Книга: 100 великих загадок астрономии

Этот причудливый мир магнитаров

Этот причудливый мир магнитаров

Особый класс нейтронных звезд составляют магнитары. Они обладают очень мощным магнитным полем – в тысячи раз мощнее, чем у обычных нейтронных звезд. Их индукция равна 10¹¹ тесла. Для сравнения: тот же показатель на Земле в районе экватора составляет порядка 1/3 ? 10⁵ тесла.

Речь идет о самых намагниченных объектах во Вселенной. Если бы какой-нибудь магнитар чудесным образом оказался на полпути между Землей и Луной, то вся информация, которую мы храним при помощи разного рода магнитных устройств, мигом бы улетучилась. До сих пор ученым не вполне ясно, почему некоторые звезды превращаются в магнитары и какую роль при этом играет их масса.

В нашей Галактике обнаружено уже полтора десятка нейтронных звезд, которые, похоже, являются магнитарами. Все они время от времени испускают мощные потоки рентгеновского или гамма-излучения продолжительностью в несколько десятых долей секунды. Вслед за этими выбросами энергии наступает продолжительная пауза, когда поток излучения ослабевает, колеблясь при этом с периодичностью в несколько секунд, что соответствует периоду вращения магнитара. Затем, по прошествии нескольких часов, а то и лет, следуют новые, чаще всего менее мощные вспышки. Поэтому подобные источники излучения называют также Soft Gamma Repeater (SGR) – в шутливом переводе – «мягкие гамма-заики».

Вечером 27 декабря 2004 года астрономы стали свидетелями грандиозной вспышки магнитара SGR 1806—20, расположенного на расстоянии 50 тысяч световых лет от Земли. В течение 0,1 секунды мощность гамма-излучения, достигшего нашей планеты, не уступала свечению Луны в оптическом диапазоне. Если бы мы могли видеть это излучение своими глазами, нам открылась бы поразительная картина: внезапно над нашими головами, словно по мановению волшебника, на миг загорелась вторая Луна. За этот короткий промежуток времени выделилось столько энергии, сколько Солнце испускает за 100 тысяч лет. Это был самый яркий объект за пределами Солнечной системы, известный науке.

Магнитары обладают очень мощным магнитным полем?– в тысячи раз мощнее, чем у обычных нейтронных звезд

К счастью, та памятная вспышка ничем не угрожала нам. Поток излучения магнитара, достигший Земли, был поглощен верхними слоями ее атмосферы. Но если бы она произошла на расстоянии всего 10 световых лет от нашей планеты, то здесь началась бы массовая гибель всего живого (так что, возможно, какие-то прежние биологические катастрофы, вроде внезапной гибели динозавров, были вызваны именно такой близкой гамма-вспышкой, считают некоторые астрономы).

Еще одна звезда-рекордсмен – это SGR J1550—5418, расположенная на расстоянии примерно 30 тысяч световых лет от Земли. Период ее вращения составляет 2,07 секунды. Это самый быстрый известный науке магнитар. Он стремительно испускает гамма-лучи. Так, менее чем за 20 минут было зарегистрировано свыше сотни вспышек, причем во время самых мощных выделялось больше энергии, нежели Солнце излучает за 20 лет. Кстати, телескоп космической обсерватории «Свифт» зафиксировал, что во время наиболее ярких вспышек вокруг этого магнитара появлялись своего рода расширяющиеся кольца, состоявшие из отраженных сигналов. Очевидно, газопылевая завеса, окружающая звезду, отражала часть ее излучения.

Возможно, именно магнитары и являются источниками загадочных вспышек гамма-излучения, иногда фиксируемых астрономами. Природа этих вспышек до сих пор окончательно не выяснена. По одной из гипотез, эти потоки гамма-лучей испускает нейтронная звезда, погружаясь в бездну черной дыры. По другой, они возникают при столкновении двух нейтронных звезд. Но теперь астрономы полагают, что хотя бы часть этих феноменов объясняется мощнейшими вспышками магнитаров, расположенных где-нибудь на другом конце Вселенной. Эту идею предложил Кевин Харли из Берклийского университета. Вспышки такой же интенсивности, как та, что произошла 27 декабря 2004 года, можно зафиксировать в радиусе нескольких сотен миллионов световых лет.

Чем же объяснить столь грандиозные выбросы энергии, характерные для магнитаров? «Изобретатель» этой категории звезд, человек, впервые заговоривший о том, что магнитары могут существовать, Роберт Дункан из Техасского университета, предлагает следующий сценарий.

Магнитное поле магнитара отличается необычайной мощью. Даже атомы, оказавшись в таком поле, деформируются чуть ли не до неузнаваемости: например, атом водорода становится похож на иглу (соотношение его длины и ширины теперь равняется примерно 200). Само магнитное поле тоже поразительным образом искажено. В недрах этой звезды, где сосредоточена большая часть ее магнитной энергии, силовые линии поля обвивают ее ось вращения, словно пружины, накрученные на стержень. Как предполагают исследователи, подобные искажения возникают из-за быстрого вращения звезды. Стремясь развернуться, эти «пружины» время от времени взрывают твердую кору магнитара, достигающую в толщину около километра, При этом высвобождается огромная энергия, которая испускается в виде потока гамма-лучей. Чем сильнее будут закручены силовые линии магнитного поля, тем мощнее поток этих лучей. Благодаря встряске магнитное поле несколько перестраивается, обретает более стабильную конфигурацию. Сама же звезда, словно оплетенная собственным магнитным полем, начинает вращаться медленнее. Спустя некоторое время всё повторяется снова и снова – и так до тех пор, пока магнитар окончательно не замедлится

Нечто похожее наблюдалось и в случае с магнитаром SGR 1806—20. С марта по декабрь 2004 года было зафиксировано несколько отдельных слабых вспышек, которые свидетельствовали о деформировании твердой коры магнитара. Сам он все ярче светился в гамма-диапазоне, поток излучения становился все более жестким, а скорость вращения магнитара уменьшалась. Все эти факторы указывали на то, что его магнитное поле все сильнее и сильнее закручивалось. В конце концов возникшее здесь напряжение моментально разрядилось, когда звезда испустила гигантский поток гамма-излучения. Астрофизик Анна Ваттс из Амстердамского университета отмечает: «Такое событие сродни девятибальному землетрясению. Во время него моментально меняется магнитная конфигурация всей звезды». После этого события магнитное поле магнитара вновь приняло свою прежнюю форму. Звезда вернулась в стабильное состояние.

Сейчас у ученых имеются две гипотезы, которые объясняют происхождение магнитаров. По одной из них, это могут быть сверхплотные «руины» звезды, которая обладала необычайно мощным магнитным полем. Впрочем, подобных звезд в Млечном Пути очень мало. По альтернативной теории, на последней стадии жизни вполне обычной звезды скорость вращения ее ядра возрастает настолько, что звезда превращается в своего рода динамо-машину. Мощность ее магнитного поля заметно возрастает, и после своей гибели она становится магнитаром. Большинство астрономов придерживается первой гипотезы, однако убедительных доказательств, подтверждающих ее, пока нет.

Предполагается, что магнитары проявляют бурную активность лишь в первые 10 тысяч лет своей жизни, затем их магнитное поле стабилизируется. На протяжении еще нескольких тысяч лет после этого магнитары продолжают испускать излучение (такие объекты называют аномальными рентгеновскими пульсарами), пока не остывают так сильно, что перестают выказывать какую-либо активность. Возможно, на просторах нашей Галактики затеряны многие миллионы подобных звезд. По оценке астрономов, примерно каждая десятая нейтронная звезда является магнитаром.