На пульсаре - Кадомцев Б.Б.
ISBN 5-85504-013-5
Скачать (прямая ссылка):
с периодом его вращения. Итак, радиус До = с/ш = 5 х 104Р км. Если,
например, Р составляет величину 10 мсек, то радиус До равен 500 км.
Заштрихуем теперь ту область, где магнитные силовые линии целиком лежат
внутри светового конуса (см. рис. 37).
94
10. Физика пульсара
Эта область может быть названа магнитосферой пульсара - она, как целое,
вращается вместе с пульсаром. Чтобы понять, почему это так, рассмотрим
некоторую заряженную частицу, находящуюся в заштрихованной области. Пусть
эта частица находится на расстоянии R от оси вращения, и для простоты
рассуждений мы допустим, что она находится в меридианной плоскости z = 0.
Если точка вращается с линейной скоростью v по окружности, то на нее
действует со стороны магнитного поля сила Лоренца Fb = eBv/c,
направленная по радиусу. Пусть имеется еще некоторое электрическое поле
Е. В силу симметрии на плоскости z = 0 оно может быть направлено только в
радиальном направлении, так что полная сила равна
F = eBv/c+ еЕ.
Если частица вращается вместе с силовыми линиями магнитного поля, то эта
сила должна равняться нулю.
Можно сказать и наоборот: если в заштрихованной области имеется
электрическое поле, компенсирующее силу Лоренца, то вся область вращается
как жесткое тело со всеми своими заряженными частицами и силовыми
линиями. Так как сила Лоренца направлена перпендикулярно к магнитному
полю, то и электрическое поле направлено перпендикулярно к силовым
линиям. Другими словами, силовые линии внутри магнитосферы
эквипотенциальны, так как продольная к полю компонента электрического
поля равна нулю. Чтобы существовало электрическое поле, магнитосфера
должна быть заполнена заряженными частицами, т. е. плазмой. Поверхность
пульсара также должна иметь заряды - отрицательный ближе к меридианной
плоскости и положительный - ближе к полюсам. Электрические поля на
пульсаре достигают фантастических величин, поскольку и скорость вращения,
и величина магнитного поля исключительно высоки. Но внутри магнитосферы
О
Рис. 37. Силовые линии магнитного поля вращающейся нейтронной звезды
находятся внутри цилиндра с радиусом Ко, который вращается со скоростью
света с = Ко/со вместе с нейтронной звездой. Силовые линии магнитного
поля вне цилиндра расходятся спирально.
10. Физика пульсара
95
это не очень-то сильно влияет на движение частиц - ведь вдоль магнитного
поля силы на заряженные частицы не действуют.
Картина резко меняется за пределами магнитосферы. Силовые линии здесь не
могут замкнуться - ведь они протыкают световой цилиндр и за его пределами
они становятся спиральными подобно струйкам Сегнерова колеса. Это значит,
что в области вне магнитосферы появляется радиальная компонента
электрического поля, которая вырывает заряженные частицы из поверхности
пульсара и ускоряет их до огромных энергий. Вылетая на границу светового
конуса, они порождают мощное радиоизлучение, которое и воспринимается
земными антеннами.
Если ось диполя не совпадает с осью вращения пульсара, то картина
становится еще сложнее. Впрочем, давайте спустимся с небес на поверхность
пульсара и попытаемся понять, а что же из себя представляет нейтронная
звезда.
Оказывается, что нейтронная звезда в чем-то похожа на Землю (рис. 38).
Если не вдаваться в детали строения глубинных слоев пульсара, то
упрощенно можно сказать, что у пульсара имеется твердая кора (2), выше
которой расположены атмосфера (1), а ниже коры располагаются слои
ядерного вещества, плотность и состав которого изменяется по мере
углубления. Начнем снаружи. Ясно, что самый верхний слой (1) является и
самым легким. Если он может быть в газообразном состоянии, то это -
аналог нашей атмосферы. Затем следует твердая оболочка, плотность которой
возрастает по мере углубления. Эта оболочка составлена, в основном, из
ядер железа, плавающих в "растворителе" - смеси электронов и нейтронов.
Поскольку вещество сильно сжато, то оно должно быть твердым, т. е.
кристаллическим. Если углубляться внутрь пульсара, то вещество,
подвергаясь сильному сжатию, будет все больше и больше походить на
ядерную материю, из которой составлены ядра наших атомов. Давайте немного
порассуждаем о верхних слоях пульсара.
Рис. 38. Схематическое изображение нейтронной звезды: 1 - сверхплотное
ядро, окруженное твердой корой - 2, над которыми находится атмосфера 3.
96
10. Физика пульсара
Прежде всего, оценим величину д ускорения свободного падения в поле силы
тяжести на поверхности пульсара. Для этого можно поступить следующим
образом. Найдем сначала ускорение Земли при его вращении вокруг Солнца:
Здесь дв - ускорение Земли, Т = 3 х 107 сек - период вращения Земли, т.
е. один год, Re = 150 млн км - расстояние Земли от Солнца. Приближенно
находим: дв = 6 х 10_3 см-сек-2.
Радиус пульсара г о и 15 км в 107 раз меньше радиуса орбиты Земли Re-
Поэтому для пульсара с массой Солнца ускорение д должно быть в 1014 раз
больше, чем величина дв• Обычно считается, что масса пульсара несколько
