Все любят какую-нибудь экзотику. О чем бы мы ни говорили, всегда интересно, а как выглядят самые экзотичные случаи. Даже те, кто любят котиков и размещают их фотографии в разных социальных сетях, особенно неравнодушны к фотографиям особенно необычных и странных. Среди нейтронных звезд, наверное, самыми редкими котиками можно назвать магнитары.

Что такое магнитары

Магнитарами называют нейтронные звезды, которые в основном излучают энергию своего магнитного поля (другие типы нейтронных звезд имеют другие источники энергии: вращение, запасенное тепло, аккреция). На этой стадии обычно поля велики, но довольно быстро, за тысячи или десятки тысяч лет, существенно уменьшаются.


 // Нейтронная звезда с линиями магнитного поля. Вблизи поверхности поле может иметь более сложную структуру, но на больших расстояниях доминирует дипольная состав-ляющая, образующая привычную картину силовых линий.
Как появляются магнитные поля

Магнитные поля порождаются токами. Поэтому надо представлять себе мощные токи, текущие в коре нейтронной звезды. Из-за обычного (омического) сопротивления токи затухают. Магнитное поле уменьшается, и энергия частично переходит в тепло, излучаемое с поверхности фотонами (в основном рентгеновскими), а также излучаемое нейтрино из недр компактного объекта.

Холловский каскад

Затухание токов (и, соответственно, уменьшение поля) может идти быстрее, если меняется их структура: крупномасштабные токи разбиваются на более мелкие. Это происходит из-за так называемого холловского каскада — процесса изменения топологии поля.

Активность магнитаров

Магнитные поля в коре настолько велики, что вносят заметный вклад в давление. Уменьшение полей приводит к падению давления, и в итоге кора может начать менять свою структуру — будут происходить сдвиги. Это приводит как к еще более активному выделению энергии в коре, так и к изменению топологии поля снаружи нейтронной звезды. Таким образом объясняют активность магнитаров.

Типы магнитаров

К магнитарам относят два основных типа объектов: аномальные рентгеновские пульсары и источники мягких повторяющихся гамма-всплесков. Это родственные типы источников, и чаще всего в результате длительных наблюдений удается увидеть, что звезда проявляет себя и так и этак.

а) Аномальные рентгеновские пульсары (АРП) были выделены в 1995 году среди обычных рентгеновских пульсаров, являющихся аккрецирующими нейтронными звездами в тесных двойных системах. Но АРП — это одиночные объекты. Период связан с вращением нейтронной звезды, на поверхности которой есть более горячие и более холодные области. Высвечиваемая тепловая энергия связана с диссипацией энергии токов (магнитного поля) в коре.

б) Источники мягких повторяющихся гамма-всплесков (МПГ) были открыты в 1979 году благодаря своим мощным вспышкам. Во время наиболее мощных на долю секунды нейтронная звезда становится ярче целой галактики! Самая мощная вспышка наблюдалась в декабре 2004 года.


 // Кривая блеска первого зарегистрированного гамма-всплеска. Это событие произошло 2 июля 1967 года. Разгадку природы этих событий пришлось ждать 30 лет.


 // Приборы эксперимента «Конус». Их аналоги были установлены на аппаратах серии «Венера». Фотография предоставлена сотрудниками Лаборатории экспериментальной астрофизики ФТИ им. Иоффе.
Магнитные поля магнитаров

О больших магнитных полях магнитаров говорят, во-первых, их относительно длинные периоды вращения (около 10 секунд) и быстрый темп замедления вращения, а во-вторых — спектральные данные. Кроме того, есть ряд косвенных признаков, также свидетельствующих в пользу того, что магнитные поля магнитаров в сотни раз превосходят поля обычных радиопульсаров.


 // Диаграмма «Период — производная периода» для радиопульсаров и родственных объ- ектов. В среднем чем выше пульсар на диаграмме (при том же периоде), тем выше его дипольное магнитное поле. Слева внизу расположены миллисекундные пульсары, которые были раскру
Гипотезы о происхождении сильных полей магнитаров

Происхождение столь сильных магнитных полей до сих пор остается загадкой. Есть две основные гипотезы:

а) или звезды-прародители имели большие поля в ядре, и при коллапсе поля выросли;


 // 4

б) или поле было усилено (скорее всего, за счет динамо-механизма) на стадии протонейтронной звезды.

Известные магнитары

Сейчас известно более двух десятков магнитаров в нашей Галактике (плюс один надежный источник в Большом Магеллановом Облаке; в более далеких галактиках есть только кандидаты в гигантские вспышки магнитаров). Все это молодые объекты, что говорит об относительно небольшой продолжительности активной жизни магнитара — максимум сотни тысяч лет. За это время поле должно существенно затухать, и мы можем видеть старые магнитары (с возрастом под миллион лет) как объекты Великолепной семерки. Расчеты показывают, что магнитарами рождается около 10% нейтронных звезд, то есть примерно раз в 500 лет в Галактике.

Свойства магнитаров

С магнитарами связан ряд вопросов, касающихся фундаментальной физики. Кроме обычного набора «сверхсвойств» нейтронных звезд: сверхвысоких плотностей, сверхтекучести и сверхпроводимости в недрах — добавляются сверхсильные магнитные поля, превышающие так называемое швингеровское критическое поле. Электромагнитные процессы в них, а также процессы с участием нейтрино идут не так, как в более слабых полях. Таким образом, это уникальные природные лаборатории для изучения ряда интересных процессов.

Открытые вопросы

В последние годы набирает популярность идея, что рождение очень быстро вращающегося магнитара может объяснить ряд свойств аномально мощных сверхновых, а также гамма-всплесков. Так это или нет, должно стать ясно в ближайшие годы.