Пульсары и нейтронные звезды

Кадр 1

ПУЛЬСАРЫ И НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ

Кадр 2

К сведению учителя Диафильм посвящён одному из самых замечательных открытий в области астрофизики, благодаря которому несколько лет назад были обнаружены давно предсказанные теоретиками «нейтронные звёзды». О них следует рассказывать в связи с изучением программного материала о сверхновых звёздах, нашей Галактике и об эволюции звёзд. Пример записи радиоизлучения пульсара

Кадр 3

В 30-х годах рядом учёных, и в их числе выдающимся советским физиком Л. Д. Ландау, было предсказано существование сверхплотных звезд. Звёзды эти состоят преимущественно из нейтронов и поэтому называются нейтронными.

Кадр 4

Многие годы астрономы тщетно пытались их обнаружить. Но вот в 1967 г. при испытании радиотелескопа в Кембридже (Англия) сотрудники профессора Хьюиша столкнулись с непонятным явлением.

Кадр 5

Слабый радиосигнал, приходивший из определённой части неба, длился всего несколько сотых долей секунды, затем прерывался и появлялся вновь.

Кадр 6

«Разумная» повторяемость импульсов излучения наводила на мысль о внеземной цивилизации. Полгода спустя выяснилось, что это новые небесные тела. Их назвали пульсарами. CP 1919 — первый из открытых пульсаров. Интервал между его импульсами 1,33730113 сек.

Кадр 7

Первая буква в обозначении пульсара говорит, в какой обсерватории он был открыт, вторая — обозначает само слово «пульсар»; две первые цифры — часы прямого восхождения, а две последние — минуты прямого восхождения. Расшифруйте обозначения CP 1919 и PP 0943. В каких созвездиях находятся эти пульсары? C — обсерватория в Кембридже H — Гарвардская обсерватория (США). N — Национальная обсерватория (США) (Грин Бэнк) P — Советская обсерватория в Пущино (под Москвой) J — Английская обсерватория Джодрелл Бэнк M (или PSR) — обсерватория в Молонгло (Австралия)

Кадр 8

Исследование пульсаров в Пущино (обсерватория Физического института АН СССР) ведётся с помощью большого радиотелескопа, лишь часть которого вы видите на фотографии. Здесь советские учёные открыли пульсар PP 0943. Так выглядит документальная запись радиоизлучения этого пульсара на разных частотах.

Кадр 9

Этот пульсар исследовали и американские астрономы в обсерватории Аресибо, где имеется 300-метровый радиотелескоп.

Кадр 10

Период повторяемости импульсов у разных пульсаров различен. Самый длинный — около 5 сек, самый короткий — 0,033 сек.

Кадр 11

Тщательные радио наблюдения пульсаров выявили особенности их излучения. Например, оказалось, что форма и амплитуда сигнала меняются от импульса к импульсу.

Кадр 12

Хотя и медленно, но растёт период следования импульсов, заметнее всего—у пульсара в Крабовидной туманности. Его период (0,033 сек.) удваивается за… 1000 лет! Ежесуточно период пульсара увеличивается примерно на 4·10⁻⁸ сек.

Кадр 13

Кроме того, наблюдаются скачки, изменяющие период на 10⁻¹¹—10⁻¹² сек. в исключительном случае—на 10⁻⁷ сек. (пульсар PSR 0833 в созвездии Парусов).

Кадр 14

Сейчас открыто около 100 пульсаров. Вы видите расположение некоторых из них. Пульсары входят в состав Галактики и удалены от нас на сотни и тысячи парсек.

Кадр 15

Обычно пульсары излучают в радиодиапазоне и не видны в оптические телескопы. Исключение — пульсар NP 0532 — слабенькая звёздочка (17ᵐ) в центре Крабовидной туманности.

Кадр 16

Учёным удалось, используя метод специальных телевизионных наблюдений, проследить весь цикл изменения оптического блеска этого пульсара.

Кадр 17

Уникальный этот пульсар, излучающий не только в радио-, оптическом, но в рентгеновском и гамма-диапазонах, самый молодой из известных пульсаров. Он возник в 1054 г. вместе с туманностью в результате взрыва сверхновой звезды.

Кадр 18

Положение PSR 0833 в туманности Парус X. Скорее всего так же произошли и другие пульсары. Но пока что связь с расширяющейся туманностью установлена только для двух пульсаров: NP 0532 и PSR 0833.

Кадр 19

Взрыв и последующее сжатие звезды приводят к образованию нейтронных звёзд, радиусы которых не более 10 км, массы близки к массе Солнца, а плотность в центре сравнима с плотностью ядер атомов. Как вычислить плотность нейтронной звезды?

Кадр 20

После сжатия медленно вращавшиеся звёзды начинают стремительно вращаться (почему?). Силовые линии магнитного поля сгущаются, напряжённость его возрастает и достигает огромных значений.

Кадр 21

Но даже сформировавшиеся нейтронные звёзды постепенно замедляют своё вращение (период пульсара растёт). Освобождающаяся энергия расходуется на излучение электромагнитных волн и ускорение выбрасываемых звездой частиц.

Кадр 22

Одна из моделей пульсара — нейтронная звезда, ось вращения которой не совпадает с магнитной. Вокруг такой звезды создаётся переменное магнитное поле и возникают периодические импульсы излучения.

Кадр 23

Источник радиоизлучения, возможно, находится в магнитосфере звезды, и тогда его линейная скорость сравнима со световой (почему?). Когда он приближается к нам, вследствие эффекта Доплера наблюдаемая мощность излучения резко возрастает, при удалении — падает.

Кадр 24

Согласно другой гипотезе выбрасываемые нейтронной звездой быстрые электроны возбуждают в её плазменной оболочке колебания, сопровождающиеся мощным излучением электромагнитных волн. Источник такого направленного излучения подобен мазеру.

Кадр 25

Кроме «обычных» пульсаров и уникального NP 0532 открыты рентгеновские пульсары. Вероятно, это нейтронные звёзды, входящие в состав затменных двойных пар: в них газ с обычной звезды падает на нейтронную — выделяется гравитационная энергия. Вот тогда-то нейтронная звезда начинает проявлять себя как рентгеновский пульсар.

Кадр 26

Запись излучения рентгеновского пульсара. Таков, например, рентгеновский пульсар в созвездии Геркулеса (Геркулес X–1). Он отождествлён с неправильной переменной звездой, которая за 1,7 суток меняет свой блеск от 14m,8 до 13m,2.

Кадр 27

Этот источник наблюдается с перерывами. Например, после 1,7 суток «работы» он 5,6 часа молчит. Перерывы происходят, когда обычная звезда затмевает нейтронную.

Кадр 28

Переменность обычной звезды вызвана тем, что её фотосфера поглощает и перерабатывает рентгеновское излучение нейтронной звезды.

Кадр 29

Удивительно строение нейтронной звезды. Она при температуре в миллион градусов имеет… твёрдую кору! А вещество «мантии» и «ядра», несмотря на колоссальную температуру и давление, обладает свойствами, встречающимися на Земле только у жидкого гелия (вблизи абсолютного нуля).

Кадр 30

Но это ещё не всё. На поверхности нейтронной звезды огромное ускорение силы тяжести. Оно исключает возможность существования гор, а падение даже самого лёгкого (по земным представлениям) предмета может привести к мощному взрыву. По этим и многим другим причинам космонавтам никогда не придётся осваивать нейтронные звёзды.

Кадр 31

Итак, открытие пульсаров позволило начать исследования необыкновенных свойств нейтронных звёзд и помогло выявить конечную стадию эволюции звёзд определённой массы (1,2M₀<M<2M₀).

Кадр 32

КОНЕЦ Диафильм по астрономии для классной и факультативной работы в 10 кл. сделан по заказу Министерства просвещения СССР Автор кандидат педагогических наук Е. ЛЕВИТАН Художник-оформитель Н. ДУНАЕВА Редактор В. ЧЕРНИНА Студия «Диафильм» Госкино СССР, 1975 г. 101000, Москва, Центр, Старосадский пер., д. № 7 Цветной 0-30 Д-044-75