На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
многовитковая проводящая оболочка с осевой симметрией. Затем вокруг
соленоида располагается взрывчатое вещество в виде полого цилин-
88
9. Нейтронная звезда
дра. Если теперь запитать соленоид от внешнего источника тока, а затем
инициировать взрыв в левом участке взрывчатки, то произойдет следующее.
Сначала взрывчатка замкнет витки у нижнего конца соленоида: витки с током
от последовательного соединения перейдут к параллельному соединению.
Затем волна детонации станет передвигаться вверх по оси соленоида,
поджимая витки и перемещая все выше и выше точку их замыкания. Поперечное
сечение соленоида будет уменьшаться, а магнитное поле увеличиваться.
Наконец, взрывная волна дойдет до верхнего конца соленоида, а магнитное
поле достигнет максимума. Взрывчатку можно укладывать не до самого конца,
создавая таким образом полость с сильным магнитным полем (рис. 36 6).
Поскольку взрывные процессы протекают очень быстро, то даже обычные
медные обмотки можно в течение этого времени считать сверхпроводящими.
Взрывомагнитные генераторы позволили получить максимально достижимые пока
в земных условиях магнитные поля - вплоть до 25 мегагаусс.
Рис. 36. Идея А. Д. Сахарова создания сверхсильных магнитных полей с
помощью взрыва: (а) исходная ячейка с током, окруженная взрывчаткой (1);
(б) распространение взрывной волны по трубе и сжатие ячейки с током.
Вернемся опять к звездам. При сжатии звезды в нейтронную звезду магнитный
поток также сохраняется. Поэтому магнитное поле усиливается во столько
раз, во сколько раз уменьшается квадрат размера звезды. Выше мы оценили
отношение размеров обыч-
9. Нейтронная звезда
89
ной и нейтронной звезд величиной 105. Таким образом, магнитное поле
нейтронной звезды должно быть в Ю10 раз больше, чем магнитное поле
исходной звезды до ее сжатия. Если исходная звезда, подобно Солнцу, имела
поле в несколько, скажем 10 гаусс, то у нейтронной звезды поле достигнет
величины 1011 гаусс. А если исходное поле составляло несколько килогаусс,
то конечная величина поля может достигать значений 1013-1014 гаусс.
Итак, нейтронная звезда совершенно естественным образом приобретает
магнитное поле масштаба 1011-1013, а в экстремальных случаях и до 1014
гаусс.
Процесс сжатия ядра сверхновой звезды в нейтронную звезду протекает очень
быстро, поэтому магнитное поле можно считать как бы "вмороженным" в
вещество, т. е. годится приближение сверхпроводимости. После сжатия
магнитное поле может постепенно затухать из-за конечной электрической
проводимости. Оценки показывают, что поле может затухнуть за несколько
миллионов лет.
Итак, на нейтронной звезде имеется сверхсильное магнитное поле, которое
существенно влияет на свойства вещества. Пульсар плюс к тому же вращается
с огромной скоростью, так что и снаружи пульсара возникают многие
интересные и необычные процессы.
Задача №7
Оценить процентное содержание протонов в нейтронной звезде.
В отличие от атомного ядра нейтронная звезда не может иметь большого
положительного заряда. Она, как говорят, квазинейт-ральна - если в ней
имеются протоны, то почти столько должно быть и электронов: иначе
образовалось бы электрическое поле с огромной энергией. Итак, если пр -
плотность протонов, пе - плотность электронов, то приближенно пр = пе.
Заряд у звезды может появиться только за счет небольшой раскомплексации
зарядов: положительного у протонов и отрицательного у электронов.
Пусть п - плотность нейтронов (все плотности мы измеряем в числах частиц
на один кубический сантиметр). Мы увидим сейчас, что пр/п <С 1. Причина
этого соотношения - опять знаменитое соотношение неопределенностей. В
нейтронной звезде среднее расстояние между нейтронами составляет величину
Аж = = п-1/3. Поэтому в силу соотношения неопределенности нейтроны
90
9. Нейтронная звезда
обладают импульсами масштаба р ~ Н/ Ах ~ hn1/3. Отсюда можно оценить
среднюю кинетическую энергию нейтронов:
е = р2/2тп ~ ,
где гпп - масса нейтрона (мы опустили множитель 1/2 для упрощения
оценок).
Аналогичное рассуждение применимо и к протонам, и если их плотность много
меньше нейтронной плотности, то их кинетическая энергия мала. Что
касается электронов, то их импульс ре можно оценить с помощью тех же
соображений, основанных на соотношении неопределенностей:
ре ~ TmxJ3,
где пе - плотность электронов. Этот импульс в ядерном веществе нейтронной
звезды достаточно велик, поэтому электроны становятся сильно
релятивистскими. Это значит, что их энергию нужно оценивать с помощью
соотношения
Ее = РеС,
где с - скорость света.
Энергия электронов высока, и им энергетически невыгодно находиться в
ядерном веществе, другими словами, их плотность должна быть много меньше
плотности нейтронов. Но в силу квазинейтральности плотность протонов пр в
точности равна плотности электронов. Стало быть и плотность протонов
должна составлять только малую долю от плотности нейтронов.
Баланс энергий достигается, когда энергия электрона оказывается масштаба
