Магнитар - Magnetar

Художественная концепция магнетара с силовыми линиями магнитного поля
Художественная концепция мощного магнетара в звездное скопление

А магнетар это тип нейтронная звезда считается чрезвычайно мощным магнитное поле (∼109 до 1011 Т, ∼1013 до 1015 грамм ).[1] Распад магнитного поля приводит к эмиссии сильнодействующихэнергия электромагнитное излучение, особенно Рентгеновские лучи и гамма излучение.[2] Теория относительно этих объектов была предложена Роберт Дункан и Кристофер Томпсон в 1992 г., но первые зарегистрированные всплеск гамма-лучей Предполагалось, что это был магнитар, был обнаружен 5 марта 1979 года.[3] В течение следующего десятилетия гипотеза магнетара получила широкое признание как вероятное объяснение мягкие гамма-ретрансляторы (SGR) и аномальные рентгеновские пульсары (AXP). 1 июня 2020 года астрономы сообщили о сужении источника быстрые радиовсплески (FRB), которые теперь вполне могут включать "компактный объект слияния и магнетары, возникающие в результате нормального коллапса сердечника сверхновые ".[4][5][6][7][8][9]

Описание

Как и другие нейтронные звезды, магнетары имеют диаметр около 20 километров (12 миль) и массу около 1,4 массы Солнца. Они образуются в результате коллапса звезды с массой в 10–25 раз больше, чем у звезды. солнце. Плотность внутренней части магнетара такова, что столовая ложка его вещества будет иметь массу более 100 миллионов тонн.[2] Магнетары отличаются от других нейтронных звезд наличием еще более сильных магнитных полей и более медленным вращением по сравнению с ними. Большинство магнетаров вращаются каждые две-десять секунд,[10] тогда как типичные нейтронные звезды вращаются один раз менее чем за несколько секунд.[количественно оценить ] Магнитное поле магнетара вызывает очень сильные и характерные всплески рентгеновских и гамма-лучей. Активная жизнь магнетара коротка. Их сильные магнитные поля распадаются примерно через 10 000 лет, после чего активность и сильное рентгеновское излучение прекращаются. Учитывая количество наблюдаемых сегодня магнитаров, по одной оценке, количество неактивных магнетаров в Млечный Путь на 30 миллионов и больше.[10]

Звездотрясения срабатывает на поверхности магнетара, нарушает магнитное поле, которое его окружает, что часто приводит к чрезвычайно мощному гамма-вспышка выбросы, которые были зарегистрированы на Земле в 1979, 1998 и 2004 годах.[11]

Типы нейтронных звезд (24 июня 2020 г.)

Магнитное поле

Магнитары характеризуются чрезвычайно мощными магнитными полями ∼109 до 1011 Т.[12] Эти магнитные поля в сто миллионов раз сильнее любого искусственного магнита.[13] и примерно в триллион раз мощнее, чем поле вокруг Земли.[14] Земля имеет геомагнитный поле 30–60 микротеслов, а на основе неодима, редкоземельный магнит имеет поле около 1,25 тесла, с плотностью магнитной энергии 4,0 × 105 Дж / м3. 10 магнетаров10 Поле тесла, напротив, имеет плотность энергии 4,0 × 1025 Дж / м3, с E / c2 массовая плотность более чем в 10000 раз больше, чем у вести. Магнитное поле магнетара было бы смертельным даже на расстоянии 1000 км из-за сильного магнитного поля, искажающего электронные облака составляющих его атомов, делая невозможным химический состав жизни.[15] На расстоянии половины пути от Земли до Луны магнитар может снимать информацию с магнитных полос всех кредитные карты на земле.[16] По состоянию на 2010 г., это самые мощные магнитные объекты, обнаруженные во Вселенной.[11][17]

Как описано в феврале 2003 г. Scientific American История на обложке: в магнитном поле силы магнитара происходят удивительные вещи. "рентгеновский снимок фотоны легко разделить на две части или слить. Сам вакуум поляризуется, становясь сильно двулучепреломляющий, как кальцит кристалл. Атомы деформируются в длинные цилиндры, более тонкие, чем квантово-релятивистские длина волны де Бройля электрона ".[3] В поле около 105 теслас атомные орбитали деформировать в стержневые формы. В 1010 теслас, а атом водорода становится шпиндель в 200 раз уже, чем его нормальный диаметр.[3]

Истоки магнитных полей

Доминирующая теория сильных полей магнитаров состоит в том, что они возникают в результате магнитогидродинамическое динамо процесс в турбулентной, чрезвычайно плотной проводящей жидкости, которая существует до того, как нейтронная звезда установит свою равновесную конфигурацию. Эти поля затем сохраняются из-за постоянных токов в протонно-сверхпроводниковой фазе вещества, которая существует на промежуточной глубине внутри нейтронной звезды (где нейтроны преобладают по массе). Подобный магнитогидродинамический динамо-процесс создает еще более интенсивные переходные поля во время слияния пар нейтронных звезд.[18] Но другая теория гласит, что они просто возникают в результате коллапса звезд с необычно сильными магнитными полями.[19]

Формирование

Magnetar SGR 1900 + 14 (в центре изображения) показывает окружающее газовое кольцо диаметром 7 световых лет в инфракрасном свете, как видно из Космический телескоп Спитцера. Сам магнитар не виден на этой длине волны, но его можно увидеть в рентгеновском свете.

Когда в сверхновая звезда, звезда коллапсирует в нейтронную звезду, и ее магнитное поле резко возрастает за счет сохранения магнитный поток. Уменьшение линейного размера вдвое увеличивает магнитное поле в четыре раза. Дункан и Томпсон подсчитали, что когда спин, температура и магнитное поле новообразованной нейтронной звезды попадают в нужные диапазоны, динамо-механизм может действовать, преобразовывая тепловую и вращательную энергию в магнитную энергию и увеличивая магнитное поле, обычно уже огромные 108 теслас, более 1011 тесла (или 1015 гаусс ). В результате магнетар.[20] По оценкам, примерно каждый десятый взрыв сверхновой приводит к образованию магнетара, а не более стандартной нейтронной звезды или пульсар.[21]

Открытие 1979 года

5 марта 1979 г., через несколько месяцев после успешного сброса спутников в атмосферу Венера, два советских беспилотных космических аппарата, Венера 11 и 12, которые тогда дрейфовали через Солнечная система были поражены взрывом гамма-излучения приблизительно в 10:51 EST. Этот контакт поднял показания излучения на обоих датчиках с обычных 100 импульсов в секунду до более чем 200000 импульсов в секунду, всего за доли миллисекунды.[3]

Этот всплеск гамма-излучения быстро продолжал распространяться. Одиннадцать секунд спустя, Гелиос 2, а НАСА зонд, находившийся на орбите вокруг солнце, был насыщен взрывом радиации. Вскоре он ударил Венеру, и Орбитальный аппарат Pioneer Venus детекторы были захвачены волной. Через несколько секунд на Землю пришла волна излучения, из-за которой мощные гамма-лучи затопили детекторы трех Министерство обороны США Спутники Vela, то Советский спутник Прогноз 7, а Обсерватория Эйнштейна. Незадолго до того, как волна вышла из Солнечной системы, взрыв также поразил Международный исследователь Солнца и Земли. Этот чрезвычайно мощный выброс гамма-излучения составлял самую сильную волну внесолнечного гамма-излучения из когда-либо обнаруженных; он был более чем в 100 раз интенсивнее любого известного предыдущего внесолнечного всплеска. Поскольку гамма-лучи распространяются со скоростью света, а время импульса регистрировалось несколькими далекими космическими аппаратами, а также на Земле, источник гамма-излучение можно рассчитать с точностью около 2 угловые секунды.[22] Направление источника соответствовало остаткам звезды, имеющей сверхновая звезда около 3000 г. до н.э..[11] Это было в Большое Магелланово Облако и источник был назван СГР 0525-66; само событие было названо GRB 790305b, первая наблюдаемая мегавспышка SGR.

Недавние открытия

Художественный портрет гамма-всплеска и сверхновой звезды, запитанной магнитаром [23]

21 февраля 2008 г. было объявлено, что НАСА и исследователи из Университет Макгилла открыл нейтронную звезду со свойствами радиопульсара, которая испускала всплески с магнитной энергией, как магнитар. Это говорит о том, что магнетары - это не просто редкий тип пульсар но может быть (возможно, обратимой) фазой в жизни некоторых пульсаров.[24] 24 сентября 2008 г. ESO объявил, что это был первый обнаруженный оптически активный магнитар, используя Очень большой телескоп. Недавно обнаруженный объект получил обозначение SWIFT J195509 + 261406.[25] 1 сентября 2014 г. ЕКА опубликовал новости о магнетаре, близком к остатку сверхновой Кестевен 79. Астрономы из Европы и Китая открыли этот магнитар, названный 3XMM J185246.6 + 003317, в 2013 году, просмотрев изображения, сделанные в 2008 и 2009 годах.[26] В 2013 году магнитар PSR J1745−2900 был обнаружен, который вращается вокруг черной дыры в Стрелец А * система. Этот объект представляет собой ценный инструмент для изучения ионизированного межзвездная среда к Галактический Центр. В 2018 году результат слияние двух нейтронных звезд был определен как сверхмассивный магнетар.[27]

В апреле 2020 года возможная связь между быстрые радиовсплески (FRB) и магнетары были предложены на основе наблюдений СГР 1935 + 2154, вероятный магнетар, расположенный в Млечный Путь галактика.[7][8][9][28][29]

Известные магнетары

27 декабря 2004 г. произошла вспышка гамма-излучения от SGR 1806-20 прошел через Солнечную систему (показана концепция художника). Взрыв был настолько мощным, что повлиял на атмосферу Земли на расстоянии около 50 000 световых лет.

По состоянию на март 2016 г.Известно 23 магнетара, еще шесть кандидатов ожидают подтверждения.[12] Полный список приведен в Макгилл Онлайн-каталог SGR / AXP.[12] Примеры известных магнитаров включают:

  • СГР 0525-66, в Большое Магелланово Облако, расположенный примерно в 163 000 световых лет от Земли, первый обнаруженный (в 1979 г.)
  • SGR 1806-20, расположенный на расстоянии 50 000 световых лет от Земли на дальней стороне Млечного Пути в созвездии Стрелец.
  • SGR 1900 + 14, расположенный на расстоянии 20000 световых лет в созвездии Aquila. После длительного периода низких выбросов (значительные всплески только в 1979 и 1993 гг.) Он стал активным в мае – августе 1998 г., и всплеск, обнаруженный 27 августа 1998 г., имел достаточную мощность, чтобы вызвать РЯДОМ Сапожник выключить, чтобы предотвратить повреждение и пропитать инструменты на BeppoSAX, ВЕТЕР и RXTE. 29 мая 2008 года НАСА Космический телескоп Спитцера обнаружил материальное кольцо вокруг этого магнетара. Считается, что это кольцо образовалось в результате взрыва 1998 года.[30]
  • SGR 0501 + 4516 был обнаружен 22 августа 2008 года.[31]
  • 1Э 1048.1−5937, расположенный на расстоянии 9000 световых лет в созвездии Карина. Первоначальная звезда, из которой образовался магнетар, имела массу в 30-40 раз больше, чем у звезды. солнце.
  • По состоянию на сентябрь 2008 г., ESO сообщает об идентификации объекта, который изначально был идентифицирован как магнитар, SWIFT J195509 + 261406, первоначально идентифицированный гамма-всплеском (GRB 070610).[25]
  • CXO J164710.2-455216, расположенный в массивном галактическом скоплении Вестерлунд 1, который образовался из звезды с массой более 40 масс Солнца.[32][33][34]
  • SWIFT J1822.3 Star-1606, обнаруженный 14 июля 2011 г. итальянскими и испанскими исследователями CSIC в Мадриде и Каталонии. Этот магнитар, вопреки предсказаниям, имеет низкое внешнее магнитное поле, и ему может быть всего полмиллиона лет.[35]
  • 3XMM J185246.6 + 003317, обнаруженный международной группой астрономов на основе данных XMM-Newton ЕКА. Рентгеновский телескоп.[36]
  • СГР 1935 + 2154, испустил пару светящихся радиовсплесков 28 апреля 2020 года. Было предположение, что это могут быть галактические примеры быстрые радиовсплески.
  • Свифт J1818.0-1607 Рентгеновская вспышка, обнаруженная в марте 2020 года, является одним из пяти известных магнитаров, которые также являются радиопульсарами. Ему может быть всего 240 лет.[37]
Магнитар—SGR J1745-2900
Magnetar-SGR1745-2900-20150515.jpg
Магнитар найден очень близко к огромная черная дыра, Стрелец А *, в центре Млечный Путь галактика

Яркие сверхновые

Считается, что необычно яркие сверхновые возникают в результате гибели очень больших звезд. сверхновые с парной нестабильностью (или сверхновые с пульсационной парной нестабильностью). Однако недавние исследования астрономов[38][39] предположил, что энергия, высвобождаемая из вновь сформированных магнитаров в окружающие остатки сверхновых, может быть причиной некоторых из самых ярких сверхновых, таких как SN 2005ap и SN 2008es.[40][41][42]

Смотрите также

Рекомендации

Специфический
  1. ^ Каспи, Виктория М .; Белобородов, Андрей М. (2017). «Магнитары». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 55 (1): 261–301. arXiv:1703.00068. Bibcode:2017ARA & A..55..261K. Дои:10.1146 / annurev-astro-081915-023329.
  2. ^ а б Сторожить; Браунли, стр.286
  3. ^ а б c d Kouveliotou, C .; Duncan, R.C .; Томпсон, К. (февраль 2003 г.). "Магнитары ". Scientific American; Стр.35.
  4. ^ Старр, Мишель (1 июня 2020 г.). «Астрономы только что выяснили источник этих мощных радиосигналов из космоса». ScienceAlert.com. Получено 2 июн 2020.
  5. ^ Бхандан, Шивани (1 июня 2020 г.). "Галактики-хозяева и прародители быстрых радиовсплесков, локализованные с помощью австралийского квадратного километра массива Pathfinder". Письма в астрофизический журнал. 895 (2): L37. arXiv:2005.13160. Bibcode:2020ApJ ... 895L..37B. Дои:10.3847 / 2041-8213 / ab672e. S2CID  218900539.
  6. ^ Холл, Шеннон (11 июня 2020 г.). «Неожиданное открытие указывает на источник быстрых радиовсплесков - после того, как вспышка осветила их телескоп« как рождественская елка », астрономы наконец смогли отследить источник этих космических странностей». Quantum Magazine. Получено 11 июн 2020.
  7. ^ а б Тиммер, Джон (4 ноября 2020 г.). «Мы, наконец, знаем, что вызывает быстрые радиовсплески - магнитары, тип нейтронной звезды, могут производить ранее загадочные всплески». Ars Technica. Получено 4 ноября 2020.
  8. ^ а б Кофилд, Калла; Андреоли, Калире; Редди, Фрэнсис (4 ноября 2020 г.). «Миссии НАСА помогают определить источник уникального рентгеновского излучения». НАСА. Получено 4 ноября 2020.
  9. ^ а б Андерсен, В .; и другие. (4 ноября 2020 г.). «Яркий радиовсплеск длительностью миллисекунды от галактического магнетара». Природа. 587 (7832): 54–58. arXiv:2005.10324. Bibcode:2020Натура 587 ... 54Т. Дои:10.1038 / с41586-020-2863-у. PMID  33149292. S2CID  218763435. Получено 5 ноября 2020.
  10. ^ а б «Великое объединение нейтронных звезд». PNAS. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. Апрель 2010 г.. Получено 2020-08-23.
  11. ^ а б c Kouveliotou, C .; Duncan, R.C .; Томпсон, К. (февраль 2003 г.). "Магнитары В архиве 2007-06-11 на Wayback Machine ". Scientific American; Стр.36.
  12. ^ а б c "Интернет-каталог McGill SGR / AXP". Получено 2 января 2014.
  13. ^ «Программа пользователя HLD в Дрезденской лаборатории сильного магнитного поля». Получено 2009-02-04.
  14. ^ Наей, Роберт (18 февраля 2005 г.). "Самый яркий взрыв". Небо и телескоп. Получено 10 ноября 2020.
  15. ^ Дункан, Роберт. "'МАГНИТАРЫ, МЯГКИЕ ГАММА-ПОВТОРИТЕЛИ И ОЧЕНЬ СИЛЬНЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ». Техасский университет. Архивировано из оригинал 17 мая 2013 г.. Получено 2013-04-21.
  16. ^ Ванек, Кристофер (18 февраля 2005 г.). «Космический взрыв среди самых ярких в зарегистрированной истории». НАСА. Получено 17 декабря 2007.
  17. ^ Дулинг, Дэйв (20 мая 1998 г.). ""Магнитар «Открытие разгадывает загадку 19-летней давности». Science @ NASA Headline News. Архивировано из оригинал 14 декабря 2007 г.. Получено 17 декабря 2007.
  18. ^ Прайс, Дэниел Дж .; Россвог, Стефан (май 2006 г.). «Создание сверхсильных магнитных полей при слиянии нейтронных звезд». Наука. 312 (5774): 719–722. arXiv:Astro-ph / 0603845. Bibcode:2006Научный ... 312..719П. Дои:10.1126 / science.1125201. PMID  16574823. S2CID  30023248. открытый доступ
  19. ^ Чжоу, Пин; Винк, Жакко; Сафи-Харб, Самар; Мичели, Марко (сентябрь 2019 г.). «Рентгеновское исследование с пространственным разрешением остатков сверхновых, в которых находятся магнетары: значение их происхождения из ископаемых полей». Астрономия и астрофизика. 629 (A51): 12. arXiv:1909.01922. Bibcode:2019A & A ... 629A..51Z. Дои:10.1051/0004-6361/201936002. S2CID  201252025. открытый доступ
  20. ^ Кувелиоту, стр.237
  21. ^ Попов, С.Б .; Прохоров, М. Э. (апрель 2006 г.). «Прародители с усиленным вращением и происхождение магнетаров». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 367 (2): 732–736. arXiv:Astro-ph / 0505406. Bibcode:2006МНРАС.367..732П. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2005.09983.x. S2CID  14930432. открытый доступ
  22. ^ Клайн, Т. Л., Десаи, Ю. Д., Тигарден, Б. Дж., Эванс, В. Д., Клебесадель, Р. В., Ларос, Дж. Г. (апрель 1982 г.). «Точное местонахождение источника аномального переходного гамма-излучения 5 марта 1979 года». Журнал: Астрофизический журнал. 255: L45 – L48. Bibcode:1982ApJ ... 255L..45C. Дои:10.1086/183766. HDL:2060/19820012236.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь) открытый доступ
  23. ^ «Крупнейшие взрывы во Вселенной, вызванные сильнейшими магнитами». Получено 9 июля 2015.
  24. ^ Шайнблюм, Марк (21 февраля 2008 г.). «Нейтронная звезда Джекил-Хайд открыта исследователями]». Университет Макгилла.
  25. ^ а б "Спящий звездный магнит: обнаружен первый оптически активный магнитар-кандидат". ESO. 23 сентября 2008 г.
  26. ^ «Магнитар обнаружен недалеко от остатка сверхновой Кестевен 79». ESA / XMM-Newton / Ping Zhou, Нанкинский университет, Китай. 1 сентября 2014 г.
  27. ^ ван Путтен, Морис Х. П. М; Делла Валле, Массимо (4 сентября 2018 г.). "Наблюдательные свидетельства расширенного излучения GW170817". Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма. 482 (1): L46 – L49. arXiv:1806.02165. Bibcode:2019МНРАС.482Л..46В. Дои:10.1093 / мнрасл / sly166. ISSN  1745-3925. S2CID  119216166.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  28. ^ Дрейк, Надя (5 мая 2020 г.). "'Радиоволны Магнитной звезды могут раскрыть тайну быстрых радиовсплесков - неожиданное обнаружение радиовспышки нейтронной звезды в нашей галактике может выявить происхождение более крупного космологического явления ». Scientific American. Получено 9 мая 2020.
  29. ^ Старр, Мишель (1 мая 2020 г.). «Эксклюзив: возможно, мы впервые обнаружим быстрый всплеск радиоволн в нашей собственной галактике». ScienceAlert.com. Получено 9 мая 2020.
  30. ^ "Странное кольцо найдено вокруг мертвой звезды".[постоянная мертвая ссылка ]
  31. ^ Фрэнсис Редди, Европейские спутники исследуют новый магнитар (Сайт НАСА SWIFT, 16.06.09)
  32. ^ Вестерлунд 1: Нейтронная звезда обнаружена там, где ожидалась черная дыра
  33. ^ Тайна образования магнетаров раскрыта, eso1415 - Science Release (14 мая 2014 г.)
  34. ^ Вуд, Крис. "Очень большой телескоп раскрывает тайну магнетара " GizMag, 14 мая 2014 г. Дата обращения: 18 мая 2014 г.
  35. ^ Новый магнетар с низким содержанием B
  36. ^ Rea, N .; Viganò, D .; Израиль, Г. Л .; Pons, J. A .; Торрес, Д. Ф. (01.01.2014). «3XMM J185246.6 + 003317: Еще один магнитар с низким магнитным полем». Письма в астрофизический журнал. 781: L17. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 781/1 / L17. ISSN  0004-637X.
  37. ^ Обнаружен космический младенец, и он великолепен
  38. ^ Kasen, D .; Л. Бильдстен. (1 июля 2010 г.). "Кривые блеска сверхновой на молодых магнитарах". Астрофизический журнал. 717 (1): 245–249. arXiv:0911.0680. Bibcode:2010ApJ ... 717..245K. Дои:10.1088 / 0004-637X / 717/1/245. S2CID  118630165.
  39. ^ Вусли, С. (20 августа 2010 г.). «Яркие сверхновые от рождения магнетара». Письма в астрофизический журнал. 719 (2): L204 – L207. arXiv:0911.0698. Bibcode:2010ApJ ... 719L.204W. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 719/2 / L204. S2CID  118564100.
  40. ^ Inserra, C .; Smartt, S.J .; Jerkstrand, A .; Valenti, S .; Fraser, M .; Райт, Д .; Smith, K .; Chen, T.-W .; Kotak, R .; и другие. (Июнь 2013). «Super Luminous Ic Supernovae: ловить магнетар за хвост». Астрофизический журнал. 770 (2): 128. arXiv:1304.3320. Bibcode:2013ApJ ... 770..128I. Дои:10.1088 / 0004-637X / 770/2/128. S2CID  13122542.
  41. ^ Королевский университет, Белфаст (16 октября 2013 г.). «Новый свет на смерть звезды: сверхсветящиеся сверхновые звезды могут питаться от магнетаров». ScienceDaily. Получено 21 октября 2013.
  42. ^ М. Николл; С. Дж. Смарт; А. Джеркстранд; К. Инсерра; М. МакКрам; Р. Котак; М. Фрейзер; Д. Райт; Т.-В. Чен; К. Смит; Д. Р. Янг; С. А. Сим; С. Валенти; Д. А. Хауэлл; Ф. Брезолин; Р. П. Кудрицки; Дж. Л. Тонри; М. Э. Хубер; Отдых; А. Пасторелло; Л. Томаселла; Э. Каппелларо; С. Бенетти; С. Маттила; Э. Канкаре; Т. Кангас; Г. Лелудас; Дж. Соллерман; Ф. Таддиа; Э. Бергер; Р. Чернок; Г. Нараян; К. В. Стаббс; Р. Дж. Фоли; Р. Луннан; А. Содерберг; Н. Сандерс; Д. Милисавлевич; Р. Маргутти; Р. П. Киршнер; Н. Элиас-Роза; А. Моралес-Гароффоло; С. Таубенбергер; М. Т. Боттичелла; С. Гезари; Ю. Урата; С. Родни; А. Г. Рисс; Д. Сколник; В. М. Вуд-Васи; У. С. Бергетт; К. Чемберс; Х. А. Флюеллинг; Э. А. Манье; Н. Кайзер; Н. Меткалф; Дж. Морган; П. А. Прайс; В. Суини; С. Уотерс. (17 октября 2013 г.). «Медленно затухающие сверхсветовые сверхновые, не являющиеся взрывами парной нестабильности». Природа. 7471. 502 (346): 346–9. arXiv:1310.4446. Bibcode:2013Натура.502..346N. Дои:10.1038 / природа12569. PMID  24132291. S2CID  4472977.
Книги и литература
Общий

внешняя ссылка