Pulsar 4U 0115+63 dan V 0332+53 milik tipe khusus sumber - pulsar sinar-X yang menyala (atau sementara). Mereka bersinar redup dalam rentang sinar-X, atau berkedip terang, atau bahkan hilang sama sekali. Berdasarkan transisi pulsar dari satu keadaan ke keadaan lain, seseorang dapat menilai medan magnetnya dan suhu materi di sekitarnya. Nilai parameter ini sangat tinggi sehingga tidak dapat diperoleh dan diukur secara langsung di laboratorium terestrial.

Nama pulsar diawali dengan huruf, yang menunjukkan observatorium pertama yang menemukannya, dan kemudian ada angka - koordinat pulsar. “V” adalah satelit Vela 5B, satelit militer Amerika yang dirancang untuk memantau wilayah Uni Soviet. “4U,” merupakan singkatan dari “katalog ke-4 UHURU,” observatorium sinar-X khusus pertama yang mengorbit. Dan ketika pulsar pertama ditemukan, awalnya disebut LGM-1, dari “manusia hijau kecil”: ia mengirimkan pulsa radio melalui interval yang sama waktu, dan para peneliti memutuskan bahwa ini mungkin merupakan sinyal dari peradaban cerdas.

Pulsar sinar-X adalah bintang neutron yang berputar cepat dengan medan magnet yang kuat. Bintang neutron dapat berpasangan dengan bintang biasa dan menarik gasnya ke dirinya sendiri - para ahli astrofisika menyebutnya sebagai pertambahan. Gas tersebut berputar mengelilingi bintang neutron, membentuk piringan akresi, dan melambat pada batas magnetosfer bintang neutron. Dalam hal ini, zat tersebut menembus sedikit ke dalam magnetosfer, “membeku” ke dalamnya dan mengalir ke bawah garis magnet ke kutub. Jatuh di kutub magnet, memanas hingga ratusan juta derajat dan memancarkan jangkauan sinar-X. Karena sumbu magnet bintang neutron membentuk sudut terhadap sumbu rotasi, sinar-X berputar seperti sinar mercusuar dan “dari pantai” muncul sebagai sinyal berulang dengan periode seperseribu detik hingga beberapa menit.

Bintang neutron adalah salah satu kemungkinan sisa suar supernova. Pada akhir evolusi beberapa bintang, materinya terkompresi sedemikian rupa akibat gravitasi sehingga elektron benar-benar bergabung dengan proton dan membentuk neutron. Medan magnet bintang neutron dapat melebihi medan magnet maksimum yang dapat dicapai di Bumi hingga puluhan miliar kali lipat.

Agar pulsar sinar-X dapat diamati dalam sistem dua bintang, materi harus mengalir dari bintang biasa ke bintang neutron. Bintang biasa bisa menjadi raksasa atau super raksasa dan memiliki angin bintang yang kuat, yaitu mengeluarkan banyak materi ke luar angkasa. Atau mungkin juga tidak bintang besar seperti Matahari, yang telah mengisi lobus Roche - suatu wilayah di mana materi tidak lagi ditahan oleh gaya gravitasi bintang ini dan ditarik oleh gravitasi bintang neutron.

Pulsar sinar-X 4U 0115+63 dan V 0332+53 memancarkan radiasi yang sangat tidak menentu (yaitu, memancarkan semburan radiasi) karena masing-masing pulsar tersebut mempunyai bintang pendamping yang agak tidak biasa - bintang kelas Be. Bintang Be berputar pada porosnya begitu cepat sehingga dari waktu ke waktu roknya “terangkat”—cakram gas terbentuk dan tumbuh di sepanjang ekuator—dan bintang tersebut memenuhi lobus Roche. Gas mulai bertambah dengan cepat ke bintang neutron, intensitas radiasinya meningkat tajam, dan terjadi suar. Lambat laun, “rok” tersebut menjadi aus, piringan akresi habis, dan materi tidak dapat lagi jatuh ke bintang neutron karena pengaruh medan magnet dan kekuatan sentrifugal. Apa yang disebut “efek baling-baling” terjadi. Dalam rezim ini, pertambahan tidak terjadi dan sumber sinar-X menghilang.

Menggunakan teleskop sinar-X di observatorium luar angkasa Dengan cepat, para ilmuwan Rusia mampu mengukur ambang intensitas radiasi, yaitu luminositas di bawah mana pulsar masuk ke “mode baling-baling”. Nilai ini bergantung pada medan magnet dan periode rotasi pulsar. Periode rotasi sumber yang diteliti diketahui dengan mengukur waktu tibanya pulsa yang dipancarkannya - 3,6 detik untuk 4U 0115+63 dan 4,3 detik untuk V 0332+53, yang memungkinkan untuk menghitung kekuatan medan magnet. Hasilnya bertepatan dengan nilai yang diperoleh dengan metode lain. Namun, luminositas pulsar tidak turun 400 kali lipat seperti yang diperkirakan, melainkan hanya 200 kali lipat. Para penulis berpendapat bahwa permukaan bintang neutron, yang dipanaskan oleh suar, mendingin dan dengan demikian berfungsi sumber tambahan radiasi, atau efek baling-baling tidak dapat sepenuhnya menghalangi aliran materi dari bintang biasa dan terdapat saluran “kebocoran” lainnya.

Peralihan ke mode baling-baling sangat sulit dideteksi, karena dalam mode ini pulsar hampir tidak memancarkan radiasi. Selama semburan sebelumnya pada sumber 4U 0115+63 dan V 0332+53, telah ada upaya untuk menangkap transisi ini, namun karena rendahnya sensitivitas instrumen yang tersedia pada saat itu, “keadaan mati” tidak dapat dideteksi. Konfirmasi yang dapat dipercaya bahwa pulsar-pulsar ini benar-benar “mati” kini baru diterima. Selain itu, informasi tentang transisi ke “mode baling-baling” dapat digunakan untuk menentukan kekuatan dan struktur medan magnet bintang neutron.

Alexander Lutovinov, Profesor Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, kepala laboratorium di Institut penelitian luar angkasa Guru RAS dan MIPT menjelaskan: “Salah satunya persoalan mendasar Pembentukan dan evolusi bintang neutron bergantung pada struktur medan magnetnya. Selama penelitian, kami menentukan komponen dipol medan magnet untuk dua bintang neutron, yang bertanggung jawab atas efek baling-baling. Kami telah menunjukkan bahwa nilai yang diperoleh secara independen ini dapat dibandingkan dengan nilai medan magnet yang telah diketahui dari pengukuran garis siklotron, dan dengan demikian memperkirakan kontribusi komponen lain secara lebih rinci. pesanan tinggi, yang termasuk dalam struktur lapangan." Hasil pengukuran, perhitungan dan kesimpulan dipublikasikan di jurnal

Ahli astrofisika memfilmkan radiasi pulsar yang memudar dengan sangat cepat setelahnya kilatan yang kuat- transisi ke mode baling-baling yang disebut. Fenomena tersebut, yang secara teoritis diperkirakan lebih dari empat puluh tahun yang lalu, telah dicatat secara andal untuk pertama kalinya.

Tim astrofisikawan internasional, termasuk ilmuwan Rusia dari Institut Penelitian Luar Angkasa Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, MIPT dan Observatorium Pulkovo RAS, memfilmkan radiasi pulsar yang memudar dengan sangat cepat setelah semburan api yang kuat - transisi ke apa yang disebut mode baling-baling. Prediksi teoretis mengenai efek ini dibuat lebih dari empat puluh tahun yang lalu, namun baru sekarang fenomena ini tercatat secara andal untuk pertama kalinya pada pulsar sinar-X 4U 0115+63 dan V 0332+53. Hasil pengukuran, perhitungan dan kesimpulannya dipublikasikan di jurnal Astronomy & Astrophysics.

Pulsar 4U 0115+63 dan V 0332+53 termasuk dalam jenis sumber khusus - pulsar sinar-X yang menyala (atau sementara). Mereka bersinar redup dalam rentang sinar-X, atau berkedip terang, atau bahkan hilang sama sekali. Berdasarkan transisi pulsar dari satu keadaan ke keadaan lain, seseorang dapat menilai medan magnetnya dan suhu materi di sekitarnya. Nilai parameter ini sangat tinggi sehingga tidak dapat diperoleh dan diukur secara langsung di laboratorium terestrial.

Nama pulsar diawali dengan huruf, yang menunjukkan observatorium pertama yang menemukannya, dan kemudian ada angka - koordinat pulsar. "V" adalah satelit Vela 5B, satelit militer Amerika yang dirancang untuk memantau wilayah Uni Soviet. “4U,” merupakan singkatan dari “katalog ke-4 UHURU,” observatorium sinar-X khusus pertama yang mengorbit. Dan ketika pulsar pertama ditemukan, awalnya disebut LGM-1, yang berarti “manusia hijau kecil”: ia mengirimkan gelombang radio secara berkala, dan para peneliti memutuskan bahwa itu mungkin merupakan sinyal dari peradaban cerdas.

Pulsar sinar-X adalah bintang neutron yang berputar cepat dengan medan magnet yang kuat. Bintang neutron dapat berpasangan dengan bintang biasa dan menarik gasnya ke dirinya sendiri - ahli astrofisika menyebutnya akresi. Gas tersebut berputar mengelilingi bintang neutron, membentuk piringan akresi, dan melambat pada batas magnetosfer bintang neutron. Dalam hal ini, zat tersebut menembus sedikit ke dalam magnetosfer, “membeku” ke dalamnya dan mengalir sepanjang garis magnet ke kutub. Jatuh di kutub magnet, memanas hingga ratusan juta derajat dan memancarkan jangkauan sinar-X. Karena sumbu magnet bintang neutron membentuk sudut terhadap sumbu rotasi, sinar-X berputar seperti sinar mercusuar dan “dari pantai” muncul sebagai sinyal berulang dengan periode seperseribu detik hingga beberapa menit.

Bintang neutron adalah salah satu kemungkinan sisa ledakan supernova. Pada akhir evolusi beberapa bintang, materinya terkompresi sedemikian rupa akibat gravitasi sehingga elektron benar-benar bergabung dengan proton dan membentuk neutron. Medan magnet bintang neutron dapat melebihi medan magnet maksimum yang dapat dicapai di Bumi hingga puluhan miliar kali lipat.

Agar pulsar sinar-X dapat diamati dalam sistem dua bintang, materi harus mengalir dari bintang biasa ke bintang neutron. Bintang biasa bisa menjadi raksasa atau super raksasa dan memiliki angin bintang yang kuat, yaitu mengeluarkan banyak materi ke luar angkasa. Atau bisa juga bintang kecil seperti Matahari yang telah memenuhi lobus Roche-nya – wilayah di mana materi tidak lagi tertahan oleh gaya gravitasi bintang dan tertarik oleh gravitasi bintang neutron.

Pulsar sinar-X 4U 0115+63 dan V 0332+53 memancarkan radiasi yang sangat tidak menentu (yaitu, memancarkan semburan radiasi) karena masing-masing pulsar tersebut mempunyai bintang pendamping yang agak tidak biasa - bintang kelas Be. Bintang Be berputar pada porosnya begitu cepat sehingga dari waktu ke waktu roknya “terangkat” - piringan gas terbentuk dan tumbuh di sepanjang ekuator - dan bintang tersebut memenuhi lobus Roche. Gas mulai bertambah dengan cepat ke bintang neutron, intensitas radiasinya meningkat tajam, dan terjadi suar. Lambat laun, “rok” tersebut menjadi aus, piringan akresi habis, dan materi tidak dapat lagi jatuh ke bintang neutron karena pengaruh medan magnet dan gaya sentrifugal. Apa yang disebut “efek baling-baling” terjadi. Dalam rezim ini, pertambahan tidak terjadi dan sumber sinar-X menghilang.

Dalam astronomi, istilah "luminositas" digunakan, yaitu total energi yang dipancarkan benda angkasa per satuan waktu. Luminositas ambang batas untuk sumber 4U 0115+63 ditunjukkan dengan warna merah. Untuk sumber lain (V 0332+53) gambaran serupa juga terlihat. Jika garis biru digambar, jarak antara pulsar dan bintang optik menjadi minimal. Pada posisi ini, mode akresi dapat dilanjutkan sementara jika terdapat jumlah materi yang cukup, yang terlihat jelas pada gambar.

Dengan menggunakan teleskop sinar-X di observatorium luar angkasa Swift, para ilmuwan Rusia dapat mengukur ambang batas intensitas radiasi, yaitu luminositas di bawah mana pulsar memasuki “mode baling-baling”. Nilai ini bergantung pada medan magnet dan periode rotasi pulsar. Periode rotasi sumber yang diteliti diketahui dengan mengukur waktu tibanya pulsa yang dipancarkannya - 3,6 detik untuk 4U 0115+63 dan 4,3 detik untuk V 0332+53, yang memungkinkan untuk menghitung kekuatan medan magnet. Hasilnya bertepatan dengan nilai yang diperoleh dengan metode lain. Namun, luminositas pulsar tidak turun 400 kali lipat seperti yang diperkirakan, melainkan hanya 200 kali lipat. Para penulis berpendapat bahwa permukaan bintang neutron, yang dipanaskan oleh suar, mendingin dan dengan demikian berfungsi sebagai sumber radiasi tambahan, atau efek baling-baling tidak dapat sepenuhnya menghalangi aliran materi dari bintang biasa dan terdapat “kebocoran” lainnya. saluran.

Peralihan ke mode baling-baling sangat sulit dideteksi, karena dalam mode ini pulsar hampir tidak memancarkan radiasi. Selama semburan sebelumnya pada sumber 4U 0115+63 dan V 0332+53, telah ada upaya untuk menangkap transisi ini, namun karena rendahnya sensitivitas instrumen yang tersedia pada saat itu, “keadaan mati” tidak dapat dideteksi. Konfirmasi yang dapat dipercaya bahwa pulsar-pulsar ini benar-benar “mati” kini baru diterima. Selain itu, informasi tentang transisi ke “mode baling-baling” dapat digunakan untuk menentukan kekuatan dan struktur medan magnet bintang neutron.

Alexander Lutovinov, profesor Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, kepala laboratorium di Institut Penelitian Luar Angkasa Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dan guru di MIPT menjelaskan:

“Salah satu pertanyaan mendasar tentang pembentukan dan evolusi bintang neutron adalah struktur medan magnetnya. Selama penelitian, kami menentukan komponen dipol medan magnet untuk dua bintang neutron, yang bertanggung jawab atas efek baling-baling. Kami menunjukkan bahwa nilai yang diperoleh secara independen ini dapat dibandingkan dengan nilai medan magnet yang telah diketahui dari pengukuran garis siklotron, dan dengan demikian memperkirakan kontribusi komponen tingkat tinggi lainnya yang masuk ke dalam struktur medan.”

Hak cipta ilustrasi Gambar Getty Keterangan gambar Fenomena ini diamati menggunakan observatorium luar angkasa dan teleskop berbasis darat

Para ilmuwan untuk pertama kalinya mampu mendeteksi gelombang gravitasi dari penggabungan dua bintang neutron.

Gelombang tersebut direkam oleh detektor LIGO di AS dan Observatorium Virgo Italia.

Menurut para peneliti, akibat penggabungan tersebut, unsur-unsur seperti platinum dan emas muncul di Alam Semesta.

Penemuan itu dilakukan pada 17 Agustus. Dua detektor di Amerika Serikat mendeteksi sinyal gravitasi GW170817.

Data dari detektor ketiga di Italia memungkinkan untuk memperjelas lokalisasi peristiwa kosmik tersebut.

“Inilah yang telah kita tunggu-tunggu,” kata Direktur Eksekutif Laboratorium LIGO David Reitze mengomentari penemuan tersebut.

Penggabungan tersebut terjadi di galaksi NGC4993 yang terletak sekitar 130 juta tahun cahaya dari Bumi di konstelasi Hydra.

Massa bintang berkisar antara 1,1 hingga 1,6 massa matahari, yang termasuk dalam wilayah massa bintang neutron. Radiusnya 10-20 km.

Bintang disebut bintang neutron karena, selama proses kompresi gravitasi, proton dan elektron di dalam bintang bergabung, menghasilkan suatu benda yang hampir seluruhnya terdiri dari neutron.

Benda-benda seperti itu memiliki kepadatan yang luar biasa - satu sendok teh materi akan memiliki berat sekitar satu miliar ton.

Hak cipta ilustrasi UNIVERSITAS NEGERI NSF/LIGO/SONOMA Keterangan gambar Penggabungan bintang neutron di benak para ilmuwan terlihat seperti ini (di foto - model komputer)

Laboratorium LIGO di Livingston, Louisiana, adalah sebuah bangunan kecil dengan dua pipa memanjang tegak lurus - lengan interferometer. Di dalam masing-masingnya terdapat sinar laser, yang merekam perubahan panjang gelombang gravitasi yang dapat dideteksi.

Detektor LIGO, yang terletak di tengah hutan luas, dirancang untuk mendeteksi gelombang gravitasi yang menghasilkan bencana alam kosmik berskala besar seperti penggabungan bintang neutron.

Detektor ini ditingkatkan empat tahun lalu, dan sejak itu telah mendeteksi tabrakan lubang hitam sebanyak empat kali.

Gelombang gravitasi yang timbul akibat peristiwa berskala besar di ruang angkasa menyebabkan munculnya distorsi ruang-waktu, agak mirip dengan riak di air.

Pemutaran media tidak didukung di perangkat Anda

Penemuan Tahun Ini: Seperti Apa Suara Tabrakan Bintang Neutron?

Mereka meregangkan dan memampatkan semua materi yang mereka lewati hingga tingkat yang hampir tidak signifikan – kurang dari lebar satu atom.

"Saya senang dengan apa yang telah kami lakukan. Saya pertama kali mulai mengerjakan gelombang gravitasi di Glasgow ketika saya masih menjadi mahasiswa. Bertahun-tahun telah berlalu sejak itu, ada naik turunnya, tapi sekarang semuanya sudah menyatu," kata pekerja LIGO, Profesor Norna Robertson.

“Selama beberapa tahun terakhir, kami pertama kali mendeteksi penggabungan lubang hitam dan kemudian bintang neutron, dan saya merasa kami membuka bidang baru untuk penelitian,” tambahnya.

• Adanya gelombang gravitasi diprediksi dalam teori umum Relativitas Einstein
• Butuh waktu puluhan tahun untuk mengembangkan teknologi yang memungkinkan perekaman gelombang.
• Gelombang gravitasi merupakan distorsi ruang dan waktu yang timbul akibat peristiwa berskala besar di ruang angkasa
• Materi yang berakselerasi dengan cepat menghasilkan gelombang gravitasi yang bergerak dengan kecepatan cahaya
• Di antara sumber gelombang yang terlihat adalah penggabungan bintang neutron dan “lubang hitam”.
• Penelitian gelombang membuka bidang penelitian baru yang fundamental

Para ilmuwan percaya bahwa pelepasan energi dalam skala seperti itu menyebabkan munculnya elemen langka- seperti emas dan platinum.

Menurut Dr Kate Maguire dari Queen's University Belfast, yang menganalisis wabah pertama yang muncul dari merger, teori tersebut kini telah terbukti.

“Dengan menggunakan teleskop paling canggih di dunia, kami menemukan bahwa penggabungan bintang neutron ini menghasilkan pelepasan benda-benda berat berkecepatan tinggi. unsur kimia, seperti emas dan platinum, ke luar angkasa,” kata Maguire.

“Hasil baru ini membantu mencapai kemajuan signifikan dalam menyelesaikan perdebatan lama mengenai lokasinya tabel periodik elemen yang lebih berat dari besi diambil,” tambahnya.

Perbatasan baru

Pengamatan terhadap tabrakan bintang neutron juga membenarkan teori bahwa tabrakan tersebut disertai dengan semburan pendek sinar gamma.

Dengan membandingkan informasi yang dikumpulkan tentang gelombang gravitasi akibat tumbukan dengan data di dalamnya radiasi cahaya dikumpulkan menggunakan teleskop, para ilmuwan menggunakan metode yang sebelumnya tidak digunakan untuk mengukur laju perluasan alam semesta.

Salah satu fisikawan teoretis paling berpengaruh di planet ini, Profesor Stephen Hawking, berbicara kepada BBC, menyebutnya sebagai "anak tangga pertama" menuju cara baru mengukur jarak di Alam Semesta.

“Cara-cara baru dalam mengamati alam semesta cenderung menimbulkan kejutan, yang banyak di antaranya tidak dapat diperkirakan sebelumnya. Kita masih mengucek mata, atau lebih tepatnya, menjernihkan telinga, setelah mendengar suara gelombang gravitasi untuk pertama kalinya,” kata Hawking.

Hak cipta ilustrasi N.S.F. Keterangan gambar Kompleks Observatorium LIGO di Livingston. "Bahu" memanjang dari bangunan - pipa, di dalamnya sinar laser lewat dalam ruang hampa.

Sekarang peralatan kompleks LIGO sedang dimodernisasi. Dalam setahun, ia akan menjadi dua kali lebih sensitif, dan akan mampu memindai bagian ruang yang delapan kali lebih besar dari sekarang.

Para ilmuwan percaya bahwa di masa depan, pengamatan tabrakan lubang hitam dan bintang neutron akan menjadi hal yang penting kejadian umum. Mereka juga berharap untuk belajar mengamati objek yang bahkan tidak dapat mereka bayangkan saat ini, dan memulainya era baru dalam astronomi.

Bintang neutron, yang sering disebut bintang “mati”, adalah objek yang menakjubkan. Studi mereka di dekade terakhir telah menjadi salah satu bidang astrofisika yang paling menarik dan kaya akan penemuan. Ketertarikan terhadap bintang neutron tidak hanya disebabkan oleh misteri strukturnya, tetapi juga karena kepadatannya yang sangat besar serta medan magnet dan gravitasinya yang kuat. Masalahnya ada di dalam kondisi khusus, menyerupai inti atom yang sangat besar, dan kondisi ini tidak dapat direproduksi di laboratorium bumi.

Kelahiran di ujung pena

Penemuan partikel elementer baru, neutron, pada tahun 1932 membuat para astrofisikawan bertanya-tanya apa perannya dalam evolusi bintang. Dua tahun kemudian, ledakan supernova diduga terkait dengan transformasi bintang biasa menjadi bintang neutron. Kemudian dilakukan perhitungan terhadap struktur dan parameter bintang tersebut, dan menjadi jelas bahwa jika bintang kecil (seperti Matahari kita) pada akhir evolusinya berubah menjadi katai putih, maka bintang yang lebih berat menjadi katai neutron. Pada bulan Agustus 1967, para astronom radio, ketika mempelajari kerlipan sumber radio kosmik, menemukan sinyal-sinyal aneh: sangat singkat, berlangsung sekitar 50 milidetik, pulsa emisi radio direkam, diulangi pada interval waktu yang ditentukan secara ketat (sekitar satu detik) . Ini benar-benar berbeda dari gambaran kacau yang biasa terjadi tentang fluktuasi emisi radio yang acak dan tidak teratur. Setelah memeriksa semua peralatan secara menyeluruh, saya yakin ada denyut nadinya asal luar bumi. Sulit bagi para astronom untuk terkejut dengan objek yang memancarkan radiasi dengan intensitas yang bervariasi, tetapi dalam pada kasus ini periodenya sangat singkat, dan sinyalnya sangat teratur, sehingga para ilmuwan dengan serius berpendapat bahwa itu mungkin berita dari peradaban luar bumi.

Oleh karena itu, pulsar pertama diberi nama LGM-1 (dari bahasa Inggris Little Green Men “Little Green Men”), meskipun upaya untuk menemukan makna apa pun dalam pulsa yang diterima berakhir sia-sia. Segera, 3 sumber radio berdenyut lainnya ditemukan. Periode mereka sekali lagi ternyata jauh lebih sedikit daripada karakteristik waktu getaran dan rotasi semua objek astronomi yang diketahui. Karena sifat radiasi yang berdenyut, objek baru mulai disebut pulsar. Penemuan ini benar-benar mengguncang astronomi, dan laporan deteksi pulsar mulai berdatangan dari banyak observatorium radio. Setelah penemuan pulsar di Nebula Kepiting, yang muncul akibat ledakan supernova pada tahun 1054 (bintang ini terlihat pada siang hari, seperti yang disebutkan oleh orang Cina, Arab, dan Amerika Utara dalam sejarah mereka), menjadi jelas bahwa pulsar entah bagaimana terkait dengan ledakan supernova.

Kemungkinan besar, sinyal tersebut berasal dari benda yang tertinggal setelah ledakan. Butuh waktu lama sebelum ahli astrofisika menyadari bahwa pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat yang telah lama mereka cari.

Nebula Kepiting
Pecahnya supernova ini (foto di atas), yang berkilauan di langit bumi lebih terang dari Venus dan terlihat bahkan di siang hari, terjadi pada tahun 1054 menurut jam bumi. Hampir 1.000 tahun adalah periode waktu yang sangat singkat menurut standar kosmik, namun selama ini Nebula Kepiting yang indah berhasil terbentuk dari sisa-sisa bintang yang meledak. Gambar ini adalah komposisi dua gambar: salah satunya diperoleh dari alam semesta teleskop optik Hubble (warna merah), teleskop sinar-X Chandra lainnya (biru). Oleh karena itu, terlihat jelas bahwa elektron berenergi tinggi yang dipancarkan dalam rentang sinar-X kehilangan energinya dengan sangat cepat warna biru hanya berlaku di bagian tengah nebula.
Menggabungkan dua gambar membantu untuk lebih memahami mekanisme pengoperasian generator kosmik yang menakjubkan ini getaran elektromagnetik rentang frekuensi terluas dari sinar gamma hingga gelombang radio. Meskipun sebagian besar bintang neutron telah terdeteksi melalui emisi radio, mereka memancarkan sebagian besar energinya dalam rentang sinar gamma dan sinar-x. Bintang neutron dilahirkan dengan sangat panas, tetapi mendingin cukup cepat, dan pada usia seribu tahun mereka memiliki suhu permukaan sekitar 1.000.000 K. Oleh karena itu, hanya bintang neutron muda yang bersinar dalam rentang sinar-X karena radiasi termal murni.

Fisika pulsar
Pulsar hanyalah sebuah gasing bermagnet besar yang berputar pada sumbu yang tidak berimpit dengan sumbu magnet. Jika tidak ada yang jatuh di atasnya dan tidak memancarkan apa pun, maka pancaran radionya akan memiliki frekuensi rotasi dan kita tidak akan pernah mendengarnya di Bumi. Namun faktanya puncak ini memiliki massa yang sangat besar dan suhu permukaan yang tinggi, dan medan magnet yang berputar menciptakan medan listrik yang sangat besar, yang mampu mempercepat proton dan elektron hingga hampir mencapai kecepatan cahaya. Selain itu, semua partikel bermuatan yang mengalir di sekitar pulsar terperangkap dalam medan magnet yang sangat besar. Dan hanya dalam sudut padat kecil terhadap sumbu magnet mereka dapat melepaskan diri (bintang neutron memiliki medan magnet terkuat di Alam Semesta, mencapai 10 10 10 14 gauss, sebagai perbandingan: medan bumi 1 gauss, medan magnet matahari 10 50 gauss ) . Aliran partikel bermuatan inilah yang menjadi sumber emisi radio dari mana pulsar ditemukan, yang kemudian menjadi bintang neutron. Karena sumbu magnet bintang neutron tidak selalu bertepatan dengan sumbu rotasinya, ketika bintang tersebut berputar, aliran gelombang radio merambat ke seluruh ruang seperti pancaran suar yang berkedip, hanya sesaat menembus kegelapan di sekitarnya.

Gambar sinar-X dari pulsar Nebula Kepiting dalam keadaan aktif (kiri) dan normal (kanan).

tetangga terdekat
Pulsar ini terletak pada jarak hanya 450 tahun cahaya dari Bumi dan merupakan sistem biner dari bintang neutron dan katai putih dengan masa peredaran 5,5 hari. Lembut radiasi sinar-x, yang diterima oleh satelit ROSAT, dipancarkan oleh tutup kutub PSR J0437-4715, yang dipanaskan hingga dua juta derajat. Selama rotasinya yang cepat (periode pulsar ini 5,75 milidetik), ia berbelok ke arah Bumi dengan salah satu kutub magnetnya, akibatnya intensitas fluks sinar gamma berubah sebesar 33%. Objek terang di sebelah pulsar kecil ini adalah galaksi jauh, yang karena alasan tertentu aktif bersinar di wilayah spektrum sinar-X.

Gravitasi Yang Mahakuasa

Berdasarkan teori modern evolusi, bintang-bintang masif mengakhiri hidupnya dengan ledakan kolosal, mengubah sebagian besar dari mereka menjadi mengembang nebula gas. Akibatnya, yang tersisa dari raksasa yang ukuran dan massanya berkali-kali lipat lebih besar dari Matahari kita adalah benda panas padat berukuran sekitar 20 km, dengan atmosfer tipis (hidrogen dan ion yang lebih berat) dan medan gravitasi, 100 miliar kali lebih tinggi daripada di Bumi. Ia disebut bintang neutron karena sebagian besar terdiri dari neutron. Materi bintang neutron adalah bentuk materi yang paling padat (satu sendok teh supernukleus memiliki berat sekitar satu miliar ton). Periode sinyal yang sangat singkat yang dipancarkan pulsar adalah argumen pertama dan terpenting yang mendukung fakta bahwa pulsar adalah bintang neutron, yang memiliki medan magnet besar dan berputar dengan kecepatan sangat tinggi. Hanya benda padat dan kompak (hanya berukuran beberapa puluh kilometer) dengan medan gravitasi yang kuat yang dapat menahan kecepatan rotasi tersebut tanpa hancur berkeping-keping akibat gaya inersia sentrifugal.

Bintang neutron terdiri dari cairan neutron yang bercampur dengan proton dan elektron. "Cairan nuklir", sangat mirip dengan zat dari inti atom, 1014 kali lebih padat dari air biasa. Perbedaan besar ini dapat dimengerti karena sebagian besar atom terdiri dari ruang kosong, di mana di sekitar yang kecil inti yang berat elektron ringan bergetar. Inti mengandung hampir seluruh massa, karena proton dan neutron 2.000 kali lebih berat daripada elektron. Gaya ekstrim yang dihasilkan oleh pembentukan bintang neutron menekan atom sedemikian rupa sehingga elektron yang dimasukkan ke dalam inti bergabung dengan proton untuk membentuk neutron. Dengan cara ini, sebuah bintang lahir, hampir seluruhnya terdiri dari neutron. Cairan nuklir super padat, jika dibawa ke Bumi, akan meledak bom nuklir, tetapi pada bintang neutron ia stabil karena tekanan gravitasi yang sangat besar. Namun, di lapisan luar bintang neutron (seperti halnya semua bintang), tekanan dan suhu turun, membentuk kerak padat setebal sekitar satu kilometer. Hal ini diyakini sebagian besar terdiri dari inti besi.

Kilatan
Suar sinar-X kolosal pada tanggal 5 Maret 1979 ternyata terjadi jauh di luar Galaksi kita, di Awan Magellan Besar, satelit Bima Sakti kita, yang terletak pada jarak 180 ribu tahun cahaya dari Bumi. Pemrosesan gabungan ledakan sinar gamma pada tanggal 5 Maret, yang direkam oleh tujuh pesawat ruang angkasa, memungkinkan penentuan posisinya dengan cukup akurat dari objek ini, dan fakta bahwa lokasinya tepatnya di Awan Magellan saat ini hampir tidak diragukan lagi.

Peristiwa yang terjadi pada bintang jauh ini 180 ribu tahun yang lalu sulit untuk dibayangkan, tetapi peristiwa tersebut terjadi seperti 10 supernova, lebih dari 10 kali luminositas semua bintang di Galaksi kita. Titik terang di bagian atas gambar adalah pulsar SGR yang sudah lama diketahui, dan garis luar yang tidak beraturan kemungkinan besar merupakan posisi objek yang berkobar pada tanggal 5 Maret 1979.

Asal usul bintang neutron
Ledakan supernova hanyalah peralihan sebagian saja energi gravitasi untuk termal. Saat masuk bintang tua bahan bakar habis dan reaksi termonuklir tidak dapat lagi memanaskan kedalamannya hingga mencapai suhu yang diperlukan, keruntuhan awan gas seolah-olah terjadi di pusat gravitasinya. Energi yang dilepaskan dalam proses ini menghamburkan lapisan luar bintang ke segala arah, membentuk nebula yang mengembang. Jika bintangnya kecil, seperti Matahari kita, maka terjadi ledakan dan katai putih terbentuk. Jika massa bintang lebih dari 10 kali massa Matahari, maka keruntuhan tersebut menyebabkan ledakan supernova dan terbentuklah bintang neutron biasa. Jika supernova meledak seluruhnya di tempat bintang besar, bermassa 20 x 40 Matahari, dan terbentuklah bintang neutron yang bermassa lebih dari tiga Matahari, kemudian proses kompresi gravitasi menjadi ireversibel dan terbentuklah lubang hitam.

Struktur internal
Kerak padat lapisan terluar bintang neutron terdiri dari inti atom berat yang tersusun dalam kisi kubik, dengan elektron terbang bebas di antara keduanya, yang menyerupai logam tanah, tapi hanya lebih padat.

Pertanyaan terbuka

Meskipun bintang neutron telah dipelajari secara intensif selama sekitar tiga dekade, namun mereka struktur internal tidak diketahui secara pasti. Selain itu, tidak ada kepastian pasti bahwa sebagian besarnya terdiri dari neutron. Saat Anda bergerak lebih jauh ke dalam bintang, tekanan dan kepadatan meningkat dan materi dapat dikompresi sedemikian rupa sehingga terurai menjadi quark – bahan penyusun proton dan neutron. Menurut modern kromodinamika kuantum Quark tidak dapat hidup dalam keadaan bebas, tetapi digabungkan menjadi “tiga” dan “dua” yang tidak terpisahkan. Tapi mungkin, di perbatasan inti dalam bintang neutron, situasinya berubah dan quark keluar dari kungkungannya. Untuk lebih memahami sifat bintang neutron dan materi quark eksotik, para astronom perlu menentukan hubungan antara massa bintang dan jari-jarinya (kerapatan rata-rata). Dengan mempelajari bintang neutron menggunakan satelit, massanya dapat diukur dengan cukup akurat, namun menentukan diameternya jauh lebih sulit. Baru-baru ini, para ilmuwan yang menggunakan satelit sinar-X XMM-Newton telah menemukan cara untuk memperkirakan kepadatan bintang neutron berdasarkan pergeseran merah gravitasi. Hal lain yang tidak biasa tentang bintang neutron adalah ketika massa bintang berkurang, radiusnya bertambah; akibatnya, bintang neutron paling masif memiliki ukuran terkecil.

Janda hitam
Ledakan supernova sering kali memberikan kecepatan yang luar biasa pada pulsar yang baru lahir. Bintang terbang dengan medan magnet yang layak sangat mengganggu gas terionisasi yang mengisi ruang antarbintang. Semacam gelombang kejut terbentuk, berjalan di depan bintang dan menyimpang ke dalam kerucut lebar setelahnya. Gabungan gambar optik (bagian biru-hijau) dan sinar-X (warna merah) menunjukkan bahwa di sini kita tidak hanya berhadapan dengan awan gas bercahaya, tetapi juga dengan aliran yang sangat besar. partikel elementer, dipancarkan oleh pulsar milidetik ini. Kecepatan linier Black Widow sama dengan 1 juta km/jam, ia berputar pada porosnya dalam 1,6 ms, usianya sudah sekitar satu miliar tahun, dan memiliki bintang pendamping yang mengorbit Janda dengan periode 9,2 jam. Pulsar B1957+20 mendapatkan namanya karena alasan sederhana yaitu radiasi kuatnya membakar tetangganya, menyebabkan gas yang membentuknya “mendidih” dan menguap. Kepompong berbentuk cerutu merah di belakang pulsar adalah bagian ruang tempat elektron dan proton yang dipancarkan bintang neutron memancarkan sinar gamma lembut.

Hasil pemodelan komputer memungkinkan Anda untuk dengan sangat jelas, secara melintang, membayangkan proses yang terjadi di dekat pulsar yang terbang cepat. Sinar yang menyimpang dari titik terang merupakan gambaran konvensional aliran energi radiasi, serta aliran partikel dan antipartikel yang memancar dari bintang neutron. Garis merah di perbatasan ruang hitam di sekitar bintang neutron dan awan plasma bercahaya merah adalah tempat aliran partikel relativistik yang terbang hampir dengan kecepatan cahaya bertemu dengan padat. gelombang kejut gas antarbintang. Dengan pengereman yang tajam, partikel-partikel tersebut memancarkan sinar-X dan, setelah kehilangan sebagian besar energinya, tidak lagi terlalu memanaskan gas yang datang.

Kram Raksasa

Pulsar dianggap sebagai salah satu tahap awal kehidupan bintang neutron. Berkat penelitian mereka, para ilmuwan belajar tentang medan magnet, kecepatan rotasi, dan sebagainya nasib masa depan bintang neutron. Dengan terus-menerus memantau perilaku pulsar, seseorang dapat menentukan dengan tepat berapa banyak energi yang hilang, seberapa melambatnya, dan bahkan kapan pulsar tersebut akan lenyap, karena telah melambat sedemikian rupa sehingga tidak dapat memancarkan gelombang radio yang kuat. Studi-studi ini mengkonfirmasi banyak prediksi teoretis tentang bintang neutron.

Pada tahun 1968, pulsar dengan periode rotasi dari 0,033 detik hingga 2 detik ditemukan. Frekuensi pulsa pulsar radio dipertahankan dengan akurasi yang luar biasa, dan pada awalnya stabilitas sinyal ini lebih tinggi daripada sinyal terestrial jam atom. Namun, dengan kemajuan dalam bidang pengukuran waktu, perubahan reguler dalam periodenya dapat dicatat pada banyak pulsar. Tentu saja, ini hanyalah perubahan yang sangat kecil, dan hanya dalam jutaan tahun kita dapat memperkirakan periodenya akan berlipat ganda. Perbandingan kecepatan putaran saat ini dengan perlambatan putaran merupakan salah satu cara untuk memperkirakan umur pulsar. Meskipun sinyal radio sangat stabil, beberapa pulsar terkadang mengalami apa yang disebut "gangguan". Dalam selang waktu yang sangat singkat (kurang dari 2 menit), kecepatan putaran pulsar meningkat secara signifikan, dan kemudian setelah beberapa waktu kembali ke nilai sebelum “gangguan”. Dipercaya bahwa “gangguan” tersebut mungkin disebabkan oleh penataan ulang massa di dalam bintang neutron. Namun mekanisme pastinya masih belum diketahui.

Oleh karena itu, pulsar Vela mengalami “gangguan” besar kira-kira setiap 3 tahun sekali, dan ini membuatnya sangat objek yang menarik untuk mempelajari fenomena seperti itu.

magnetar

Beberapa bintang neutron, yang disebut sumber ledakan sinar gamma lunak berulang (SGRs), memancarkan semburan sinar gamma "lunak" yang kuat pada interval yang tidak teratur. Jumlah energi yang dipancarkan oleh SGR dalam suar biasa yang berlangsung beberapa persepuluh detik dapat dipancarkan Matahari hanya dalam waktu sepanjang tahun. Empat SGR yang diketahui terletak di dalam Galaksi kita dan hanya satu yang berada di luar Galaksi kita. Ledakan energi yang luar biasa ini dapat disebabkan oleh gempa bintang - versi gempa bumi yang kuat, ketika permukaan padat bintang neutron terkoyak dan aliran proton yang kuat meledak dari kedalamannya, yang terjebak dalam medan magnet, memancarkan radiasi gamma dan sinar-X. . Bintang neutron diidentifikasi sebagai sumber semburan sinar gamma yang kuat setelah ledakan sinar gamma yang sangat besar pada tanggal 5 Maret 1979, melepaskan energi dalam detik pertama sebanyak energi yang dipancarkan Matahari dalam 1.000 tahun. Pengamatan terbaru terhadap salah satu bintang neutron paling aktif saat ini tampaknya mendukung teori bahwa semburan radiasi gamma dan sinar-X yang tidak teratur dan kuat disebabkan oleh gempa bintang.

Pada tahun 1998, SGR yang terkenal tiba-tiba terbangun dari “tidurnya”, yang tidak menunjukkan tanda-tanda aktivitas selama 20 tahun dan mengeluarkan energi yang hampir sama besarnya dengan ledakan sinar gamma pada tanggal 5 Maret 1979. Apa yang paling mengejutkan para peneliti ketika mengamati peristiwa ini adalah penurunan tajam kecepatan rotasi bintang, yang mengindikasikan kehancurannya. Untuk menjelaskan ledakan sinar gamma dan sinar-X yang kuat, diusulkan model bintang magnetar-neutron dengan medan magnet superkuat. Jika sebuah bintang neutron lahir, berputar sangat cepat, maka gabungan pengaruh rotasi dan konveksi yang berperan peran penting dalam beberapa detik pertama keberadaan bintang neutron, dapat menciptakan medan magnet yang sangat besar melalui proses kompleks yang dikenal sebagai "dinamo aktif" (sama seperti medan magnet yang diciptakan di dalam Bumi dan Matahari). Para ahli teori terkagum-kagum saat mengetahui bahwa dinamo semacam itu, yang beroperasi pada bintang neutron yang baru lahir dan panas, dapat menciptakan medan magnet 10.000 kali lebih kuat daripada medan magnet pulsar normal. Ketika bintang mendingin (setelah 10 atau 20 detik), konveksi dan aksi dinamo berhenti, tetapi kali ini cukup untuk memunculkan medan yang diperlukan.

Medan magnet bola konduktif listrik yang berputar bisa jadi tidak stabil, dan restrukturisasi strukturnya secara tiba-tiba dapat disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar ( contoh yang jelas ketidakstabilan seperti transfer periodik kutub magnet Bumi). Hal serupa terjadi di Matahari, dalam peristiwa ledakan yang disebut " jilatan api matahari" Di magnetar, energi magnet yang tersedia sangat besar, dan energi ini cukup untuk memicu nyala api raksasa seperti yang terjadi pada 5 Maret 1979 dan 27 Agustus 1998. Peristiwa seperti itu mau tidak mau menyebabkan gangguan besar dan perubahan tidak hanya pada struktur arus listrik dalam volume bintang neutron, tetapi juga dalam kerak padatnya. Jenis objek misterius lainnya yang memancarkan radiasi sinar-X yang kuat selama ledakan berkala adalah apa yang disebut pulsar sinar-X anomaliAXP. Mereka berbeda dari pulsar sinar-X biasa karena mereka hanya memancarkan kisaran sinar-X. Para ilmuwan meyakini SGR dan AXP merupakan fase kehidupan benda sekelas, yaitu magnetar, atau bintang neutron, yang memancarkan sinar gamma lembut dengan menarik energi dari medan magnet. Meskipun magnetar saat ini masih merupakan gagasan para ahli teori dan tidak ada cukup data yang mengkonfirmasi keberadaannya, para astronom terus mencari bukti yang diperlukan.

Kandidat magnetar
Para astronom telah mempelajari galaksi asal kita secara menyeluruh Bima Sakti, sehingga mereka tidak perlu mengeluarkan biaya apa pun untuk menggambarkan tampilan sampingnya, yang menunjukkan posisi bintang neutron yang paling menakjubkan.

Para ilmuwan percaya bahwa AXP dan SGR hanyalah dua tahap dalam kehidupan bintang neutron magnet raksasa yang sama. Selama 10.000 tahun pertama, magnetar adalah pulsar SGR, terlihat dalam cahaya biasa dan menghasilkan semburan radiasi sinar-X lembut yang berulang-ulang, dan selama jutaan tahun berikutnya, seperti pulsar AXP yang anomali, menghilang dari jangkauan terlihat dan mengepul. hanya di X-ray.

Magnet terkuat
Analisis data yang diperoleh satelit RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) selama pengamatan pulsar SGR 1806-20 yang tidak biasa menunjukkan bahwa sumber ini adalah magnet paling kuat yang diketahui hingga saat ini di Alam Semesta. Besarnya medannya ditentukan tidak hanya berdasarkan data tidak langsung (dari perlambatan pulsar), tetapi juga hampir langsung dari pengukuran frekuensi rotasi proton dalam medan magnet bintang neutron. Medan magnet di dekat permukaan magnetar ini mencapai 10 15 gauss. Misalnya, jika berada di orbit Bulan, semua media penyimpanan magnetis di Bumi kita akan mengalami kerusakan magnet. Benar, dengan mempertimbangkan fakta bahwa massanya kira-kira sama dengan massa Matahari, hal ini tidak lagi menjadi masalah, karena meskipun Bumi tidak jatuh menimpa bintang neutron ini, ia akan berputar mengelilinginya dengan gila-gilaan, membuat putaran penuh hanya dalam waktu satu jam.

Dinamo aktif
Kita semua tahu bahwa energi senang berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Listrik mudah berubah menjadi panas, dan energi kinetik menjadi energi potensial. Ternyata aliran konvektif besar dari magma, plasma, atau materi nuklir yang menghantarkan listrik juga bisa terjadi energi kinetik berubah menjadi sesuatu yang tidak biasa, seperti medan magnet. Bergerak massa yang besar pada bintang yang berputar dengan adanya medan magnet awal yang kecil dapat menimbulkan arus listrik yang menimbulkan medan searah dengan medan aslinya. Akibatnya, peningkatan medan magnet benda berputar yang mengalirkan arus dimulai seperti longsoran salju. Semakin besar medan, semakin besar arusnya, semakin besar arusnya, semakin besar pula medannya, dan semua ini disebabkan oleh aliran konvektif yang dangkal, karena fakta bahwa zat panas lebih ringan daripada zat dingin, dan karenanya mengapung.

Lingkungan yang bermasalah

Observatorium luar angkasa Chandra yang terkenal telah menemukan ratusan objek (termasuk di galaksi lain), yang menunjukkan bahwa tidak semua bintang neutron ditakdirkan untuk hidup menyendiri. Benda-benda tersebut lahir dalam sistem biner yang selamat dari ledakan supernova yang menciptakan bintang neutron. Dan terkadang bintang neutron tunggal di kawasan bintang padat seperti gugus bola menangkap bintang pendampingnya. Dalam hal ini, bintang neutron akan “mencuri” materi dari tetangganya. Dan tergantung caranya bintang masif akan menemaninya, “pencurian” ini akan menyebabkannya konsekuensi yang berbeda. Gas yang mengalir dari bintang bermassa lebih kecil dari Matahari kita ke “remah” seperti bintang neutron tidak dapat langsung jatuh karena momentum sudutnya terlalu besar, sehingga menciptakan apa yang disebut piringan akresi di sekitarnya dari bintang tersebut. “dicuri » materi. Gesekan saat membungkus bintang neutron dan kompresi dalam medan gravitasi memanaskan gas hingga jutaan derajat, dan mulai memancarkan sinar-X. Fenomena menarik lainnya yang terkait dengan bintang neutron yang memiliki pendamping bermassa rendah adalah semburan sinar-X. Biasanya berlangsung dari beberapa detik hingga beberapa menit dan maksimal memberikan luminositas bintang hampir 100 ribu kali lebih besar daripada luminositas Matahari.

Suar ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika hidrogen dan helium ditransfer ke bintang neutron dari pendampingnya, mereka terbentuk lapisan padat. Lambat laun lapisan ini menjadi sangat padat dan panas sehingga terjadi reaksi fusi termonuklir dan menonjol jumlah yang banyak energi. Dari segi kekuatan, ini setara dengan ledakan seluruh persenjataan nuklir penduduk bumi sentimeter persegi permukaan bintang neutron selama satu menit. Gambaran yang sangat berbeda terlihat jika bintang neutron memiliki pendamping yang sangat besar. Bintang raksasa kehilangan materi dalam bentuk angin bintang (aliran gas terionisasi yang keluar dari permukaannya), dan gravitasi bintang neutron yang sangat besar menangkap sebagian materi tersebut. Namun di sini medan magnet muncul dengan sendirinya, menyebabkan materi yang jatuh ikut mengalir saluran listrik ke kutub magnet.

Ini berarti bahwa radiasi sinar-X terutama dihasilkan di titik-titik panas di kutub, dan jika sumbu magnet dan sumbu rotasi bintang tidak bertepatan, maka kecerahan bintang tersebut berubah-ubah - ia juga merupakan pulsar. , tapi hanya foto rontgen. Bintang neutron dalam pulsar sinar-X memiliki bintang raksasa terang sebagai pendampingnya. Dalam ledakan, bintang pendamping bintang neutron adalah bintang redup bermassa rendah. Usia bintang-bintang raksasa yang terang tidak melebihi beberapa puluh juta tahun, sedangkan usia bintang-bintang kerdil yang redup bisa mencapai miliaran tahun, karena bintang-bintang katai yang redup mengkonsumsi bahan bakar nuklirnya jauh lebih cepat daripada bintang-bintang katai yang redup. Oleh karena itu, burster adalah sistem lama yang medan magnetnya melemah seiring waktu, dan pulsar relatif muda, sehingga medan magnet di dalamnya lebih kuat. Mungkin semburan pulsar pernah terjadi di masa lalu, namun pulsar belum akan meledak di masa depan.

Pulsar dengan periode terpendek (kurang dari 30 milidetik)—yang disebut pulsar milidetik—juga dikaitkan dengan sistem biner. Meski perputarannya cepat, ternyata mereka bukanlah yang termuda, seperti yang diduga, melainkan yang tertua.

Mereka muncul dari sistem biner di mana bintang neutron tua yang berputar perlahan mulai menyerap materi dari bintang neutron tua yang juga sudah tua (biasanya raksasa merah). Jatuh ke permukaan bintang neutron, materi berpindah ke sana energi rotasi, menyebabkannya berputar semakin cepat. Hal ini terjadi hingga pendamping bintang neutron, yang hampir terbebas dari kelebihan massa, menjadi katai putih, dan pulsar menjadi hidup dan mulai berputar dengan kecepatan ratusan putaran per detik. Namun, baru-baru ini para astronom menemukan hal yang sangat berbeda sistem yang tidak biasa, di mana pendamping pulsar milidetik bukanlah katai putih, melainkan bintang merah raksasa yang membengkak. Para ilmuwan percaya bahwa mereka mengamati sistem biner ini hanya pada tahap “pembebasan” bintang merah darinya kelebihan berat dan menjadi katai putih. Jika hipotesis ini salah, maka bintang pendampingnya bisa jadi adalah bintang gugus globular biasa yang secara tidak sengaja ditangkap oleh pulsar. Hampir semua bintang neutron yang diketahui saat ini ditemukan dalam biner sinar-X atau sebagai pulsar tunggal.

Dan baru-baru ini Hubble menyadarinya cahaya tampak bintang neutron yang bukan merupakan komponen sistem biner dan tidak berdenyut dalam jangkauan sinar-X atau radio. Ini memberi kesempatan unik menentukan secara akurat ukurannya dan melakukan penyesuaian terhadap gagasan tentang komposisi dan struktur kelas aneh bintang-bintang yang terbakar habis dan terkompresi oleh gravitasi. Bintang ini pertama kali ditemukan sebagai sumber sinar-X dan memancarkan sinar dalam kisaran tersebut bukan karena ia mengumpulkan gas hidrogen saat bergerak di luar angkasa, melainkan karena usianya yang masih muda. Ini mungkin sisa dari salah satu bintang dalam sistem biner. Akibat ledakan supernova, sistem biner ini runtuh dan tetangga-tetangganya memulai perjalanan mandiri melintasi Alam Semesta.

Pemakan bintang bayi
Sama seperti batu yang jatuh ke tanah, maka sebuah bintang besar, melepaskan sebagian massanya, secara bertahap berpindah ke tetangga yang kecil dan jauh, yang memiliki medan gravitasi besar di dekat permukaannya. Jika bintang-bintang tidak berputar mengelilingi pusat gravitasi yang sama, maka aliran gas dapat mengalir begitu saja, seperti aliran air dari cangkir, ke bintang neutron kecil. Namun karena bintang-bintang berputar dalam lingkaran, materi yang jatuh harus kehilangan sebagian besar momentum sudutnya sebelum mencapai permukaan. Dan di sini, gesekan timbal balik dari partikel-partikel yang bergerak sepanjang lintasan yang berbeda dan interaksi plasma terionisasi yang membentuk piringan akresi dengan medan magnet pulsar membantu proses jatuhnya materi hingga berhasil diakhiri dengan tumbukan pada permukaan bintang neutron di wilayah kutub magnetnya.

Teka-teki 4U2127 terpecahkan
Bintang ini telah menipu para astronom selama lebih dari 10 tahun, menunjukkan variabilitas lambat yang aneh dalam parameternya dan menyala secara berbeda setiap saat. Hanya penelitian terbaru Observatorium luar angkasa Chandra mampu mengungkap perilaku misterius objek tersebut. Ternyata ini bukan hanya satu, melainkan dua bintang neutron. Selain itu, keduanya memiliki sahabat: satu bintang mirip dengan Matahari kita, yang lain seperti tetangga kecil berwarna biru. Secara spasial, pasangan bintang ini dipisahkan oleh jarak yang cukup jauh dan hidup mandiri. Tapi terus bola bintang mereka diproyeksikan hampir ke titik yang sama, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai satu objek begitu lama. Keempat bintang ini terletak di gugus bola M15 pada jarak 34 ribu tahun cahaya.

Pertanyaan terbuka

Secara total, para astronom telah menemukan sekitar 1.200 bintang neutron hingga saat ini. Dari jumlah tersebut, lebih dari 1.000 merupakan pulsar radio, dan sisanya hanyalah sumber sinar-X. Selama bertahun-tahun penelitian, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa bintang neutron benar-benar asli. Ada yang sangat terang dan tenang, ada pula yang bergejolak secara berkala dan berubah seiring gempa bintang, dan ada pula yang berada dalam sistem biner. Bintang-bintang ini termasuk yang paling misterius dan sulit dipahami objek astronomi, menggabungkan medan gravitasi dan magnet terkuat serta kepadatan dan energi ekstrem. Dan setiap penemuan baru dari mereka kehidupan yang sibuk memberi para ilmuwan informasi unik, diperlukan untuk memahami sifat Materi dan evolusi Alam Semesta.

Standar universal
Kirim sesuatu ke luar tata surya sangat sulit, oleh karena itu, bersama dengan pesawat luar angkasa Pioneer-10 dan -11 yang menuju ke sana 30 tahun yang lalu, penduduk bumi juga mengirimkan pesan kepada saudara-saudara mereka. Menggambar sesuatu yang dapat dimengerti oleh Pikiran Luar Angkasa bukanlah tugas yang mudah, terlebih lagi perlu juga mencantumkan alamat pengirim dan tanggal pengiriman surat... Betapa jelasnya para seniman mampu melakukan semua ini sangatlah sulit. agar seseorang dapat memahaminya, tetapi gagasan menggunakan pulsar radio untuk menunjukkan tempat dan waktu pengiriman pesan sangatlah brilian. Sinar intermiten berbagai panjang, yang berasal dari titik yang melambangkan Matahari, menunjukkan arah dan jarak ke pulsar yang paling dekat dengan Bumi, dan diskontinuitas garis tersebut tidak lebih dari sebutan biner untuk periode revolusinya. Sinar terpanjang menunjuk ke pusat Galaksi Bima Sakti kita. Frekuensi sinyal radio yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika saling orientasi putaran (arah putaran) proton dan elektron berubah diambil sebagai satuan waktu dalam pesan.

21 cm atau 1420 MHz yang terkenal harus diketahui oleh semua makhluk cerdas di Alam Semesta. Dengan menggunakan landmark-landmark ini, yang menunjuk pada “radio beacon” Alam Semesta, kita akan dapat menemukan penduduk bumi bahkan setelah jutaan tahun, dan dengan membandingkan frekuensi pulsar yang terekam dengan frekuensi saat ini, kita dapat memperkirakan kapan frekuensi pulsar tersebut akan berada. pria dan wanita memberkati penerbangan pertama pesawat ruang angkasa, yang meninggalkan tata surya.

Nikolay Andreev

29 Agustus 2013, 22:33

Bintang neutron, yang sering disebut bintang “mati”, adalah objek yang menakjubkan. Studi mereka dalam beberapa dekade terakhir telah menjadi salah satu bidang astrofisika yang paling menarik dan kaya akan penemuan. Ketertarikan terhadap bintang neutron tidak hanya disebabkan oleh misteri strukturnya, tetapi juga karena kepadatannya yang sangat besar serta medan magnet dan gravitasinya yang kuat. Materi di sana berada dalam keadaan khusus, mengingatkan kita pada inti atom yang sangat besar, dan kondisi ini tidak dapat direproduksi di laboratorium bumi.

Kelahiran di ujung pena

Penemuan partikel elementer baru, neutron, pada tahun 1932 memaksa ahli astrofisika bertanya-tanya apa perannya dalam evolusi bintang. Dua tahun kemudian, ledakan supernova diduga terkait dengan transformasi bintang biasa menjadi bintang neutron. Kemudian dilakukan perhitungan terhadap struktur dan parameter bintang tersebut, dan menjadi jelas bahwa jika bintang kecil (seperti Matahari kita) pada akhir evolusinya berubah menjadi katai putih, maka bintang yang lebih berat menjadi katai neutron. Pada bulan Agustus 1967, astronom radio, ketika mempelajari kerlipan sumber radio kosmik, menemukan sinyal aneh - sangat pendek, berlangsung sekitar 50 milidetik, pulsa emisi radio direkam, diulangi pada interval waktu yang ditentukan secara ketat (sekitar satu detik). Ini benar-benar berbeda dari gambaran kacau yang biasa terjadi tentang fluktuasi emisi radio yang acak dan tidak teratur. Setelah memeriksa semua peralatan secara menyeluruh, kami menjadi yakin bahwa denyut nadi tersebut berasal dari luar bumi. Sulit bagi para astronom untuk terkejut dengan objek yang dipancarkan dengan intensitas yang bervariasi, namun dalam kasus ini periodenya sangat singkat dan sinyalnya sangat teratur sehingga para ilmuwan dengan serius berasumsi bahwa itu mungkin berita dari peradaban luar bumi.

Oleh karena itu, pulsar pertama diberi nama LGM-1 (dari bahasa Inggris Little Green Men - “Little Green Men”), meskipun upaya untuk menemukan makna apa pun dalam pulsa yang diterima berakhir sia-sia. Segera, 3 sumber radio berdenyut lainnya ditemukan. Periode mereka sekali lagi ternyata jauh lebih sedikit daripada karakteristik waktu getaran dan rotasi semua objek astronomi yang diketahui. Karena sifat radiasi yang berdenyut, objek baru mulai disebut pulsar. Penemuan ini benar-benar mengguncang astronomi, dan laporan deteksi pulsar mulai berdatangan dari banyak observatorium radio. Setelah penemuan pulsar di Nebula Kepiting, yang muncul akibat ledakan supernova pada tahun 1054 (bintang ini terlihat pada siang hari, seperti yang disebutkan oleh orang Cina, Arab, dan Amerika Utara dalam sejarah mereka), menjadi jelas bahwa pulsar entah bagaimana terkait dengan ledakan supernova.

Kemungkinan besar, sinyal tersebut berasal dari benda yang tertinggal setelah ledakan. Butuh waktu lama sebelum ahli astrofisika menyadari bahwa pulsar adalah bintang neutron yang berputar cepat yang telah lama mereka cari.

Meskipun sebagian besar bintang neutron telah terdeteksi melalui emisi radio, mereka memancarkan sebagian besar energinya dalam rentang sinar gamma dan sinar-x. Bintang neutron dilahirkan dengan sangat panas, tetapi mendingin cukup cepat, dan pada usia seribu tahun mereka memiliki suhu permukaan sekitar 1.000.000 K. Oleh karena itu, hanya bintang neutron muda yang bersinar dalam rentang sinar-X karena radiasi termal murni.

Fisika pulsar

Pulsar hanyalah sebuah gasing bermagnet besar yang berputar pada sumbu yang tidak berimpit dengan sumbu magnet. Jika tidak ada yang jatuh di atasnya dan tidak memancarkan apa pun, maka pancaran radionya akan memiliki frekuensi rotasi dan kita tidak akan pernah mendengarnya di Bumi. Namun faktanya puncak ini memiliki massa yang sangat besar dan suhu permukaan yang tinggi, dan medan magnet yang berputar menciptakan medan listrik yang sangat besar, yang mampu mempercepat proton dan elektron hingga hampir mencapai kecepatan cahaya. Selain itu, semua partikel bermuatan yang mengalir di sekitar pulsar terperangkap dalam medan magnet yang sangat besar. Dan hanya dalam sudut padat kecil di sekitar sumbu magnet mereka dapat melepaskan diri (bintang neutron memiliki medan magnet terkuat di Alam Semesta, mencapai 10 10 -10 14 gauss, sebagai perbandingan: medan bumi 1 gauss, medan matahari - 10 -50 gauss) . Aliran partikel bermuatan inilah yang menjadi sumber emisi radio dari mana pulsar ditemukan, yang kemudian menjadi bintang neutron. Karena sumbu magnet bintang neutron tidak harus bertepatan dengan sumbu rotasinya, ketika bintang berputar, aliran gelombang radio merambat ke ruang angkasa seperti suar strobo - hanya sesaat menembus kegelapan di sekitarnya.

Gambar X-ray pulsar Nebula Kepiting dalam keadaan aktif (kiri) dan normal (kanan).

tetangga terdekat
Pulsar ini terletak hanya 450 tahun cahaya dari Bumi dan merupakan sistem biner bintang neutron dan katai putih dengan periode orbit 5,5 hari. Radiasi sinar-X lembut yang diterima satelit ROSAT dipancarkan oleh lapisan es kutub PSR J0437-4715, yang memanas hingga dua juta derajat. Selama rotasinya yang cepat (periode pulsar ini 5,75 milidetik), ia berbelok ke arah Bumi dengan salah satu kutub magnetnya, akibatnya intensitas fluks sinar gamma berubah sebesar 33%. Objek terang di sebelah pulsar kecil adalah galaksi jauh yang, karena alasan tertentu, aktif bersinar di wilayah spektrum sinar-X.

Gravitasi Yang Mahakuasa

Menurut teori evolusi modern, bintang masif mengakhiri hidupnya dalam ledakan kolosal, mengubah sebagian besar bintang tersebut menjadi nebula gas yang meluas. Akibatnya, yang tersisa dari raksasa yang ukuran dan massanya berkali-kali lipat lebih besar dari Matahari kita adalah benda panas padat berukuran sekitar 20 km, dengan atmosfer tipis (hidrogen dan ion yang lebih berat) dan medan gravitasi 100 miliar kali lebih besar dari Matahari. yaitu Bumi. Ia disebut bintang neutron karena sebagian besar terdiri dari neutron. Materi bintang neutron adalah bentuk materi yang paling padat (satu sendok teh supernukleus memiliki berat sekitar satu miliar ton). Periode sinyal yang sangat singkat yang dipancarkan pulsar adalah argumen pertama dan terpenting yang mendukung fakta bahwa pulsar adalah bintang neutron, yang memiliki medan magnet besar dan berputar dengan kecepatan sangat tinggi. Hanya benda padat dan kompak (hanya berukuran beberapa puluh kilometer) dengan medan gravitasi yang kuat yang dapat menahan kecepatan rotasi tersebut tanpa hancur berkeping-keping akibat gaya inersia sentrifugal.

Bintang neutron terdiri dari cairan neutron yang bercampur dengan proton dan elektron. “Cairan nuklir”, yang sangat mirip dengan inti atom, 1014 kali lebih padat daripada air biasa. Perbedaan besar ini dapat dimengerti - lagipula, atom sebagian besar terdiri dari ruang kosong, tempat elektron-elektron ringan melayang mengelilingi inti yang kecil dan berat. Inti mengandung hampir seluruh massa, karena proton dan neutron 2.000 kali lebih berat daripada elektron. Gaya ekstrim yang dihasilkan oleh pembentukan bintang neutron menekan atom sedemikian rupa sehingga elektron yang dimasukkan ke dalam inti bergabung dengan proton untuk membentuk neutron. Dengan cara ini, sebuah bintang lahir, hampir seluruhnya terdiri dari neutron. Cairan nuklir super padat jika dibawa ke Bumi akan meledak seperti bom nuklir, namun pada bintang neutron stabil karena tekanan gravitasi yang sangat besar. Namun, di lapisan luar bintang neutron (seperti halnya semua bintang), tekanan dan suhu turun, membentuk kerak padat setebal sekitar satu kilometer. Hal ini diyakini sebagian besar terdiri dari inti besi.

Kilatan
Suar sinar-X kolosal pada tanggal 5 Maret 1979 ternyata terjadi jauh di luar Galaksi kita, di Awan Magellan Besar, satelit Bima Sakti kita, yang terletak pada jarak 180 ribu tahun cahaya dari Bumi. Pemrosesan gabungan ledakan sinar gamma pada tanggal 5 Maret, yang direkam oleh tujuh pesawat ruang angkasa, memungkinkan untuk menentukan posisi objek ini dengan cukup akurat, dan fakta bahwa objek tersebut terletak tepat di Awan Magellan saat ini hampir tidak diragukan lagi.

Peristiwa yang terjadi pada bintang jauh ini 180 ribu tahun yang lalu sulit untuk dibayangkan, tetapi peristiwa tersebut terjadi seperti 10 supernova, lebih dari 10 kali luminositas semua bintang di Galaksi kita. Titik terang di bagian atas gambar adalah pulsar SGR yang sudah lama diketahui, dan garis luar yang tidak beraturan kemungkinan besar merupakan posisi objek yang berkobar pada tanggal 5 Maret 1979.

Asal usul bintang neutron
Ledakan supernova hanyalah konversi sebagian energi gravitasi menjadi panas. Ketika sebuah bintang tua kehabisan bahan bakar dan reaksi termonuklir tidak dapat lagi memanaskan bagian dalamnya hingga mencapai suhu yang dibutuhkan, terjadilah keruntuhan—runtuhnya awan gas menuju pusat gravitasinya. Energi yang dilepaskan dalam proses ini menghamburkan lapisan luar bintang ke segala arah, membentuk nebula yang mengembang. Jika bintangnya kecil, seperti Matahari kita, maka terjadi ledakan dan katai putih terbentuk. Jika massa bintang lebih dari 10 kali massa Matahari, maka keruntuhan tersebut menyebabkan ledakan supernova dan terbentuklah bintang neutron biasa. Jika supernova meletus menggantikan bintang yang sangat besar, bermassa 20-40 matahari, dan terbentuklah bintang neutron dengan massa lebih dari tiga matahari, maka proses kompresi gravitasi menjadi ireversibel dan lubang hitam pun terbentuk. terbentuk.

Struktur internal
Kerak padat lapisan luar bintang neutron terdiri dari inti atom berat yang tersusun dalam kisi kubik, dengan elektron yang terbang bebas di antara keduanya, mengingatkan pada logam terestrial, tetapi hanya jauh lebih padat.

Pertanyaan terbuka

Meskipun bintang neutron telah dipelajari secara intensif selama sekitar tiga dekade, struktur internalnya belum diketahui secara pasti. Selain itu, tidak ada kepastian pasti bahwa sebagian besarnya terdiri dari neutron. Saat Anda bergerak lebih jauh ke dalam bintang, tekanan dan kepadatan meningkat dan materi dapat dikompresi sedemikian rupa sehingga terurai menjadi quark – bahan penyusun proton dan neutron. Menurut kromodinamika kuantum modern, quark tidak dapat berada dalam keadaan bebas, tetapi digabungkan menjadi “tiga” dan “dua” yang tidak dapat dipisahkan. Tapi mungkin, di perbatasan inti dalam bintang neutron, situasinya berubah dan quark keluar dari kungkungannya. Untuk lebih memahami sifat bintang neutron dan materi quark eksotik, para astronom perlu menentukan hubungan antara massa bintang dan jari-jarinya (kerapatan rata-rata). Dengan mempelajari bintang neutron menggunakan satelit, massanya dapat diukur dengan cukup akurat, namun menentukan diameternya jauh lebih sulit. Baru-baru ini, para ilmuwan yang menggunakan satelit sinar-X XMM-Newton telah menemukan cara untuk memperkirakan kepadatan bintang neutron berdasarkan pergeseran merah gravitasi. Hal lain yang tidak biasa tentang bintang neutron adalah seiring dengan berkurangnya massa bintang, radiusnya bertambah - akibatnya, bintang neutron paling masif memiliki ukuran terkecil.

Janda hitam
Ledakan supernova sering kali memberikan kecepatan yang luar biasa pada pulsar yang baru lahir. Bintang terbang dengan medan magnet yang layak sangat mengganggu gas terionisasi yang mengisi ruang antarbintang. Semacam gelombang kejut terbentuk, berjalan di depan bintang dan menyimpang ke dalam kerucut lebar setelahnya. Gambar gabungan optik (bagian biru-hijau) dan sinar-X (warna merah) menunjukkan bahwa di sini kita tidak hanya berhadapan dengan awan gas bercahaya, tetapi juga dengan aliran besar partikel elementer yang dipancarkan oleh pulsar milidetik ini. Kecepatan linier Black Widow adalah 1 juta km/jam, ia berputar pada porosnya dalam 1,6 ms, usianya sudah sekitar satu miliar tahun, dan memiliki bintang pendamping yang mengorbit Janda dengan periode 9,2 jam. Pulsar B1957+20 mendapatkan namanya karena alasan sederhana yaitu radiasi kuatnya membakar tetangganya, menyebabkan gas yang membentuknya “mendidih” dan menguap. Kepompong berbentuk cerutu merah di belakang pulsar adalah bagian ruang tempat elektron dan proton yang dipancarkan bintang neutron memancarkan sinar gamma lembut.

Hasil pemodelan komputer memungkinkan untuk menyajikan secara jelas proses yang terjadi di dekat pulsar yang terbang cepat secara melintang. Sinar yang menyimpang dari titik terang merupakan gambaran konvensional aliran energi radiasi, serta aliran partikel dan antipartikel yang memancar dari bintang neutron. Garis merah di perbatasan ruang hitam di sekitar bintang neutron dan awan plasma bercahaya merah adalah tempat aliran partikel relativistik yang terbang hampir dengan kecepatan cahaya bertemu dengan gas antarbintang yang dipadatkan oleh gelombang kejut. Dengan pengereman yang tajam, partikel-partikel tersebut memancarkan sinar-X dan, setelah kehilangan sebagian besar energinya, tidak lagi terlalu memanaskan gas yang datang.

Kram Raksasa

Pulsar dianggap sebagai salah satu tahap awal kehidupan bintang neutron. Berkat penelitian mereka, para ilmuwan belajar tentang medan magnet, kecepatan rotasi, dan nasib bintang neutron selanjutnya. Dengan terus-menerus memantau perilaku pulsar, seseorang dapat menentukan dengan tepat berapa banyak energi yang hilang, seberapa melambatnya, dan bahkan kapan pulsar tersebut akan lenyap, karena telah melambat sedemikian rupa sehingga tidak dapat memancarkan gelombang radio yang kuat. Studi-studi ini mengkonfirmasi banyak prediksi teoretis tentang bintang neutron.

Pada tahun 1968, pulsar dengan periode rotasi dari 0,033 detik hingga 2 detik ditemukan. Periodisitas pulsa pulsar radio dipertahankan dengan akurasi yang luar biasa, dan pada awalnya stabilitas sinyal-sinyal ini lebih tinggi daripada jam atom bumi. Namun, dengan kemajuan dalam bidang pengukuran waktu, perubahan reguler dalam periodenya dapat dicatat pada banyak pulsar. Tentu saja, ini hanyalah perubahan yang sangat kecil, dan hanya dalam jutaan tahun kita dapat memperkirakan periodenya akan berlipat ganda. Perbandingan kecepatan putaran saat ini dengan perlambatan putaran merupakan salah satu cara untuk memperkirakan umur pulsar. Meskipun sinyal radio sangat stabil, beberapa pulsar terkadang mengalami apa yang disebut "gangguan". Dalam selang waktu yang sangat singkat (kurang dari 2 menit), kecepatan putaran pulsar meningkat secara signifikan, dan kemudian setelah beberapa waktu kembali ke nilai sebelum “gangguan”. Dipercaya bahwa “gangguan” tersebut mungkin disebabkan oleh penataan ulang massa di dalam bintang neutron. Namun mekanisme pastinya masih belum diketahui.

Oleh karena itu, pulsar Vela mengalami “gangguan” besar kira-kira setiap 3 tahun, dan hal ini menjadikannya objek yang sangat menarik untuk mempelajari fenomena tersebut.

magnetar

Beberapa bintang neutron, yang disebut sumber semburan sinar gamma lunak (SGRs), memancarkan semburan sinar gamma “lunak” yang kuat pada interval yang tidak teratur. Jumlah energi yang dipancarkan oleh SGR dalam suar yang berlangsung hanya sepersepuluh detik hanya dapat dipancarkan oleh Matahari dalam satu tahun penuh. Empat SGR yang diketahui terletak di dalam Galaksi kita dan hanya satu yang berada di luar Galaksi kita. Semburan energi yang luar biasa ini dapat disebabkan oleh gempa bintang—versi gempa bumi dahsyat yang menghancurkan permukaan padat bintang neutron dan melepaskan aliran proton yang kuat dari intinya, yang terjebak dalam medan magnet, memancarkan sinar gamma dan sinar-X. Bintang neutron diidentifikasi sebagai sumber semburan sinar gamma yang kuat setelah ledakan sinar gamma yang sangat besar pada tanggal 5 Maret 1979, melepaskan energi dalam detik pertama sebanyak energi yang dipancarkan Matahari dalam 1.000 tahun. Pengamatan terbaru terhadap salah satu bintang neutron paling aktif saat ini tampaknya mendukung teori bahwa semburan radiasi gamma dan sinar-X yang tidak teratur dan kuat disebabkan oleh gempa bintang.

Pada tahun 1998, SGR yang terkenal tiba-tiba terbangun dari “tidurnya”, yang tidak menunjukkan tanda-tanda aktivitas selama 20 tahun dan mengeluarkan energi yang hampir sama besarnya dengan ledakan sinar gamma pada tanggal 5 Maret 1979. Apa yang paling mengejutkan para peneliti ketika mengamati peristiwa ini adalah penurunan tajam kecepatan rotasi bintang, yang mengindikasikan kehancurannya. Untuk menjelaskan ledakan sinar gamma dan sinar-X yang kuat, model magnetar—bintang neutron dengan medan magnet super kuat—diusulkan. Jika bintang neutron terlahir berputar sangat cepat, maka gabungan pengaruh rotasi dan konveksi, yang berperan penting dalam beberapa detik pertama kehidupan bintang neutron, dapat menciptakan medan magnet yang sangat besar melalui proses kompleks yang dikenal sebagai "aktif". dinamo" (sama seperti medan yang diciptakan di dalam Bumi dan Matahari). Para ahli teori terkagum-kagum saat mengetahui bahwa dinamo semacam itu, yang beroperasi pada bintang neutron yang baru lahir dan panas, dapat menciptakan medan magnet 10.000 kali lebih kuat daripada medan magnet pulsar normal. Ketika bintang mendingin (setelah 10 atau 20 detik), konveksi dan aksi dinamo berhenti, tetapi kali ini cukup untuk memunculkan medan yang diperlukan.

Medan magnet bola penghantar listrik yang berputar bisa jadi tidak stabil, dan restrukturisasi strukturnya secara tiba-tiba dapat disertai dengan pelepasan energi dalam jumlah besar (contoh nyata dari ketidakstabilan tersebut adalah perpindahan kutub magnet bumi secara berkala). Hal serupa terjadi di Matahari, dalam peristiwa ledakan yang disebut “solar flare”. Di magnetar, energi magnet yang tersedia sangat besar, dan energi ini cukup untuk memicu nyala api raksasa seperti yang terjadi pada 5 Maret 1979 dan 27 Agustus 1998. Peristiwa seperti itu pasti menyebabkan gangguan besar dan perubahan struktur tidak hanya pada arus listrik di volume bintang neutron, tetapi juga pada kerak padatnya. Jenis objek misterius lainnya yang memancarkan radiasi sinar-X yang kuat selama ledakan berkala adalah apa yang disebut pulsar sinar-X anomali - AXP. Mereka berbeda dari pulsar sinar-X biasa karena mereka hanya memancarkan kisaran sinar-X. Para ilmuwan meyakini SGR dan AXP merupakan fase kehidupan benda sekelas, yaitu magnetar, atau bintang neutron, yang memancarkan sinar gamma lembut dengan menarik energi dari medan magnet. Meskipun magnetar saat ini masih merupakan gagasan para ahli teori dan tidak ada cukup data yang mengkonfirmasi keberadaannya, para astronom terus mencari bukti yang diperlukan.

Kandidat magnetar
Para astronom telah mempelajari galaksi asal kita, Bima Sakti, dengan sangat teliti sehingga mereka tidak perlu mengeluarkan biaya apa pun untuk menggambarkan tampilan sampingnya, yang menunjukkan posisi bintang neutron yang paling menakjubkan.

Para ilmuwan percaya bahwa AXP dan SGR hanyalah dua tahap dalam kehidupan magnet raksasa yang sama – bintang neutron. Selama 10.000 tahun pertama, magnetarnya adalah SGR - pulsar, terlihat dalam cahaya biasa dan menghasilkan semburan radiasi sinar-X lembut yang berulang-ulang, dan selama jutaan tahun berikutnya, seperti pulsar AXP yang anomali, menghilang dari pandangan. jangkauan dan embusan hanya pada sinar-X.

Magnet terkuat
Analisis data yang diperoleh satelit RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer, NASA) selama pengamatan pulsar SGR 1806-20 yang tidak biasa menunjukkan bahwa sumber ini adalah magnet paling kuat yang diketahui hingga saat ini di Alam Semesta. Besarnya medannya ditentukan tidak hanya berdasarkan data tidak langsung (dari perlambatan pulsar), tetapi juga hampir secara langsung - dari pengukuran frekuensi rotasi proton dalam medan magnet bintang neutron. Medan magnet di dekat permukaan magnetar ini mencapai 10 15 gauss. Misalnya, jika berada di orbit Bulan, semua media penyimpanan magnetis di Bumi kita akan mengalami kerusakan magnet. Benar, dengan mempertimbangkan fakta bahwa massanya kira-kira sama dengan massa Matahari, hal ini tidak lagi menjadi masalah, karena meskipun Bumi tidak jatuh menimpa bintang neutron ini, ia akan berputar mengelilinginya dengan gila-gilaan, membuat a revolusi penuh hanya dalam satu jam.

Dinamo aktif
Kita semua tahu bahwa energi senang berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Listrik mudah berubah menjadi panas, dan energi kinetik menjadi energi potensial. Aliran konvektif besar dari magma, plasma, atau materi nuklir yang menghantarkan listrik ternyata juga dapat mengubah energi kinetiknya menjadi sesuatu yang tidak biasa, misalnya menjadi medan magnet. Pergerakan massa besar pada bintang yang berputar dengan adanya medan magnet awal yang kecil dapat menimbulkan arus listrik yang menimbulkan medan searah dengan medan aslinya. Akibatnya, peningkatan medan magnet benda berputar yang mengalirkan arus dimulai seperti longsoran salju. Semakin besar medannya, semakin besar arusnya, semakin besar arusnya, semakin besar pula medannya - dan semua ini disebabkan oleh aliran konvektif yang dangkal, karena fakta bahwa materi panas lebih ringan daripada materi dingin, dan karenanya mengapung...

Lingkungan yang bermasalah

Observatorium luar angkasa Chandra yang terkenal telah menemukan ratusan objek (termasuk di galaksi lain), yang menunjukkan bahwa tidak semua bintang neutron ditakdirkan untuk hidup menyendiri. Benda-benda tersebut lahir dalam sistem biner yang selamat dari ledakan supernova yang menciptakan bintang neutron. Dan terkadang bintang neutron tunggal di kawasan bintang padat seperti gugus bola menangkap bintang pendampingnya. Dalam hal ini, bintang neutron akan “mencuri” materi dari tetangganya. Dan tergantung seberapa besar bintang yang menyertainya, “pencurian” ini akan menimbulkan konsekuensi yang berbeda. Gas yang mengalir dari bintang bermassa lebih kecil dari Matahari kita ke “remah” seperti bintang neutron tidak dapat langsung jatuh karena momentum sudutnya terlalu besar, sehingga menciptakan apa yang disebut piringan akresi di sekitarnya dari bintang tersebut. “dicuri » materi. Gesekan saat membungkus bintang neutron dan kompresi dalam medan gravitasi memanaskan gas hingga jutaan derajat, dan mulai memancarkan sinar-X. Fenomena menarik lainnya yang terkait dengan bintang neutron yang memiliki pendamping bermassa rendah adalah semburan sinar-X. Biasanya berlangsung dari beberapa detik hingga beberapa menit dan maksimal memberikan luminositas bintang hampir 100 ribu kali lebih besar daripada luminositas Matahari.

Suar ini dijelaskan oleh fakta bahwa ketika hidrogen dan helium ditransfer ke bintang neutron dari pendampingnya, mereka membentuk lapisan padat. Lambat laun, lapisan ini menjadi sangat padat dan panas sehingga reaksi fusi termonuklir dimulai dan sejumlah besar energi dilepaskan. Dari segi kekuatan, ini setara dengan ledakan seluruh persenjataan nuklir penduduk bumi di setiap sentimeter persegi permukaan bintang neutron dalam satu menit. Gambaran yang sangat berbeda terlihat jika bintang neutron memiliki pendamping yang sangat besar. Bintang raksasa kehilangan materi dalam bentuk angin bintang (aliran gas terionisasi yang keluar dari permukaannya), dan gravitasi bintang neutron yang sangat besar menangkap sebagian materi tersebut. Namun di sini medan magnet muncul dengan sendirinya, menyebabkan materi yang jatuh mengalir sepanjang garis gaya menuju kutub magnet.

Ini berarti bahwa radiasi sinar-X terutama dihasilkan di titik-titik panas di kutub, dan jika sumbu magnet dan sumbu rotasi bintang tidak bertepatan, maka kecerahan bintang tersebut berubah-ubah - ia juga merupakan pulsar. , tapi hanya foto rontgen. Bintang neutron dalam pulsar sinar-X memiliki bintang raksasa terang sebagai pendampingnya. Dalam ledakan, bintang pendamping bintang neutron adalah bintang redup bermassa rendah. Usia bintang-bintang raksasa yang terang tidak melebihi beberapa puluh juta tahun, sedangkan usia bintang-bintang kerdil yang redup bisa mencapai miliaran tahun, karena bintang-bintang katai yang redup mengkonsumsi bahan bakar nuklirnya jauh lebih cepat daripada bintang-bintang katai yang redup. Oleh karena itu, burster adalah sistem lama yang medan magnetnya melemah seiring waktu, sedangkan pulsar relatif muda, sehingga medan magnet di dalamnya lebih kuat. Mungkin semburan pulsar pernah terjadi di masa lalu, namun pulsar belum akan meledak di masa depan.

Pulsar dengan periode terpendek (kurang dari 30 milidetik)—yang disebut pulsar milidetik—juga dikaitkan dengan sistem biner. Meski perputarannya cepat, ternyata mereka bukanlah yang termuda, seperti yang diduga, melainkan yang tertua.

Mereka muncul dari sistem biner di mana bintang neutron tua yang berputar perlahan mulai menyerap materi dari bintang neutron tua yang juga sudah tua (biasanya raksasa merah). Saat materi jatuh ke permukaan bintang neutron, ia mentransfer energi rotasi ke bintang tersebut, menyebabkannya berputar semakin cepat. Hal ini terjadi hingga pendamping bintang neutron, yang hampir terbebas dari kelebihan massa, menjadi katai putih, dan pulsar menjadi hidup dan mulai berputar dengan kecepatan ratusan putaran per detik. Namun, baru-baru ini para astronom menemukan sistem yang sangat tidak biasa, di mana pendamping pulsar milidetik bukanlah katai putih, melainkan bintang merah raksasa yang membengkak. Para ilmuwan percaya bahwa mereka mengamati sistem biner ini hanya pada tahap “membebaskan” bintang merah dari kelebihan berat dan berubah menjadi katai putih. Jika hipotesis ini salah, maka bintang pendampingnya bisa jadi adalah bintang gugus globular biasa yang secara tidak sengaja ditangkap oleh pulsar. Hampir semua bintang neutron yang diketahui saat ini ditemukan dalam biner sinar-X atau sebagai pulsar tunggal.

Dan baru-baru ini, Hubble melihat dalam cahaya tampak sebuah bintang neutron, yang bukan merupakan komponen sistem biner dan tidak berdenyut dalam jangkauan sinar-X dan radio. Hal ini memberikan peluang unik untuk menentukan ukurannya secara akurat dan membuat penyesuaian terhadap gagasan tentang komposisi dan struktur kelas aneh bintang-bintang yang terbakar dan terkompresi secara gravitasi ini. Bintang ini pertama kali ditemukan sebagai sumber sinar-X dan memancarkan sinar dalam kisaran tersebut bukan karena ia mengumpulkan gas hidrogen saat bergerak di luar angkasa, melainkan karena usianya yang masih muda. Ini mungkin sisa dari salah satu bintang dalam sistem biner. Akibat ledakan supernova, sistem biner ini runtuh dan tetangga-tetangganya memulai perjalanan mandiri melintasi Alam Semesta.

Pemakan Bintang Kecil
Sama seperti batu yang jatuh ke tanah, maka sebuah bintang besar, melepaskan sebagian massanya, secara bertahap berpindah ke tetangga yang kecil dan jauh, yang memiliki medan gravitasi besar di dekat permukaannya. Jika bintang-bintang tidak berputar mengelilingi pusat gravitasi yang sama, maka aliran gas dapat mengalir begitu saja, seperti aliran air dari cangkir, ke bintang neutron kecil. Namun karena bintang-bintang berputar dalam lingkaran, materi yang jatuh harus kehilangan sebagian besar momentum sudutnya sebelum mencapai permukaan. Dan di sini, gesekan timbal balik dari partikel-partikel yang bergerak sepanjang lintasan yang berbeda dan interaksi plasma terionisasi yang membentuk piringan akresi dengan medan magnet pulsar membantu proses jatuhnya materi hingga berhasil diakhiri dengan tumbukan pada permukaan bintang neutron di wilayah kutub magnetnya.

Teka-teki 4U2127 terpecahkan
Bintang ini telah menipu para astronom selama lebih dari 10 tahun, menunjukkan variabilitas lambat yang aneh dalam parameternya dan menyala secara berbeda setiap saat. Hanya penelitian terbaru dari Observatorium Luar Angkasa Chandra yang mampu mengungkap perilaku misterius objek tersebut. Ternyata ini bukan hanya satu, melainkan dua bintang neutron. Selain itu, keduanya memiliki sahabat - satu bintang mirip dengan Matahari kita, yang lain seperti tetangga kecil berwarna biru. Secara spasial, pasangan bintang ini dipisahkan oleh jarak yang cukup jauh dan hidup mandiri. Namun di bidang bintang, mereka diproyeksikan ke titik yang hampir sama, itulah sebabnya mereka dianggap sebagai satu objek begitu lama. Keempat bintang ini terletak di gugus bola M15 pada jarak 34 ribu tahun cahaya.

Pertanyaan terbuka

Secara total, para astronom telah menemukan sekitar 1.200 bintang neutron hingga saat ini. Dari jumlah tersebut, lebih dari 1.000 merupakan pulsar radio, dan sisanya hanyalah sumber sinar-X. Selama penelitian bertahun-tahun, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa bintang neutron benar-benar asli. Ada yang sangat terang dan tenang, ada pula yang bergejolak secara berkala dan berubah seiring gempa bintang, dan ada pula yang berada dalam sistem biner. Bintang-bintang ini adalah salah satu objek astronomi yang paling misterius dan sulit dipahami, menggabungkan medan gravitasi dan magnet terkuat serta kepadatan dan energi ekstrem. Dan setiap penemuan baru dari kehidupan mereka yang penuh gejolak memberikan para ilmuwan informasi unik yang diperlukan untuk memahami sifat Materi dan evolusi Alam Semesta.

Standar universal
Sangat sulit untuk mengirim sesuatu ke luar tata surya, jadi bersama dengan pesawat ruang angkasa Pioneer 10 dan 11 yang menuju ke sana 40 tahun lalu, penduduk bumi juga mengirimkan pesan kepada saudara-saudaranya. Menggambar sesuatu yang dapat dimengerti oleh Pikiran Luar Angkasa bukanlah tugas yang mudah, terlebih lagi perlu juga mencantumkan alamat pengirim dan tanggal pengiriman surat... Betapa jelasnya para seniman mampu melakukan semua ini sulit bagi seseorang yang memahaminya, tetapi gagasan menggunakan pulsar radio untuk menunjukkan tempat dan waktu pengiriman pesan sangatlah brilian. Sinar terputus-putus dengan panjang berbeda-beda yang memancar dari suatu titik yang melambangkan Matahari menunjukkan arah dan jarak ke pulsar yang paling dekat dengan Bumi, dan garis terputus-putus tidak lebih dari sebutan biner untuk periode revolusinya. Sinar terpanjang menunjuk ke pusat Galaksi kita – Bima Sakti. Frekuensi sinyal radio yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika saling orientasi putaran (arah putaran) proton dan elektron berubah diambil sebagai satuan waktu dalam pesan.

21 cm atau 1420 MHz yang terkenal harus diketahui oleh semua makhluk cerdas di Alam Semesta. Dengan menggunakan landmark-landmark ini, yang menunjuk pada “radio beacon” Alam Semesta, kita akan dapat menemukan penduduk bumi bahkan setelah jutaan tahun, dan dengan membandingkan frekuensi pulsar yang terekam dengan frekuensi saat ini, kita dapat memperkirakan kapan frekuensi pulsar tersebut akan berada. pria dan wanita memberkati penerbangan pesawat ruang angkasa pertama yang meninggalkan tata surya.