279 считается самым мощным "маяком " Вселенной . Мы видим , что разброс значений светимостей метагалактических объектов чрезвычайно вели почти такой же , как у звезд ! Большое значение для понимания природы квазаров имеют исследования переменности их радиоизлучения , особенно на сантиметровом диапазоне . При этом было показано , что моменты максимума потока излучения должны меняться закономерным образом с изменением длины волны . Так же должен меняться и сам характер радиоспектра (диаграмма на 15 стр ., где приведены результаты наблюдений спектров квазаров в разные моменты времени ). На основании теории синхротронного излучения можно по известной частоте , соответствующей максимуму радиоизлучения , и величине максимального потока определить угловые размеры источников радиоизлучения , которые оказываются порядка тысячных долей секунды дуги . Зная (по величине красного смещения ) расстояния до квазаров , можно теперь найти линейные размеры связанных с ними компактны х радиоистоников . Установлено , что их размеры меньше одного светового года , в согласии с оценками , полученными на основе анализа переменности потока . До сих пор мы говорили только о радио - и оптическом излучении квазаров и радиогалактик . Между тем , в после днее десятилетие все большее значение приобретает исследование рентгеновского излучения этих метагалактических объектов . Впервые рентгеновское излучение от внегалактического объекта было обнаружено еще в 1971 г . на первом специализированном рентгеновском с путнике "Ухуру ", заложившем основы современной рентгеновской астрономии . Этим объектом сказалась одна из ближайших радиогалактик NGC 4486. Другим метагалактическим рентгеновским источником оказалась яркая сейфертовская галактика NGC 4151. Не подлежит сомн е нию , что излучает активное ядро этой галактики . Вскоре был обнаружен слабый поток рентгеновского излучения и от первого открытого квазара 3С 273, а также от радиогалактики Лебедь-А . Новый этап в изучении внегалактических рентгеновских источников наступил в 1979 г ., после запуска космической лаборатории имени Эйнштейна . На этой обсерватории чувствительность приемной рентгеновской аппаратуры была в 1000 раз выше , чем на "Ухуру ", при очень хорошей угловой разрешающей способности . В результате оказалось возмож н ым осуществить массовое определение рентгеновского излучения большого количества квазаров , а также сейфертовских галактик . Кроме того , был получен большой наблюдательный материал по рентгеновскому излучению скоплений галактик , представляющий особый интере с . Всего было исследовано рентгеновское излучение более чем 100 квазаров и большого количества сейфертовских галактик и скоплений . Практически все квазары являются источниками рентгеновского излучения , мощность которого меняется в широких пределах , от соты х долей полного излучения нашей Галактики до значений , в тысячу раз превосходящих полную мощность Галактики . Как правило , рентгеновское излучение квазаров переменно ; это указывает (как в случае радиоизлучения ), что оно возникает в малой области . Наличие м о щного рентгеновского излучения квазаров и активных ядер галактик свидетельствует о происходящих там грандиозных процессах , связанных с нагревом газа до температуры порядка сотни миллионов градусов . По-видимому , часть рентгеновского излучения не связана с г орячей плазмой , а создается релятивистскими электронами , взаимодействующими с полем излучения большой плотности (явление Комптона ). В настоящее время , комбинируя только рентгеновские и оптические наблюдения , удалось открыть ряд новых квазаров . Это наглядн о демонстрирует , что "проникающая " способность рентгеновской астрономии может быть даже выше , чем у радиоастрономии . Нашлись ''пропавшие '' квазары В 2000 году группа австралийских астроном во главе с Р.Уэбстер (R.Webster; Мельбурнский университет ) пришла к весьма неожиданному выводу : среди всех существующих во Вселенной квазаров около 80% остаются неоткрытыми . Как известно , квазар - невероятно мощный точечный источник радиоизлучения ; по одной из гипотез , он представляет собой удаленную активную галактику , к о торая получает энергию в результате аккреции вещества на сверхмассивную черную дыру , находящуюся в центре квазара . Проведя наблюдения нескольких сот квазаров , австралийские ученые обнаружили , что излучение около 80% из них необычайно сильно сдвинуто в кра с ную часть спектра . Астрономы же , работающие с оптическими приборами , ищут квазары , как правило , среди голубых объектов . Если большинство квазаров - красные , значит , основная их масса нам все еще неизвестна . Однако в марте 1996 г . английские астрономы С.Се р джент и С.Ролингс "успокоили " своих коллег , показав , что квазары , наблюдавшиеся австралийскими учеными , "нетипичны ". Уэбстер и ее сотрудники полагали , что "покраснение " изучаемых объектов вызвано космической пылью , присутствующей в любой околоквазарно й области . Однако английские астрономы указывают , что квазары , наблюдавшиеся австралийцами , обладают плоским , "сплющенным " радиоспектром . Другими словами , спектральная яркость их излучения в радиодиапазоне с повышением частоты понижается очень медленно . А это считается важным признаком таких объектов . Квазары , изучавшиеся группой Уэбстер , сильно излучают на высоких радиочастотах - в красной области оптического спектра . В таком случае наблюдаемое красное излучение вызывается не космической пылью , а имеет ту же синхротронную природу , что и радиоизлучение квазаров : заряженные электроны излучают , двигаясь с релятивистской скоростью по спирали вдоль магнитно-силовых линий . Но при этом возбуждается лишь плоский спектр красного излучения , что характерно лишь для н е большой группы квазаров . Таким образом , число "упущенных " астрономами квазаров никак не может быть значительным. Астрономы наконец-то увидели квазары второго типа Предположение о существовании квазаров второго типа было впервые озвучено в начале 80-х годов , когда была построена единая модель квазаров и других ярких объектов , подпитывающихся энергией от массивных черных дыр . Обычные квазары находятся на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Земли . Квазар второго типа , как и обычный квазар , является очень ярким источником рентгеновского и другого излучения , но в отличие от первых окружены облаком газа и пыли , которое уменьшает его яркость в видимом диапазоне длин волн . Иначе говоря , до недавнего времени увидить квазар второго типа никому не удавалось. И вот на днях человеческий взгляд впервые взглянул на этот астрономический объект . По заявлению астрономов , эта находка является важным шагом на пути к пониманию того как на заре существования Вселенной образовали черные дыры и галактики . В работах принимали участие специалисты из нескольких обсерваторий из разных стран мира , в том числе из университета Джонса Хопкинса и Южной Европейской Обсерватории . Для поиска квазара в т орого типа были использованы рентгеновский космический телескоп "Chandra " и наземный Большой Телескоп Very Large Telescope ( VLT ) из Южной Европейско й обсерватории в Чили . Найденный квазар второго типа расположен в южном созвездии Печь на расстоянии 9 миллиардов световых лет от Земли . В КАЖДОЙ ГАЛАКТИКЕ КВАЗАР В ЦЕНТРЕ Квазары — это яркие источники излучения в оптической и других частях спектра . Обычно они находятся в центре какой-либо галактики . Среди астрофизиков распространено мнение , что квазар представляет собой сравнительно н ебольшой горячий газовый диск , окружающий черную дыру , масса которой может составлять 10 11 масс Солнца. Недавно специалисты полагали , что радиогалактики устроены иначе , чем “квазарные” . Однако , после того как обнаружили в центре радиогалактики Лебедь А , ра сположенной в 750 млн . св . лет от нас , крошечный источник инфракрасного излучения , совпадающий с радиоисточником , мнение кардинально поменялось относительно устройства всех галактик . Инфракрасный источник похож на квазар , но он удивительно слаб и невидим в оптической области. Известно , что яркость квазара в инфракрасных лучах пропорциональна его интенсивности в рентгеновском диапазоне . Галактика Лебедь А — мощный источник рентгеновского излучения. Соответствующий ему но интенсивности квазар должен бы излуча ть в инфракрасном диапазоне в 200 раз сильнее , чем наблюдается . Такой квазар можно было бы легко наблюдать в оптическом диапазоне. В дальнейшем , ученые пришли к выводу , что в центре радиогалактики Лебедь А расположен именно квазар , однако , он экранируется тороидальным облаком газа и космической пыли (“бубликом” ). Установлено , что инфракрасный источник в центре Лебедя А лежит за плотным водородным облаком . Очевидно , оно и есть часть того же “бублика” с диаметром около 10 св . лет , который был ранее обнаружен. С Земли “бублик” виден с торца , поэтому излучение , идущее к нам из центра галактики , должно пройти сквозь довольно плотное скопление материи . Согласно наблюдениям астрономов , скопление пропускает не более 1/200 всего инфракрасного излучения , поступающего из находящегося внутри него объекта . Если бы не это обстоятельство , квазар , лежащий в центре Лебедя А , выглядел бы в 10 раз ярче , чем окружающая его галактика . Этот квазар — заурядный среди подобных объектов , но он , по-видимому , самый близкий к нам . Следу ю щий за ним по расстоянию квазар ЗС 273 обладает в 30 раз большей светимостью. Открытие подтверждает бывшее до сих пор чисто теоретическим утверждение , согласно которому все активные галактики устроены в основном одинаково , но при наблюдении с Земли они мог ут выглядеть различно — в зависимости от своей ориентации относительно нас. Список использованной литературы 1. Арзуманян “Небо . Зв ёзды . Вселенная” Москва . 1987 г . 2. Воронцов Б.А . “Очерки о Вселенной” Москва . 1976 г . 3. Зигель Ф.Ю . “Сокровища звёздного неба” Москва . 1976 г . 4. Климишин И.А . “Астрономия наших дней” Москва . 1980 5. Агекян Т.А . “Звёзды . Галактики . Метагалактики” Мос ква . 1982г . 6. Чихевский А.А . “ Земное эхо солнечных бурь” Москва . 1976г
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Как долго будет расти курс доллара?
- Пока не сравняется с рейтингом Путина.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, курсовая по астрономии, авиации, космонавтике "Пульсары", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru