Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Магнитное поле увлекает эту плазму так, что она вращается вместе со звездой; излучающая плазма находится на таком расстоянии от звезды (точнее, от оси вращения), что ее скорость вращения равна 0,8 ч-0,9 скорости света. Это расстояние равно — 1300 км для пульсара в Крабовидной туманности (кратко «Кр») и — 65000йл? для пульсара с периодом 1,3 сек.
За счет эффекта Доплера наблюдаемая частота максимальна, когда источник движется к наблюдателю. Резко меняется (пропорционально 4-й степени частоты) и общая интенсивность излучения. В результате получается карандашная диаграмма излучения пульсара как целого.
Такое кинематическое объяснение направленности особенно привлекательно в свете того, что пульсар «Кр» испускает не только радиоизлучение, но и оптическое и рентгеновское излучение. Во всех этих диапазонах длительность излучающей фазы приблизительно одинакова и составляет около 6% длительности всего 422
пульсары
[гл. із
цикла, что соответствует одинаковому углу раскрытия диаграммы направленности порядка 0,3 радиана.
В первой точке зрения приблизительное совпадение диаграмм направленности в разных спектральных участках требует специ-
Г ,: ~~~ ' Г---" T
L ' , ___
Рис, 62. Пульсар в Крабовидной туманности.
ального доказательства. Вместе с тем поляризация радиоизлучения пульсара доказывает, что вторую точку зрения нельзя понимать буквально: если бы мы имели дело с движущимся источником хаотического излучения, доплер-эффект мог бы сделать излучение направленным, но не поляризованным. Между тем закономерно изменяющаяся поляризация наблюдается как в радиодиапазоне, общий обзор, излучение пульсаров
423
так и в оптическом. Таким образом, наиболее вероятно, что все эффекты (влияние магнитного поля на движение и излучение отдельных электронов, влияние поля на коллективное излучение и общее движение излучающей области, связанное с вращением пульсара) принимают участие в формировании диаграммы направленности. Измерение поляризации рентгеновского излучения весьма желательно!
Абсолютная интенсивность излучения, принимаемого на поверхности Земли, характеризуется для пульсара «Кр» следующими величинами: на радиочастоте v = 108 гц F = 10 единиц потока, в оптической области (1015 гц) 10~2 единицы и в рентгеновской области (IOle гц) IO"4 единицы. Единица потока равна
IO"26 ватт!м2 • гц. Пересчет на полную мощность L = 4nr2 J Fdv дает для трех диапазонов, приведенных выше, Lpaдио = 10эрг!сек, ?опт = IO34 эрг/сек, LpeHTr = Ю36 эрг!сек. Наконец, задаваясь размером излучающей области, можно найти эффективную яркостную температуру излучения. Пока Iiv < kTbl имеет место формула
кТъ = -С?-У*. По этой формуле Гинзбург (1971) (оттуда же
заимствованы и предыдущие оценки) получает Tbt радио = IO26 0K, ^bt опт = IO9 °К, Tb, рентг = 10 °К, принимая размер излучающей области 5-Ю7 см. Для рентгеновского излучения условие hv<kTb нарушено, и следовало бы истинную (а не условную «рэлей-джинсовскую») температуру искать по формуле Планка,
T , пла К = ** fin Ii + --TT= 6. IO5 °К. Впрочем, так как
к I \ Kj- рэл.-дж. Ji
рентгеновское излучение явно не тепловое, спектр его степенной, а не экспоненциальный, Tb, Планк имеет не больше физического CA ыс-ла, чем Гь, рэл.-дж.
Отметим, что потоки излучения, принимаемые на Земле, усреднены по циклу, таким образом, максимальные (пиковые) значения по крайней мере в 30 раз больше. G другой стороны, при подсчете L не принималась во внимание направленность излучения, что приблизительно компенсирует неравномерность во времени. Для всех других известных пульсаров радиоизлучение того же порядка, что и для пульсара «Кр», однако оптическое и рентгеновское излучение у них не обнаружено. В частности, не обнаружено оптическое излучение пульсара «Вела» с периодом 0,089 сек. В последнее время сообщается об открытии пульсации рентгеновского источника Cyg XI с периодом 0,072 сек; тщательные поиски не обнаружили ни пульсирующего, ни постоянного оптического или радиоизлучения в соответствующем направлении.
Необычайно высокие температуры радиоизлучения с несомненностью указывают на коллективный механизм возбуждения радиоволн. Температура излучения не может быть выше эффективной 424
пульсары
[гл. із
температуры излучающих единиц, иначе поглощение излучения («самопоглощение в источнике») превышает излучение. Очевидно однако, что энергия отдельных частиц — электронов, протонов — не достигает IOa2 эв. Здесь возможны два решения В первом варианте по-прежнему излучают отдельные частицы; средняя энергия их порядка IO8 или IO11 эя и гораздо скромнее указанной выше,
din 1 .
но распределение по энергии не максвелловское, дЕ — -^r- ;
в частности, может быть ^^ - ^>0 (инверсия) в какой-то области
спектра. Здесь / — плотность электронов в фазовом пространстве. Выписанное условие соответствует «активной» среде, усиливающей излучение, как в лазере. Другой вариант заключается в том, что плазменные неустойчивости вызывают возбуждение мощных колебаний (например, при прохождении тока, т.е. при встречном движении электронов и протонов), в которых в одной фазе колеблются и излучают большие группы электронов, и Tb характеризует энергию целых> групп. Тем не менее, для рентгена число заполнения фотонами состояний электромагнитного поля п = = (eh"tkT — і)"1 мало по сравнению с единицей. Число заполнения является инвариантом, оно одинаково в любой системе координат и, в частности, не меняется при доплеровском изменении частоты.
