Космические рубежи теории относительности

Подводя итоги, можно сказать, что у астрономов, занимающихся проблемами нейтронных звёзд, имеются веские основания считать, что эти звёзды быстро вращаются вокруг оси и обладают мощными магнитными полями. К тому же они учитывают, что ось вращения нейтронной звезды может быть не параллельна её магнитной оси - ведь магнитная ось Земли наклонена по отношению к её оси вращения, так что компас показывает не совсем точно на Северный географический полюс.

РИС. 7.7. Строение нейтронной звезды. Астрономы считают, что нейтронные звёзды очень быстро вращаются и обладают мощными магнитными полями. Основные свойства пульсаров, по-видимому, определяет излучение, исходящее из северного и южного магнитных полюсов.

Основываясь на этих соображениях, можно нарисовать картинку (рис. 7.7), иллюстрирующую основные свойства нейтронной звезды. Сама нейтронная звезда очень мала - от 15 до 20 км в диаметре. Скорость её вращения очень высока, а направление мощного магнитного поля наклонено к оси вращения.

Необходимо учесть, что, хотя в недрах нейтронной звезды содержатся почти исключительно нейтроны, на её поверхности всё же имеется множество заряженных частиц (протонов и электронов). При попадании этих заряженных частиц в области сильных магнитных полей у северного и южного магнитных полюсов звезды они ускоряются и поэтому сильно излучают электромагнитные волны. Иными словами, вследствие взаимодействия заряженных частиц с магнитным полем вблизи северного и южного магнитных полюсов нейтронной звезды должны испускаться мощные потоки электромагнитного излучения. Но так как звезда в целом быстро вращается, то эти два пучка излучения должны кружить по небу. Если Земля окажется случайно на пути одного из этих пучков, то радиоастрономы зарегистрируют импульсы излучения всякий раз, когда пучок будет направлен по лучу зрения земного наблюдателя. В этом смысле нейтронная звезда работает как вращающийся луч маяка. Импульс излучения наблюдается всякий раз, когда пучок света идет по лучу зрения.

Все известные сейчас свойства пульсаров поддаются объяснению в рамках описанной модели нейтронной звезды - наклонного ротатора. И эта теория так хорошо соответствует данным наблюдений, что сейчас найдется мало астрономов, которые ещё сомневаются в существовании нейтронных звёзд. То, что когда-то считалось плодом чистой фантазии, оказывается, на самом деле существует в природе.

РИС. 7.8. Телевизионная установка для наблюдения NP 0532. Импульсы видимого света от пульсара в центре Крабовидной туманности были обнаружены с помощью телевизионной камеры и вращающегося диска с прорезями, который периодически перекрывал приходящий пучок света (с разными частотами).

Но если пульсар проявляет себя как быстро вращающаяся нейтронная звезда, то естественно задаться вопросом - почему наблюдаются только импульсы радиоволн? Может быть, удастся обнаружить также пульсацию видимого света? Эта мысль пришла на ум группе астрономов обсерватории Китт Пик в конце 1968 г. Они направили свой телескоп на звёзды в центре Крабовидной туманности и провели видеозапись их изображений с помощью телевизионной установки, показанной на рис. 7.8. Между телескопом и телекамерой они поместили вращающийся диск с прорезями. Вращая этот диск с разными скоростями, они могли прерывать входящий пучок света с разной частотой. Оказалось, что одна из звёзд действительно гаснет и вспыхивает в диапазоне видимого света 30 раз в секунду. Однако, несмотря на упорные поиски, такие вспышки света удалось наблюдать только у пульсара Крабовидной туманности (NP 0532, рис. 7.9).

РИС. 7.9. Пульсар NP 0532. На этих двух телевизионных изображениях звёзд в центре Крабовидной туманности пульсар NP0532 виден сначала во время вспышки, а затем в перерыве между вспышками. (Ликская обсерватория.)

По мере того как объяснение пульсаров в качестве нейтронных звёзд постепенно завоевывало общее признание, астрофизики стали всё чаще обращаться к расчётам, касающимся природы «мёртвых» звёзд. В ЭВМ вводились в виде программ данные о физических законах и необходимых математических операциях; тем самым астрофизики ставили перед ЭВМ задачу рассчитать характерные черты структуры белых карликов и нейтронных звёзд. На рис. 7.10 приводится взаимосвязь между массой и плотностью мёртвых звёзд. Устойчивым звездам, которые могут существовать в природе, соответствуют только два участка кривой, выданной ЭВМ. Из графика видно, что плотность в центре белого карлика составляет около 60 тонн на кубический сантиметр. Однако в центре нейтронной звезды плотность столь велика, что в кубическом сантиметре содержится около 2 миллиардов тонн вещества!

РИС. 7.10. График зависимости массы от плотности для мёртвых звёзд. Плотность вещества белого карлика составляет около 60 т/см³ В нейтронной звезде плотность равна примерно 2 миллиардам тонн на кубический сантиметр.