Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Если вращающееся тело теряет энергию, оно всегда теряет (как раз с нужной скоростью) и угловой момент. Строгое ньютоновское доказательство дано Острикером и Ганном (1969), аналогичное доказательство в общей теории относительности получено Хартли (1970). См. § 14, гл. I. В работе Голдрейха и Юлиана (1969) рассматривается магнитный диполь, ось которого совпадает с осью вращения. Вначале принимается, что материал звезды проводит электричество, но заряды не могут стекать с поверхности.
В такой ситуации, очевидно, наружное магнитное поле постоянно, а следовательно, нет ни излучения энергии, ни торможения вращающегося тела.
В стационарном состоянии должен обращаться в нуль ток вдоль меридианов. Но ток в теле, движущемся в магнитном поле, пропорционален электрическому полю в движущейся системе, т. е.
комбинации JE —? где U1 H vi v измерены неподвижным
наблюдателем.
Условие отсутствия тока требует, чтобы вблизи поверхности вращающегося пульсара было тангенциальное (меридиональное) электрическое поле, притом противоположного знака в северном и южном полушарии. Решая задачу электростатики в вакууме с заданным распределением меридиональных полей на поверхности, 430
пульсары
tl\tt. 13
авторы приходят к выводу, что вокруг звезды имеется постоянное электрическое квадрупольное поле; электрический квадруполь-ный момент — порядка
,
где R — радиус звезды.
Но квадрупольное поле в вакууме обязательно имеет также нормальный компонент на поверхности звезды; по порядку величины
H(R)JL.
При H (R) = IO12 ас, со = 200 car1, R = IO6 см получим Er- IO10 ед. CGSE- 3-Ю12 в/см.
Разность потенциалов при этом порядка 3 • IO18 в.
Очевидно, что в такой ситуации нельзя надеяться на отсутствие тока. Заряды будут вырываться с поверхности и двигаться под совместным влиянием электрического и магнитного полей. Однако дальнейшее рассмотрение становится сложным и не проведено.
Отметим заключения, вытекающие из симметрии задач:
1) при точном совпадении осей плазменные эффекты приведут к выделению энергии, но пульсар не возникнет, так как явление не зависит от времени;
2) при не слишком большом наклоне магнитной оси к оси вращения (угол < 90°) физически различны ситуации с противоположным направлением магнитного диполя при данном направлении вращения. Скалярное произведение (шЯї) или (соіТ) не зависит от выбора правой или левой системы координат (два псевдовектора!) и выделяем определенный знак заряда. Наглядно при одном знаке электроны стекают с полюсов, а протоны стекают с экватора; при другом знаке с полюса стекают протоны, а с экватора электроны. Эти два случая должны различаться по характеру излучения и было бы интересно попытаться распределить пульсары на две группы в соответствии со знаком (со59ї).
Заряженные частицы движутся вдоль магнитного поля. Обычно предполагается, что совместное влияние электрического магнитного поля приводит к вращению заряженных частиц вместе с пульсаром, с его угловой скоростью вплоть до «светового радиуса» X = —, где скорость вращения равна с. Это вращение накладывается на радиальное движение со скоростью порядка с. Таким образом, пульсар генерирует релятивистские частицы.
Добавим условия удержания, т. е. потребуем, чтобы плотность
H2
энергии частиц (плазмы) была порядка энергии поля -g^- на световом радиусе. i 4 плазма в поле излучения вблизи пульсара 431
Тогда для потока энергии, уносимого плазмой, получится оценка, совпадающая с излучением диполя,— поток энергии плазмы порядка потока энергии электромагнитного поля. Этим объясняется отмеченное выше совпадение.
Итак, наряду с высокочастотным излучением пульсар отдает энергию окружающей среде в виде быстрых частиц и в виде излучения с частотой вращения.
В случае Крабовидной туманности энергия, получаемая ею от пульсара (1038 эрг!сек), по-видимому, существенно больше, чем излучение (IO3e эрг!сек). Как эта энергия разделяется на энергию частиц и энергию низкочастотного излучения, неизвестно.
Очевидно, что излучение с частотой 30 гц (и тем более
1 -г- 0,3 гц для других пульсаров) не может пройти через галактическую плазму.
В последнее время появляются интересные расчеты взаимодействия такого излучения с плазмой вблизи источника. См. об этом следующий параграф.
§ 4. Плазма в поле излучения вблизи пульсара
Вблизи пульсара плазма подвергается действию излучения огромной мощности. В этих условиях обычные формулы взаимодействия излучения с электронами, выведенные в линейном приближении, оказываются совершенно не применимыми.
В последние годы в этом вопросе достигнуты существенные результаты. Ниже мы ограничимся самым кратким изложением постановки вопроса и качественных особенностей и ссылками на литературу.
Начнем с рассмотрения магнито-дипольного излучения с частотой, равной частоте вращения пульсара; при оценках возьмем параметры пульсара «Кр».
Томсоновская теория рассеяния излучения справедлива лишь до тех пор, пока колебания электрона в поле волны — нерелятивистские. Из уравнения
