<<
>>

2. «Ярче тысячи Солнц»

Все обычные звезды теряют вещество независимо от того, входят они в двойную систему или нет. Первые космические полеты показали, что от Солнца непрерывно истекает поток заряженных частиц со скоростью в несколько сотен километров в секунду.

Этот поток плазмы был назван солнечным ветром.

Для характеристики мощности этого потока можно применить ту же величину М. Темп истечения вещества из Солнца примерно равен 1О~14М0/год. Из-за истечения масса Солнца уменьшается вдвое за время, равное 1014 лет, что много больше его возраста. Значит, солнечный ветер не оказывает никакого влияния на эволюцию Солнца. Такие же ветры наблюдаются у других звезд. Причем замечено, что чем ярче звезда, тем мощнее ее звездный ветер. У голу- бых сверхгигантов темп истечения достигает 10 М0/год,

              с

а у звезд Вольфа—Райе — примерно 10 М0/год. Много это или мало?

Посчитаем, какова будет мощность гравитационной машины, если ее к. п. д. равен 10 % :

(16)

Получается, что если всего лишь Viooo часть вещества звездного ветра, истекающего с голубого сверхгиганта, попадет на релятивистскую звезду, вспыхнет источник «ярче тысячи Солнц».

Но как крошечная по площади нейтронная звезда может излучать такое огромное количество энергии? Очевидно, только за счет высокой температуры. Мы прикидывали, что площадь нейтронной звезды в 5 миллиардов раз меньше площади Солнца. Для того чтобы иметь светимость в 1000 раз большую, чем у Солнца, согласно закону Стефана— Больцмана необходимо иметь температуру в у/5 • 109 * 1000 « 1500 раз выше, чем у Солнца. Температура нейтронной звезды должна составлять десятки миллионов градусов. Фотоны, излученные телом, нагретым до такой температуры, имеют энергию ~1000 эВ. А это уже рентгеновский диапазон спектра.

Кванты с такой энергией не проходят сквозь атмосферу Земли. Атмосфера состоит из нейтральных атомов. Нейтральные атомы могут поглощать свет только в узких линиях спектра, при переходе с уровня на уровень. Но это справедливо только до тех пор, пока энергия влетевшего в атмосферу Земли кванта недостаточна для ионизации атомов. Энергия ионизации различных атомов составляет десятки электрон-вольт. А рентгеновский квант имеет энергию в сотни раз большую. Рентгеновское излучение, проходя через воздух, ионизует его атомы и полностью им поглощается. Поэтому для регистрации рентгеновского излучения нужно выйти за плотные слои атмосферы.

В 1962 году группа американских астрофизиков, возглавляемая Риккардо Джиаккони, запустила на ракете «Аэро- би-150» специальную аппаратуру для наблюдения рентгеновского излучения. «Специальная» аппаратура состояла из трех счетчиков Гейгера, способных принимать фотоны с энергией от 1600 до 6200 эВ8\

История рентгеновской астрономии тесно переплетается — как в теоретическом, так и в аппаратурном плане — с историей атомной физики. Счетчик Гейгера немногим слож-

81

’ Рентгеновское излучение Солнца было открыто еще раньше, в 1948 г., с помощью ракеты, поднявшейся на высоту 200 км.


нее электрометра, с помощью которого были открыты космические лучи. Принцип работы счетчика Гейгера основан на способности рентгеновских фотонов ионизовать газ.

Представьте, что между двумя электродами, подключенными к источнику высокого напряжения, поглотился рентгеновский квант (рис. 50). Энергия кванта ушла на ионизацию атома. Освободившийся (затравочный) электрон ускоряется в электрическом поле и ионизует другие атомы, рождая целую лавину электронов, — возникает ток. Такой счетчик называют пропорциональным газоразрядным счетчиком. Пропорциональным — потому что ток на выходе пропорционален энергии поглощенного фотона (чем больше энергия фотона, тем больше количество затравочных электронов).

Чтобы сделать счетчик направленным, его помещают в защитный кожух с окошечком.

Как только ракета с аппаратурой вышла за плотные слои земной атмосферы, с ее борта начали поступать сигналы, показавшие, что счетчики регистрируют переменное рентгеновское излучение. Период рентгеновского потока в точности равнялся периоду вращения ракеты вокруг своей оси. Вращение ракеты позволяло найти (хотя и грубо) направление на источник. Оказалось, что рентгеновское излучение приходит из созвездия Скорпиона. Так был открыт первый рентгеновский источник вне Солнечной системы — Скорпион Х-1 (X (икс) — от англ. Х-гау — «рентгеновские лучи»). Рентгеновский поток был столь велик, что долгое время ученые боялись «отодвинуть» источник за пределы Солнечной системы. Так, например, если положить расстояние до него равным 1000 световых лет, то его светимость в десятки тысяч раз будет превосходить светимость Солнца.

В 1967 году Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков и независимо И. С. Шкловский предположили, что Скорпион Х-1 — это двойная система, в которой нейтронная звезда перехватывает вещество, истекающее с нормальной звезды, и излучает в рентгеновском диапазоне. Но это была гипотеза, а строгих доказательств не было.

Пока рентгеновская астрономия делала первые, но обдуманные шаги, радиоастрономы случайно открыли нейтронные звезды (мы рассказывали об открытии радиопульсаров в гл. III). Это открытие подхлестнуло работу теоретиков. С 1967 по 1971 год в Советском Союзе целая группа молодых астрофизиков под руководством Я. Б. Зельдовича повела широкое наступление на проблему исследования аккрецирующих релятивистских звезд.

В 1969 году впервые было рассмотрено формирование спектра аккрецирующей нейтронной звезды. Расчеты доказывали, что нейтронные звезды должны быть источником рентгеновского излучения. Как первое приближение была рассмотрена нейтронная звезда без магнитного поля. Однако явление радиопульсаров прямо показывает, что магнитные поля у нейтронных звезд есть и они могут играть важную роль при аккреции вещества на их поверхность.

Аккрецируемое вещество в двойной системе — это плазма, прекрасно проводящая электрический ток. При характерном для двойных систем темпе аккреции магнитные поля начинают влиять на движение вещества на расстояниях в несколько тысяч километров, т. е. на расстояниях, в сотни раз превосходящих размеры самой нейтронной звезды. Вещество под действием поля начинает двигаться анизотропно.

Значит, и излучать нейтронная звезда будет анизотропно. Вращение звезды сделает излучение пульсирующим!

Примерно в это же время В. Ф. Шварцман, ученик Я. Б. Зельдовича, выдвинул смелую идею о необходимости существования рентгеновских пульсаров в тесных двойных системах. Он рассуждал следующим образом. Поместим мысленно какой-нибудь радиопульсар, например радиопульсар в Крабовидной туманности, в двойную систему. Такой пульсар излучает (эжектирует) мощные потоки электромагнитных волн и релятивистских частиц. Давление эжектируемых потоков настолько велико, что все вещество звездного ветра «выметается» из двойной системы и аккреция невозможна.

Но вечно так продолжаться не может. Ведь пульсар теряет энергию вращения — значит, замедляется. По мере замедления падают его светимость и давление, отбрасывающее звездный ветер. Обязательно наступит момент, когда радиопульсар настолько «пожухнет», что аккрецирующее вещество под действием притяжения устремится к нейтронной звезде. Излучение пульсара затухло, но аккреция еще невозможна. Ей мешает быстро вращающееся магнитное поле нейтронной звезды. Оно, подобно гигантскому пропеллеру, разбрасывает вещество, не давая ему упасть. Этот эффект позже был назван А. Ф. Илларионовым и Р. А. Сюняевым эффектом пропеллера. Отбрасывая вещество, пульсар продолжает тормозиться, и наконец, аккреция становится возможной. Вещество устремляется на магнитные полюса нейтронной звезды, где выделяется гигантская энергия. Вспыхивает рентгеновский пульсар, источник энергии которого — аккреция.

Этот сценарий казался слишком смелым и многими специалистами был воспринят весьма пессимистично.

Одновременно молодой астрофизик Н. И. Шакура рассмотрел дисковую аккрецию на черную дыру и доказал, что черная дыра в двойной системе должна быть источником рентгеновского излучения. Буквально через год все эти результаты были


Рис» 51» Три состояния нейтронной звезды в двойной системе: а — эжектирующий пульсар; 6 — «пропеллер»; в — аккрецирующая

нейтронная звезда

великолепно подтверждены наблюдениями с борта американского рентгеновского спутника «Ухуру».

Работы, выполненные советскими астрофизиками до запуска «Ухуру», объясняли практически все основные черты и свойства рентгеновских источников, открытых в 70-е годы прошлого века. Чтобы дать почувствовать вклад советских

«Ухуру»

ученых, достаточно сказать, что все работы, посвященные аккрецирующим нейтронным звездам до запуска «Ухуру», были выполнены в СССР. 

<< | >>
Источник: Ляпунов Владимир Михайлович. В мире двойных звезд. 2009

Еще по теме 2. «Ярче тысячи Солнц»:

  1. Глава 3                                                                                                               jjg Краткое описание психологической типологии К.Юнга
  2. Любительская лингвистика как орудие перекройки истории
  3. Иран
  4. Средняя пора
  5. 1.3 КАРИБСКИЙ РАКЕТНЫЙ КРИЗИС… И МАРС
  6. КРАСОТА — ВАЖНОЕ СРЕДСТВО ВОСПИТАНИЯ ДОБРОТЫ, ТРУДОЛЮБИЯ, СЕРДЕЧНОСТИ И ЛЮБВИ
  7. КАК ВОСПИТЫВАТЬ ЧУВСТВО ПРЕДАННОСТИ СОЦИАЛИСТИЧЕСКОЙ РОДИНЕ
  8. ТРУД В ЕГО ПСИХИЧЕСКОМИ ВОСПИТАТЕЛЬНОМ ЗНАЧЕНИИ
  9. КВАЗАРЫ
  10. Противоядие