Теория тяготения и эволюция звезд - Зельдович Я.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Объяснение этих особенностей сводится к следующему: представим себе пульсар в равновесном состоянии, центробежная сила уравновешена тяготением и давлением при определенной сплюснутости пульсара, весь пульсар вращается как целое. В полном равновесии нет скалывающих напряжений в веществе пульсара и нет дифференциального вращения. Вращение пульсара постепенно замедляется за счет отдачи энергии и момента. При этом прочность твердой, кристаллической оболочки препятствует плавному изменению форм в соответствии с уменьшением центробежной силы. В оболочке накапливаются упругие напряжения сдвига. В некоторый момент, по достижении критического напряжения — предела прочности, происходят сдвиги, т. е. то, что образно называется «звездотрясение». При этом момент инерции звезды внезапно уменьшается, а скорость вращения также внезапно увеличивается. Именно такое явление наблюдено, изменение периода пульсара составляет порядка 10~8 самого периода, что соответствует изменению среднего радиуса на 0,01 см (впрочем, вероятно, правильнее было бы относить изменение периода к изменению сплюснутости).
Однако после звездотрясения скорость вращения твердой оболочки увеличивается больше, чем скорость вращения жидкого ядра, т. е. возникает дифференциальное вращение; в течение последующего периода (около недели) происходит дополнительное замедление оболочки за счет обмена моментом с внутренним жидким ядром. Именно в этом периоде играет роль сверхтекучесть ядра (детальная картина явления зависит также от распределения магнитного поля и от магнитной связи ядра и оболочки). Наблюдаемый период пульсара соответствует вращению оболочки; усиленное торможение после звездотрясения действительно было обнаружено. После выравнивания вращения оболочки и ядра наступает новый цикл.
Детальное исследование изменений периода является настоящим триумфом мастерства наблюдателей и остроумия теоретиков. Тщательные исследования малых уклонений периода позволяют судить о свойствах вещества — его прочности, сверхтекучести при плотности порядка ядерной, позволяют определить массу жидкого ядра в нейтронной звезде. пульсары в галактикё
437
§ 6. Пульсары в Галактике
Вывод о том, что пульсары находятся в нашей Галактике, следует из их концентрации к галактической плоскости (см. рис. 63) и из измерений величины §nedl, где пе — число электронов В CM3i a Z — длина пути между пульсаром и Землей. Интеграл §nedl можно измерить благодаря эффектам, связанным с распространением радиоволн от пульсара через межзвездную среду. Открытие пульсаров в Крабовидной туманности и в «Веле» окончательно решило вопрос о галактической природе пульсаров и указало на то, что пульсары являются остатками вспышек сверхновых.
Себерйый галактический полюс
Южный галактический полюс
Рис. 63. Распределение пульсаров по небу (галактические координаты).
Наблюдаемые 50 пульсаров находятся на расстояниях, меньших нескольких тысяч парсек, и их возраст, согласно имеющимся оценкам (см. ниже), в большинстве случаев должен быть порядка IO7 лет. Из этой картины следует, что наша Галактика содержит IO4 пульсаров с такими же характеристиками, как у тех, которые мы сумели зарегистрировать. Если пульсары обладают карандашной диаграммой, их число — IO5. Предполагая, что пульсары рождаются с одной и той же частотой в течение всего космологического времени (— IO10 лет), но активны только в течение первых IO7 лет после рождения, мы найдем, что общее число пульсаров, активных и неактивных, порядка IO7 — IO8 в нашей Галактике. Соответствующее число вспышек сверхновых в течение IO10 лет в нашей Галактике согласно оценкам порядка IO8. Конечно, подобные рассуждения слишком грубы для того, чтобы на их основании отдать предпочтение одному из двух мыслимых типов диаграммы. 438
ііульсарьі
[ГЙ. 13
Весьма интересен вопрос о судьбе пульсаров «старшего возраста». Почему не наблюдены пульсары с периодом 10 или 30 секунд? По формуле, связывающей период T и возраст t,t = = 5 -IO6T72 (t в годах, T в секундах), такой период соответствует возрасту 5-108ч-5-109 лет. Возможно, что при T больше 4ч-5 секунд радиоизлучение резко падает и потому наблюдение затруднено. Причиной может быть уменьшение магнитного поля либо ослабление плазменных механизмов излучения.
Интересная гипотеза выдвинута Шварцманом (1970е): он предполагает, что после того как интенсивность излучения упала ниже определенной величины, происходит смена эжекции плазмы аккрецией. При аккреции на вращающуюся магнитосферу пульсара возможно прекращение радиоизлучения, что объяснило бы отсутствие долгопериодических пульсаров.
Шварцман, однако, дает более смелое решение: он предполагает, что аккреция также сопровождается периодическими импульсами радиоизлучения и разделяет пульсары на два класса^— эжек-ционные и аккреционные. При аккреции энергия черпается не из энергии вращения и период увеличивается медленнее, чем на предыдущей стадии. Разделение известных пульсаров на две группы, произведенное в цитированной работе, нельзя считать статистически достоверным; окончательное подтверждение или опровержение гипотезы — дело будущего.
