Миллисекундный пульсар

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
В двойных системах, нейтронная звезда увеличивает свою массу путём аккреции и становится миллисекундным пульсаром

Миллисекундный пульсар (англ. Millisecond pulsar, MSP) — пульсар с периодом вращения в диапазоне от 1 до 10 миллисекунд. Подобные пульсары были обнаружены в радио-, рентгеновском[1] и гамма-диапазоне волн электромагнитного спектра. Теория происхождения всех миллисекундных пульсаров полностью не разработана. Наиболее распространенная теория их образования говорит, что они начинают свою жизнь как пульсары с небольшими периодами вращения, но затем постепенно раскручивается путём аккреции. По этой причине, пульсары иногда называют «раскрученными пульсарами» (англ. recycled pulsars)[2].

Миллисекундные пульсары являются членами маломассивных рентгеновских двойных систем. Рентгеновское излучение в этих системах исходит от аккреционного диска вокруг нейтронной звезды на которую перетекают внешние слои звезды-компаньона, переполнившую свою полость Роша. Передача углового момента через аккреционный диск теоретически может увеличить скорость вращения пульсара до сотен оборотов в секунду. Магнитное поле миллисекундных пульсаров значительно слабее, чем у других пульсаров, поэтому энергию вращения они теряют медленно, и время их возможной жизни сопоставимо с возрастом Наблюдаемой Вселенной. Это в свою очередь означает, что миллисекундные пульсары возникают очень редко. Они характерны для шаровых скоплений, где обычная нейтронная звезда может захватить другую звезду[3]. Миллисекундные пульсары являются старыми пульсарами, хотя не все старые пульсары вращаются быстро. Одиночные старые пульсары, двойные пульсары, а также члены любых широких двойных систем не могут раскручиваться, и вращение их со временем только замедляется.

Тем не менее, в последнее время появились свидетельства того, что стандартная модель эволюции не в состоянии объяснить происхождение всех миллисекундных пульсаров, особенно молодых пульсаров с относительно высокими магнитными полями, например, PSR B1937 +21. Кизильтян (Kızıltan) и Торсет (Thorsett) показали, что миллисекундные пульсары должны формироваться в результате, по крайней мере, двух различных процессов[4]. Но природа второго процесса, остается непонятной[5].

Многие миллисекундные пульсары находятся в шаровых скоплениях. Это согласуется с теорией их формирования путём раскрутки, так как чрезвычайно высокая плотность звёзд этих скоплениях предполагает гораздо более высокую вероятность того, что пульсар будет иметь гигантскую звезду-компаньона или захватит её. В настоящее время известно около 130 миллисекундных пульсаров в шаровых скоплениях[6]: Шаровое скопление Terzan 5 содержит 33 таких пульсара, 47 Тукана — 22, M28 и M15 по 8 пульсаров каждое.

Миллисекундные пульсары, испускают импульсы с очень высокой точностью, лучше, чем лучшие атомные часы[7]. Это делает их очень чувствительными зондами. Например, всё, что вращается по орбите вокруг миллисекундных пульсаров вызывает периодические доплеровские сдвиги их импульсов во времени, которые затем могут быть проанализированы, чтобы выявить наличие компаньона и с высокой точностью измерерить орбиту и массу объекта[8]. Метод настолько чувствителен, что с его помощью можно обнаружить даже объекты размером с астероид, если они находятся на орбите миллисекундного пульсара. Первая подтвержденная экзопланета, за несколько лет до первого открытия экзопланет вокруг «нормальных» звёзд, была обнаружена на орбите вокруг миллисекундного пульсара PSR B1257 +12. Эти планеты земной массы оставались в течение многих лет единственными объектами такого рода известными за пределами нашей Солнечной системы. И один из них (возможно, даже комета), с меньшей массой, сравнимой с массой нашей Луны, по сей день является объектом наименьшей массы, известным за пределами Солнечной системы[9].

Ограничения на скорость вращения пульсаров[править | править вики-текст]

Аккреция вещества со звезды-компаньона — красного карлика на пульсар в представлении художника. Аккрецируемое вещество ускоряет вращение пульсара, делая его миллисекундным.

Первый миллисекундный пульсар, PSR B1937 +21, был обнаружен в 1982 году Чарльзом Беккером. Пульсар вращался со скоростью примерно 641 раз в секунду, он остается вторым наиболее быстровращающимся миллисекундным пульсаром из примерно 200, которые были обнаружены с тех пор[10]. Пульсар PSR J1748-2446ad, обнаруженный в 2005 году, является самым быстровращающимся пульсаром известным по состоянию на 2012 год: его скорость 716 оборотов в секунду[11][12].

Современные теории структуры и эволюции нейтронных звёзд предсказывают, что пульсары распались бы, если бы они вращались со скоростью ~1500 оборотов в секунду или более[13][14], и что при скорости выше 1000 оборотов в секунду они должны терять энергию путём гравитационного излучения быстрее, чем получают путём аккреции[15].

Тем не менее, в начале 2007 года космические рентгеновские обсерватории RXTE и INTEGRAL обнаружили нейтронную звезду XTE J1739-285, которая вращается со скоростью 1122 оборотов в секунду[16], однако, этот результат не является статистически значимым, с уровнем значимости всего 3 сигма. Таким образом, этот пульсар является интересным кандидатом для дальнейшего наблюдения, текущие результаты не являются окончательными. Тем не менее, считается, что гравитационное излучение играет важную роль в замедлении скорости вращения. Кроме того, рентгеновский пульсар IGR J00291 +5934, который вращается со скоростью 599 оборотов в секунду, является главным кандидатом для обнаружения таких волн в будущем (большинство рентгеновских пульсаров вращаются со скоростью около 300 оборотов в секунду)[17].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. У. Феймер. Рентгеновский пульсар (рус.). Астрономическая Картинка Дня. astronet.ru (23 июля 1998).
  2. Ю.А. Насимович. НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ (рус.). ЗВЁЗДЫ. astronet.ru.
  3. С. Б. Попов. Интересный двойной радиопульсар (рус.). Астрономическая Научная Картинка Дня. astronet.ru (20 марта 2004).
  4. Kızıltan, Bülent (2009). «Constraints on Pulsar Evolution: The Joint Period-Spin-down Distribution of Millisecond Pulsars» 693 (2): L109–L112. DOI:10.1088/0004-637X/693/2/L109. Bibcode:2009ApJ...693L.109K. (англ.)
  5. Naeye, Robert. Surprising Trove of Gamma-Ray Pulsars. (англ.)
  6. Freire, Paulo Pulsars in globular clusters. Arecibo Observatory. (англ.)
  7. Kopeikin, Sergei (2004). «Millisecond and Binary Pulsars as Nature's Frequency Standards. III. Fourier Analysis and Spectral Sensitivity of Timing Observations to Low-Frequency Noise». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 355 (2): 395-412. DOI:10.1111/j.1365-2966.2004.08331.x. (англ.)
  8. С. Б. Попов. Очень легкий миллисекундный пульсар (рус.). Астрономическая Научная Картинка Дня. astronet.ru (19 августа 2008).
  9. Fischer, Daniel. A comet orbiting a pulsar?. (англ.)
  10. The ATNF Pulsar Database. (англ.)
  11. Hessels, Jason (2006). «A Radio Pulsar Spinning at 716 Hz». Science 311 (5769): 1901–1904. DOI:10.1126/science.1123430. PMID 16410486. Bibcode:2006Sci...311.1901H. (англ.)
  12. Naeye, Robert. Spinning Pulsar Smashes Record (13 января 2006). (англ.)
  13. Cook, G. B.; Shapiro, S. L.; Teukolsky, S. A. (1994). «Recycling Pulsars to Millisecond Periods in General Relativity». Astrophysical Journal Letters 423: 117–120. DOI:10.1086/187250. Bibcode:1994ApJ...423L.117C. (англ.)
  14. Haensel, P.; Lasota, J. P.; Zdunik, J. L. (1999). «On the minimum period of uniformly rotating neutron stars». Astronomy and Astrophysics 344: 151–153. Bibcode:1999A&A...344..151H. (англ.)
  15. Chakrabarty, D.; Morgan, E. H.; Muno, M. P.; Galloway, D. K.; Wijnands, R.; van der Klis, M.; Markwardt, C. B. (2003). «Nuclear-powered millisecond pulsars and the maximum spin frequency of neutron stars». Nature 424 (6944): 42–44. DOI:10.1038/nature01732. PMID 12840751. Bibcode:2003Natur.424...42C. (англ.)
  16. "Integral points to the fastest spinning neutron star", Spaceflight Now (European Space Agency), 2007-02-19, <http://www.spaceflightnow.com/news/n0702/19neutronstar/>   (англ.)
  17. M. A. P. Torres, P. G. Jonker, D. Steeghs, G. H. A. Roelofs, J. S. Bloom, J. Casares, E. E. Falco, M. R. Garcia, T. R. Marsh, M. Mendez, J. M. Miller, G. Nelemans, P. Rodríguez-Gil (2008). «Observations of the 599 Hz Accreting X-Ray Pulsar IGR J00291+5934 during the 2004 Outburst and in Quiescence». The Astrophysical Journal 672 2008 (1079). DOI:10.1086/523831. (англ.)