Астрофізики простежили, як нейтронні зірки «йдуть у тінь. Що це все означає? Як влаштовані нейтронні зірки

Зірки, у яких маса в 1,5-3 рази більше, ніж у Сонця, не зможуть наприкінці життя зупинити свій стиск на стадії білого карлика. Потужні сили гравітації стиснуть їх до такої щільності, коли відбудеться "нейтралізація" речовини: взаємодія електронів з протонами призведе до того, що майже вся маса зірки буде укладена в нейтронах. Утворюється нейтронна зірка. Найбільш масивні зірки можуть звернутися в нейтронні, після того, як вони вибухнуть як наднові.

Концепція нейтронних зірок

Концепція нейтронних зірок не нова: перше припущення про можливість їх існування було зроблено талановитими астрономами Фріцем Цвіккі та Вальтером Баарде з Каліфорнії в 1934р. (Дещо раніше в 1932 р. можливість існування нейтронних зірок була передбачена відомим радянським ученим Л. Д. Ландау.) Наприкінці 30-х років вона стала предметом досліджень інших американських вчених Оппенгеймера і Волкова. Інтерес цих фізиків до цієї проблеми був викликаний прагненням визначити кінцеву стадію еволюції масивної зірки, що стискається. Так як роль і значення наднових розкрилися приблизно в той же час, було висловлено припущення, що нейтронна зірка може виявитися залишком вибуху наднової. На жаль, з початком Другої світової війни увагу вчених переключилося на військові потреби і детальне вивчення цих нових і найвищою мірою загадкових об'єктів було припинено. Потім, у 50-х роках, вивчення нейтронних зірок відновили суто теоретично з метою встановити, чи вони стосуються проблеми народження хімічних елементів у центральних областях зірок.
залишаються єдиним астрофізичним об'єктом, існування та властивості яких були передбачені задовго до їх відкриття.

На початку 1960-х років відкриття космічних джерел рентгенівського випромінювання дуже обнадіяло тих, хто розглядав нейтронні зірки як джерело небесного рентгенівського випромінювання. До кінця 1967р. було виявлено новий клас небесних об'єктів - пульсари, що призвело вчених до замішання. Це відкриття стало найважливішою подією у вивченні нейтронних зірок, оскільки воно знову порушило питання походження космічного рентгенівського випромінювання. Говорячи про нейтронні зірки, слід враховувати, що їх фізичні характеристики встановлені теоретично і гіпотетичні, оскільки фізичні умови, що існують у цих тілах, не можуть бути відтворені в лабораторних експериментах.

Властивості нейтронних зірок

Вирішальне значення властивості нейтронних зірок надають гравітаційні сили. За різними оцінками, діаметри нейтронних зірок становлять 10-200 км. І цей незначний за космічним поняттям об'єм "набитий" такою кількістю речовини, яка може скласти небесне тіло, подібне до Сонця, діаметром близько 1,5 млн. км, а за масою майже в третину мільйона разів важчою за Землю! Природний наслідок такої концентрації речовини – неймовірно висока щільність нейтронної зірки. Фактично вона виявляється настільки щільною, що може бути навіть твердою. Сила тяжкості нейтронної зірки настільки велика, що людина важила б там близько мільйона тонн. Розрахунки показують, що нейтронні зірки сильно намагнічені. Згідно з оцінками, магнітне поле нейтронної зірки може досягати 1млн. млн. гаус, тоді як Землі воно становить 1 гаус. Радіус нейтронної зіркиприймається близько 15 км, а маса – близько 0,6 – 0,7 маси Сонця. Зовнішній шар є магнітосферою, що складається з розрідженої електронної та ядерної плазми, яка пронизана потужним магнітним полем зірки. Саме тут зароджуються радіосигнали, які є характерною ознакою пульсарів. Надшвидкі заряджені частинки, рухаючись спіралями вздовж магнітних силових ліній, дають початок різного роду випромінюванням. В одних випадках з'являється випромінювання в радіодіапазоні електромагнітного діапазону, в інших - випромінювання на високих частотах.

Щільність нейтронної зірки

Майже відразу під магнітосферою щільність речовини сягає 1 т/см3, що у 100 000 разів більше щільності заліза. Наступний за зовнішнім шаром має характеристики металу. Цей шар "надтвердої" речовини, що знаходиться в кристалічній формі. Кристали складаються з ядер атомів з атомною масою 26-39 і 58-133. Ці кристали надзвичайно малі: щоб покрити відстань в 1 см, потрібно вибудувати в одну лінію близько 10 млрд. кристаликів. Щільність у цьому шарі більш ніж у 1 млн. разів вища, ніж у зовнішньому, чи інакше, у 400 млрд. разів перевищує щільність заліза.
Рухаючись далі до центру зірки, ми перетинаємо третій шар. Він включає область важких ядер типу кадмію, але також багатий нейтронами і електронами. Щільність третього шару в 1000 разів більша, ніж попереднього. Глибше проникаючи в нейтронну зірку, ми досягаємо четвертого шару, щільність при цьому зростає незначно – приблизно вп'ятеро. Проте за такої щільності ядра вже не можуть підтримувати свою фізичну цілісність: вони розпадаються на нейтрони, протони та електрони. Більшість речовини перебуває у вигляді нейтронів. На кожен електрон та протон припадає по 8 нейтронів. Цей шар, по суті, можна розглядати як нейтронну рідину, забруднену електронами і протонами. Нижче за цей шар знаходиться ядро нейтронної зірки. Тут густина приблизно в 1,5 рази більша, ніж у вищележачому шарі. Проте навіть таке невелике збільшення щільності призводить до того, що частинки в ядрі рухаються набагато швидше, ніж у будь-якому іншому шарі. Кінетична енергія руху нейтронів, змішаних з невеликою кількістю протонів та електронів, настільки велика, що постійно відбуваються непружні зіткнення частинок. У процесах зіткнення народжуються всі відомі в ядерній фізиці частинки та резонанси, яких налічується понад тисячу. Ймовірно, є велика кількість ще не відомих нам частинок.

Температура нейтронної зірки

Температури нейтронних зірок порівняно високі. Цього слід очікувати, якщо врахувати, як вони виникають. За перші 10 – 100 тис. років існування зірки температура ядра зменшується до кількох сотень мільйонів градусів. Потім настає нова фаза, коли температура ядра зірки повільно зменшується внаслідок випромінювання електромагнітного випромінювання.

Це зірка, яка лишається після катастрофічного вибуху гігантської зірки.

Нейтронна зірка

Зірка середньої величини, наприклад Сонце, розмірами в мільйон разів перевершує таку планету, як Земля. Гігантські зірки в діаметрі в 10, а іноді і в 1000 разів більше Сонця. - це гігантська зірка, стисла до розміру великого міста.

Ця обставина і робить поведінку нейтронної зірки дуже дивною. Кожна така зірка дорівнює за масою гігантській зірці, але ця маса стиснута у надзвичайно малому обсязі. Одна чайна ложка нейтронної зірки важить мільярд тонн.

Ось як це відбувається. Після того, як зірка вибухає, її залишки стискаються під дією гравітаційних сил. Вчені називають цей процес колапсом зірки. У міру розвитку колапсу сила гравітації зростає, а атоми речовини зірки дедалі тісніше притискаються один до одного. У нормальному стані атоми знаходяться на значній відстані один від одного, тому що електронні хмари атомів взаємно відштовхуються. Але після вибуху гігантської зірки атоми так сильно притиснуті та спресовані, що електрони буквально впресовуються у ядра атомів.

Ядро атома складається з протонів та нейтронів. Електрони, що втиснуті в ядро, реагують з протонами, і в результаті утворюються нейтрони. З часом вся речовина зірки стає гігантським клубком спресованих нейтронів. Народжується нейтронна зірка.

У центрі галактики М82 можна побачити пульсар (рожевий)

Вивчіть пульсари та нейтронні зіркиВсесвіту: опис та характеристика з фото та відео, будова, обертання, щільність, склад, маса, температура, пошук.

Пульсари

Пульсариє сферичні компактні об'єкти, розміри яких не виходять за кордон великого міста. Дивно те, що за такого обсягу вони за масивністю перевершують сонячну. Їх використовують для дослідження екстремальних станів матерії, виявлення планет за межами нашої системи та вимірювання космічних дистанцій. Крім того, вони допомогли знайти гравітаційні хвилі, що вказують на енергетичні події, на кшталт зіткнень надмасивних. Вперше виявлено у 1967 році.

Що таке пульсар?

Якщо виглядати на небі пульсар, то здається звичайною мерехтливою зіркою, що йде за певним ритмом. Насправді їх світло не мерехтить і не пульсує, і вони не виступають зірками.

Пульсар виробляє два стійкі вузькі світлові промені в протилежних напрямках. Ефект мерехтіння створюється через те, що вони обертаються (принцип маяка). У цей момент промінь попадає на Землю, а потім знову повертається. Чому це відбувається? Справа в тому, що світловий промінь пульсара зазвичай не поєднується з його віссю обертання.

Якщо миготіння створюється обертанням, швидкість імпульсів відображає ту, з якою обертається пульсар. Всього було знайдено 2000 пульсарів, більшість з яких робить один оберт за секунду. Але є приблизно 200 об'єктів, які примудряються за той же час здійснювати по сотні обертів. Найбільш швидкі називають мілісекундними, тому що їх кількість обертів за секунду дорівнює 700.

Пульсари не можна вважати зірками, принаймні живими. Це швидше нейтронні зірки, що формуються після того, як у масивної зірки закінчується паливо, і вона руйнується. У результаті створюється сильний вибух - наднова, а щільний матеріал, що залишився, трансформується в нейтронну зірку.

Діаметр пульсарів у Всесвіті досягає 20-24 км, а за масою вдвічі більше сонячної. Щоб ви розуміли, шматочок такого об'єкта розміром із цукровий куб важитиме 1 мільярд тонн. Тобто у вас в руці міститься щось вагою з Еверест! Щоправда, є ще більш щільний об'єкт – чорна діра. Найбільш масивна досягає 2.04 сонячної маси.

Пульсари володіють сильним магнітним полем, яке від 100 мільйонів до 1 квадрильйону в раз сильніше земного. Щоб нейтронна зірка почала випромінювати світло подібне до пульсару, вона повинна мати правильне співвідношення напруженості магнітного поля і частоти обертання. Трапляється, що промінь радіохвиль може не пройти через поле зору наземного телескопа і залишитися невидимим.

Радіопульсари

Астрофізик Антон Бірюков про фізику нейтронних зірок, уповільнення обертання та відкриття гравітаційних хвиль:

Чому пульсари обертаються?

Повільність для пульсара - одне обертання за секунду. Найбільш швидкі розганяються до сотень обертів на секунду і називаються мілісекундними. Процес обертання відбувається тому, що зірки, з яких вони утворилися, також оберталися. Але, щоб дістатися такої швидкості, потрібне додаткове джерело.

Дослідники вважають, що мілісекундні пульсари сформувалися за допомогою крадіжки енергії у сусіда. Можна помітити наявність чужої речовини, яка збільшує швидкість обертання. І це не дуже добре для постраждалого компаньйона, який може повністю поглинутися пульсаром. Такі системи називають чорними вдовами (на честь небезпечного виду павука).

Пульсари здатні випромінювати світло у кількох довжинах хвиль (від радіо до гамма-променів). Але як вони це роблять? Вчені поки що не можуть знайти точної відповіді. Вважають, що за кожну довжину хвиль відповідає окремий механізм. Маякоподібні промені складаються з радіохвиль. Вони відрізняються яскравістю та вузькістю та нагадують когерентне світло, де частинки формують сфокусований промінь.

Чим швидше обертання, тим слабше магнітне поле. Але швидкості обертання достатньо, щоб вони випромінювали такі ж яскраві промені, як і повільні.

Під час обертання магнітне поле створює електричне, яке здатне привести заряджені частинки в рухомий стан (електричний струм). Ділянку над поверхнею, де домінує магнітне поле, називають магнітосферою. Тут заряджені частинки прискорюються до неймовірно високих швидкостей через сильне електричне поле. При кожному прискоренні вони випромінюють світло. Він відображається в оптичному та рентгенівському діапазоні.

А що з гамма-променями? Дослідження говорять про те, що їхнє джерело потрібно шукати в іншому місці біля пульсара. І вони нагадуватимуть віяло.

Пошук пульсарів

Головним методом для пошуку пульсарів у космосі залишаються радіотелескопи. Вони невеликі та слабкі в порівнянні з іншими об'єктами, тому доводиться сканувати все небо і поступово об'єктив потрапляють ці об'єкти. Більшість було знайдено за допомогою Обсерваторії Паркса в Австралії. Багато нових даних можна буде отримати з Антенної решітки у квадрантний кілометр (SKA), що стартує у 2018 році.

У 2008 році запустили телескоп GLAST, який знайшов 2050 гамма-випромінюючих пульсарів, серед яких 93 були мілісекундними. Цей телескоп неймовірно корисний, оскільки сканує все небо, тоді як інші виділяють лише невеликі ділянки вздовж площини.

Пошук різних довжин хвиль може стикатися з проблемами. Справа в тому, що радіохвилі надзвичайно потужні, але можуть просто не потрапляти в об'єктив телескопа. А ось гамма-випромінювання поширюються по більшій частині неба, але поступаються яскравістю.

Наразі вчені знають про існування 2300 пульсарів, знайдених по радіохвилях та 160 через гамма-промені. Є також 240 мілісекундних пульсарів, з яких 60 виробляють гамма-випромінювання.

Використання пульсарів

Пульсари – не просто дивовижні космічні об'єкти, а й корисні інструменти. Світло, що випускається, може багато розповісти про внутрішні процеси. Тобто дослідники здатні розібратися у фізиці нейтронних зірок. У цих об'єктах настільки високий тиск, що поведінка матерії відрізняється від звичного. Дивне наповнення нейтронних зірок називають "ядерною пастою".

Пульсар приносять багато користі завдяки точності імпульсів. Вчені знають конкретні об'єкти і сприймають їх як космічний годинник. Саме так почали з'являтися припущення про наявність інших планет. Фактично перша знайдена екзопланета оберталася навколо пульсара.

Не забувайте, що пульсари під час миготіння продовжують рухатися, а значить, можна з їх допомогою вимірювати космічні дистанції. Вони також брали участь у перевірці теорії відносності Ейнштейна, на кшталт моментів із силою тяжкості. Але регулярність пульсації може порушуватись гравітаційними хвилями. Це помітили у лютому 2016 року.

Цвинтарі пульсарів

Поступово всі пульсари сповільнюються. Випромінювання живиться від магнітного поля, створюваного обертанням. У результаті він також втрачає свою потужність і припиняє посилати промені. Вчені вивели спеціальну межу, де ще можна виявити гамма-промені перед радіохвилями. Як тільки пульсар опускається нижче, його списують у цвинтарі пульсарів.

Якщо пульсар сформувався з залишків наднової, то має величезний енергетичний запас і швидку швидкість обертання. Серед прикладів можна згадати молодий об'єкт PSR B0531+21. У такій фазі він може пробути кілька сотень тисяч років, після чого почне втрачати швидкість. Пульсари середнього віку становлять більшу частину населення і виробляють лише радіохвилі.

Однак, пульсар може продовжити життя, якщо поруч є супутник. Тоді він витягуватиме його матеріал і збільшуватиме швидкість обертання. Такі зміни можуть відбутися будь-коли, тому пульсар здатний відроджуватися. Подібний контакт називають маломасивною рентгенівською подвійною системою. Найбільш старі пульсари – мілісекундні. Деякі досягають віку у мільярди років.

Нейтронні зірки

Нейтронні зірки- Досить загадкові об'єкти, що перевищують сонячну масу в 1.4 рази. Вони народжуються після вибуху більших зірок. Давайте дізнаємося про ці формування ближче.

Коли вибухає зірка, масивніша за Сонце в 4-8 разів, залишається ядро з великою щільністю, що продовжує руйнуватися. Гравітація так сильно тисне на матеріал, що змушує протони та електрони зливатися, щоб з'явитися у вигляді нейтронів. Так і народжується нейтронна зірка високої густини.

Ці потужні об'єкти здатні досягати в діаметрі всього 20 км. Щоб ви усвідомили щільність, лише одна ложечка матеріалу нейтронної зірки важитиме мільярд тонн. Гравітація на такому об'єкті в 2 мільярди разів сильніша за земну, а потужності вистачає для гравітаційного лінзування, що дозволяє вченим розглянути задню частину зірки.

Поштовх від вибуху залишає імпульс, який змушує нейтронну зірку обертатися, досягаючи кількох обертів на секунду. Хоча вони можуть розганятися до 43000 разів на хвилину.

Прикордонні шари поблизу компактних об'єктів

Астрофізик Валерій Сулейманов про виникнення акреційних дисків, зірковий вітер та речовину навколо нейтронних зірок:

Надра нейтронних зірок

Астрофізик Сергій Попов про екстремальні стани речовини, склад нейтронних зірок та способи вивчення надр:

Коли нейтронна зірка виступає частиною подвійної системи, де вибухнула наднова, картина виглядає ще більш вражаючою. Якщо друга зірка поступалася за масивністю Сонцю, то тягне масу компаньйона в пелюсток Роша. Це куляста хмара матеріла, що здійснює оберти навколо нейтронної зірки. Якщо ж супутник був більший за сонячну масу в 10 разів, то передача маси також налаштовується, але не така стійка. Матеріал тече вздовж магнітних полюсів, нагрівається та створюються рентгенівські пульсації.

До 2010 року було знайдено 1800 пульсарів за допомогою радіовиявлення та 70 через гамма-промені. У деяких екземплярів навіть помічали планети.

Типи нейтронних зірок

У деяких представників нейтронних зірок струменя матеріалу течуть практично зі швидкістю світла. Коли вони пролітають повз нас, то спалахують як світло маяка. Через це їх прозвали пульсарами.

Теоретичні передбачення цього ефекту були зроблені понад сорок років тому, але тільки зараз це явище було вперше достовірно зареєстроване для пульсарів 4U 0115+63 та V 0332+53, що випромінюють у рентгенівському діапазоні. Результати вимірювань, розрахунки та висновки опубліковані в журналі Astronomy & Astrophysics, повідомляється в прес-релізі, що надійшов до редакції Planet Today.

Пульсари 4U 0115+63 та V 0332+53 належать до особливого типу джерел - спалахуючим (або транзієнтним) рентгенівським пульсарам. Вони то слабо світяться в рентгенівському діапазоні, то яскраво спалахують, а то й зовсім зникають. По тому, як пульсари переходять з одного стану в інший, можна судити про їх магнітні поля і температури навколишнього речовини. Значення цих параметрів настільки високі, що їх неможливо отримати та виміряти безпосередньо у земних лабораторіях.

Назва пульсара починається з літери, яка позначає першу обсерваторію, що знайшла його, а потім йдуть цифри - координати пульсара. "V" - це супутник Vela 5B, військовий американський супутник, призначений для стеження за територією СРСР. "4U", у свою чергу, розшифровується, як "4-й каталог UHURU", першої спеціалізованої рентгенівської обсерваторії на орбіті. А коли відкрили перший пульсар, його спочатку назвали LGM-1, від "little green men" ("маленькі зелені чоловічки"): він посилав радіоімпульси через рівні проміжки часу, і дослідники вирішили, що це може бути сигнал від розумних цивілізацій.

Рентгенівський пульсар являє собою нейтронну зірку, що швидко обертається, з сильним магнітним полем. Нейтронна зірка може утворювати пару зі звичайною зіркою і перетягувати він її газ - астрофізики називають це акрецією. Газ спіраллю закручується навколо нейтронної зірки, утворюючи акреційний диск, і гальмується межі магнітосфери нейтронної зірки. Речовина при цьому трохи проникає всередину магнітосфери, «вморожується» в неї і стікає магнітними лініями до полюсів. Падаючи на магнітні полюси, воно розігрівається до сотень мільйонів градусів і випромінює у рентгенівському діапазоні. Так як магнітна вісь нейтронної зірки знаходиться під кутом до осі обертання, рентгенівські промені обертаються подібно до променів маяка і «з берега» виглядають як повторювані сигнали з періодом від тисячних часток секунди до декількох хвилин.

Нейтронна зірка - один із можливих залишків від спалаху наднової зірки. Наприкінці еволюції деяких зірок їхня речовина через гравітацію стискається настільки сильно, що електрони фактично зливаються з протонами і утворюють нейтрони. Магнітне поле нейтронної зірки може перевищувати максимально можливе на Землі в десятки мільярдів разів.

Малюнок: Подвійна система зі звичайною зіркою, що заповнила свою порожнину Роша.

Щоб у системі із двох зірок спостерігався рентгенівський пульсар, матерія повинна перетікати зі звичайної зірки на нейтронну. Звичайна зірка при цьому може бути гігантом або надгігантом і мати потужний зоряний вітер, тобто викидати в космос багато речовини. Або це може бути невелика зірка на кшталт Сонця, яка заповнила свою порожнину Роша – область, за кордоном якої речовина вже не утримується силою тяжіння цієї зірки та перетягується гравітацією нейтронної зірки.

Відео NASA про акрецію речовини зірки-компаньйону на пульсар http://frigg.physastro.mnsu.edu/~eskridge/astr101/week10.html

Рентгенівські пульсари 4U 0115+63 та V 0332+53 випромінюють так нестабільно (тобто демонструють спалахи випромінювання), тому що у кожного з них досить незвичайна зірка-компаньйон – зірка класу Ве. Ве-зірка обертається навколо своєї осі настільки швидко, що час від часу у неї «піднімається спідниця» – вздовж екватора утворюється та росте газовий диск – і зірка заповнює порожнину Роша. Газ починає швидко акрецировать на нейтронну зірку, інтенсивність її випромінювання різко зростає, відбувається спалах. Поступово «спідниця» зношується, акреційний диск виснажується, і речовина вже не може падати на нейтронну зірку через вплив магнітного поля та відцентрових сил. Виникає так званий ефект пропелера. У такому режимі акреція не відбувається і рентгенівське джерело пропадає.

Малюнок: В астрономії використовується термін «світність», тобто повна енергія, що випромінюється небесним тілом в одиницю часу. Порогова світність для джерела 4U 0115+63 показана червоною лінією. Для іншого джерела (V0332+53) спостерігається аналогічна картина. Там, де проведені сині лінії, відстань між пульсаром та оптичною зіркою мінімальна. У такому положенні режим акреції може тимчасово відновлюватись за наявності достатньої кількості речовини, що добре видно на малюнку.

За допомогою рентгенівського телескопа на космічній обсерваторії Swift російські вчені змогли виміряти граничну інтенсивність випромінювання, тобто світність, нижче якої пульсар переходить в режим пропелера. Ця величина залежить від магнітного поля та від періоду обертання пульсара. Період обертання досліджуваних джерел відомий за виміром часу приходу імпульсів, що випромінюються ними - 3,6 сек для 4U 0115+63 і 4,3 сек для V 0332+53, що дозволило розрахувати напруженість магнітного поля. Результати збіглися із значеннями, отриманими іншими методами. Однак світність пульсарів впала не в 400 разів, як очікувалося, а лише в 200 разів. Автори припустили, що або нагріта спалахом поверхня нейтронної зірки охолоджується і цим служить додатковим джерелом випромінювання, або ефект пропелера не може повністю заблокувати перетікання речовини від звичайної зірки і існують інші канали «витікання».

Перехід у режим пропелера дуже важко вловимий, оскільки в цьому режимі пульсар майже не випромінює. Під час минулих спалахів джерел 4U 0115+63 та V 0332+53 вже була спроба зловити цей перехід, але через низьку чутливість доступних на той момент приладів «вимкнений стан» засікти не вдалося. Достовірне підтвердження того, що ці пульсари справді «вимикаються», отримано лише зараз. Більш того, показано, що інформація про перехід в режим пропелера може бути використана для визначення напруженості і структури магнітного поля нейтронних зірок.

Олександр Лутовінов, професор РАН, доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторії в Інституті космічних досліджень РАН та викладач МФТІ пояснює: «Однією з фундаментальних питань освіти та еволюції нейтронних зірок є структура їх магнітних полів. У процесі дослідження ми визначили для двох нейтронних зірок дипольну складову магнітного поля, яка відповідає за ефект пропелера. Ми показали, що цю незалежно отриману величину можна порівняти з величиною магнітного поля, вже відомою за вимірами циклотронних ліній, і таким чином оцінити внесок інших складових вищого ладу, які входять до структури поля».

Астрофізики зняли дуже швидко згасаюче випромінювання пульсарів після потужних спалахів - перехід у так званий режим пропелера. Теоретично передбачене понад сорок років тому явище було вперше достовірно зареєстроване.

Міжнародна команда астрофізиків, до якої входили російські вчені з Інституту космічних досліджень РАН, МФТІ та Пулковської обсерваторії РАН, зняла дуже швидко згасаюче випромінювання пульсарів після потужних спалахів - перехід у так званий режим пропелера. Теоретичні передбачення цього ефекту були зроблені понад сорок років тому, але тільки зараз це явище було вперше достовірно зареєстроване для пульсарів 4U 0115+63 та V 0332+53, що випромінюють у рентгенівському діапазоні. Результати вимірювань, розрахунки та висновки опубліковані у журналі Astronomy & Astrophysics.

В астрономії використовується термін "світність", тобто повна енергія, що випромінюється небесним тілом в одиницю часу. Порогова світність для джерела 4U 0115+63 показана червоною лінією. Для іншого джерела (V0332+53) спостерігається аналогічна картина. Там, де проведені сині лінії, відстань між пульсаром та оптичною зіркою мінімальна. У такому положенні режим акреції може тимчасово відновлюватись за наявності достатньої кількості речовини, що добре видно на малюнку.

З рентгенівського телескопа на космічній обсерваторії Swift російські вчені змогли виміряти граничну інтенсивність випромінювання, тобто світність, нижче якої пульсар переходить в режим пропелера. Ця величина залежить від магнітного поля та від періоду обертання пульсара. Період обертання досліджуваних джерел відомий за виміром часу приходу імпульсів, що випромінюються ними - 3,6 сек для 4U 0115+63 і 4,3 сек для V 0332+53, що дозволило розрахувати напруженість магнітного поля. Результати збіглися із значеннями, отриманими іншими методами. Однак світність пульсарів впала не в 400 разів, як очікувалося, а лише в 200 разів. Автори припустили, що або нагріта спалахом поверхня нейтронної зірки охолоджується і цим служить додатковим джерелом випромінювання, або ефект пропелера не може повністю заблокувати перетікання речовини від звичайної зірки і існують інші канали «витікання».

Олександр Лутовінов, професор РАН, доктор фізико-математичних наук, завідувач лабораторії в Інституті космічних досліджень РАН та викладач МФТІ пояснює:

«Одним із фундаментальних питань освіти та еволюції нейтронних зірок є структура їх магнітних полів. У процесі дослідження ми визначили для двох нейтронних зірок дипольну складову магнітного поля, яка відповідає за ефект пропелера. Ми показали, що цю незалежно отриману величину можна порівняти з величиною магнітного поля, вже відомою за вимірами циклотронних ліній, і таким чином оцінити внесок інших складових вищого ладу, які входять до структури поля».