Magnetar

Artystyczna koncepcja magnetara z liniami pola magnetycznego
Artystyczna koncepcja potężnego magnetara w gromadzie gwiazd

Magnetar to rodzaj gwiazdy neutronowej o niezwykle silnym polu magnetycznym (~10 9 do 10 11 T , ~10 13 do 10 15 G ). Zanik pola magnetycznego napędza emisję wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego , zwłaszcza promieniowania rentgenowskiego i gamma .

Istnienie magnetarów zostało zaproponowane w 1992 roku przez Roberta Duncana i Christophera Thompsona . Ich propozycja miała na celu wyjaśnienie właściwości przejściowych źródeł promieniowania gamma, znanych obecnie jako miękkie wzmacniacze gamma (SGR). W ciągu następnej dekady hipoteza magnetara została powszechnie zaakceptowana i rozszerzona w celu wyjaśnienia anomalnych pulsarów rentgenowskich (AXP). Według stanu na lipiec 2021 r. Znanych było 24 potwierdzonych magnetarów.

Sugerowano, że magnetary są źródłem szybkich rozbłysków radiowych (FRB), w szczególności w wyniku odkryć dokonanych w 2020 roku przez naukowców korzystających z radioteleskopu Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP).

Opis

Podobnie jak inne gwiazdy neutronowe , magnetary mają około 20 kilometrów średnicy i masę około 1,4 masy Słońca. Powstają w wyniku zapadnięcia się gwiazdy o masie 10–25 razy większej od masy Słońca . Gęstość wnętrza magnetara jest taka, że ​​łyżka jego substancji miałaby masę ponad 100 milionów ton. Magnetary różnią się od innych gwiazd neutronowych tym, że mają jeszcze silniejsze pola magnetyczne i wolniej się obracają. Większość magnetarów obraca się raz na dwie do dziesięciu sekund, podczas gdy typowe gwiazdy neutronowe obracają się od jednego do dziesięciu razy na sekundę. Pole magnetyczne magnetara powoduje powstanie bardzo silnych i charakterystycznych rozbłysków promieniowania rentgenowskiego i gamma. Aktywne życie magnetara jest krótkie w porównaniu z innymi ciałami niebieskimi. Ich silne pola magnetyczne zanikają po około 10 000 lat, po czym ustaje aktywność i silna emisja promieniowania rentgenowskiego. Biorąc pod uwagę liczbę magnetarów, które można dziś zaobserwować, według jednego z szacunków liczba nieaktywnych magnetarów wynosi ok Droga Mleczna na poziomie 30 milionów lub więcej.

Trzęsienia gwiazd wywołane na powierzchni magnetara zakłócają pole magnetyczne, które go otacza, często prowadząc do niezwykle silnych emisji rozbłysków gamma , które zostały zarejestrowane na Ziemi w 1979, 1998 i 2004 roku.

Rodzaje gwiazd neutronowych (24 czerwca 2020 r.)

Pole magnetyczne

Magnetary charakteryzują się niezwykle silnymi polami magnetycznymi ∼10 9 do 10 11 T . Te pola magnetyczne są sto milionów razy silniejsze niż jakikolwiek sztuczny magnes i około bilion razy silniejsze niż pole otaczające Ziemię . Ziemia ma geomagnetyczne o natężeniu 30–60 mikrotesli, a neodymowy magnes ziem rzadkich ma pole magnetyczne o wartości około 1,25 tesli, a gęstość energii magnetycznej wynosi 4,0 × 10 5 J /m 3 . Magnetar ma 10 10 Z kolei pole tesli ma gęstość energii 4,0 × 10 25 J/m 3 , a gęstość masy E / c 2 jest ponad 10 000 razy większa niż ołowiu . Pole magnetyczne magnetara byłoby śmiertelne nawet z odległości 1000 km z powodu silnego pola magnetycznego, które zniekształca chmury elektronów atomów składowych obiektu, uniemożliwiając chemię znanych form życia. W odległości połowy drogi od Ziemi do Księżyca, przy średniej odległości między Ziemią a Księżycem wynoszącej 384 400 km (238 900 mil), magnetar mógłby usunąć informacje z pasków magnetycznych wszystkich kart kredytowych na Ziemi. Od 2020 roku są to najpotężniejsze obiekty magnetyczne wykryte we wszechświecie.

Jak opisano na okładce magazynu Scientific American z lutego 2003 r., w polu magnetycznym o sile magnetarowej dzieją się niezwykłe rzeczy. „ Fotony rentgenowskie łatwo dzielą się na dwie części lub łączą. Sama próżnia jest spolaryzowana, staje się silnie dwójłomna , jak kryształ kalcytu . Atomy są odkształcane w długie cylindry cieńsze niż kwantowo-relatywistyczna długość fali de Broglie'a elektronu”. W polu około 10 5 tesli orbitale atomowe odkształcają się w kształt prętów. o 10 10 tesli atom wodoru staje się 200 razy węższy niż jego normalna średnica.

Pochodzenie pól magnetycznych

Dominująca teoria silnych pól magnetarów głosi, że wynikają one z procesu dynamo magnetohydrodynamicznego w burzliwym, niezwykle gęstym płynie przewodzącym, który istnieje, zanim gwiazda neutronowa ustali się w konfiguracji równowagi. Pola te następnie utrzymują się z powodu trwałych prądów w fazie protonowo-nadprzewodnikowej materii, która istnieje na pośredniej głębokości w gwieździe neutronowej (gdzie masa neutronów przeważa). Podobny proces dynama magnetohydrodynamicznego wytwarza jeszcze bardziej intensywne pola przejściowe podczas koalescencji par gwiazd neutronowych. Ale inna teoria głosi, że wynikają one po prostu z zapadania się gwiazd z niezwykle silnymi polami magnetycznymi.

Tworzenie

Magnetar SGR 1900+14 (środek zdjęcia) pokazuje otaczający pierścień gazu o średnicy 7 lat świetlnych w świetle podczerwonym, widziany przez Kosmiczny Teleskop Spitzera . Sam magnetar nie jest widoczny przy tej długości fali, ale był widziany w świetle rentgenowskim.

W supernowej gwiazda zapada się w gwiazdę neutronową, a jej pole magnetyczne dramatycznie wzrasta dzięki zachowaniu strumienia magnetycznego . Zmniejszenie wymiaru liniowego o połowę zwiększa czterokrotnie siłę pola magnetycznego. Duncan i Thompson obliczyli, że kiedy spin, temperatura i pole magnetyczne nowo utworzonej gwiazdy neutronowej mieszczą się w odpowiednich zakresach, mechanizm dynama , przekształcający ciepło i energię rotacji w energię magnetyczną i zwiększający pole magnetyczne, zwykle już ogromne. 8 tesli do ponad 10 11 tesli (lub 10 15 gausów ). Rezultatem jest magnetar . Szacuje się, że mniej więcej jedna na dziesięć eksplozji supernowych skutkuje raczej magnetarem niż bardziej standardową gwiazdą neutronową lub pulsarem .

Odkrycie z 1979 roku

5 marca 1979 roku, kilka miesięcy po udanym zrzuceniu satelitów w atmosferę Wenus , dwie sowieckie bezzałogowe sondy kosmiczne, Wenera 11 i 12 , zostały uderzone przez wybuch promieniowania gamma około 10:51 czasu wschodniego. Ten kontakt podniósł odczyty promieniowania na obu sondach z normalnych 100 zliczeń na sekundę do ponad 200 000 zliczeń na sekundę, w zaledwie ułamek milisekundy.

Ten rozbłysk promieni gamma szybko się rozprzestrzeniał. Jedenaście sekund później Helios 2 , sonda NASA , która znajdowała się na orbicie wokół Słońca , została nasycona podmuchem promieniowania. Wkrótce uderzył w Wenus, a Pioneer Venus Orbiter zostały pokonane przez falę. Kilka sekund później Ziemia otrzymała falę promieniowania, w wyniku której potężne promieniowanie gamma zalało detektory trzech Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych Vela , radzieckiego satelity Prognoz 7 oraz Obserwatorium Einsteina . Tuż przed tym, jak fala opuściła Układ Słoneczny, podmuch uderzył również w International Sun-Earth Explorer . Ten niezwykle silny wybuch promieniowania gamma stanowił najsilniejszą falę pozasłonecznego promieniowania gamma, jaką kiedykolwiek wykryto; był ponad 100 razy bardziej intensywny niż jakikolwiek znany wcześniej wybuch pozasłoneczny. Ponieważ promienie gamma poruszają się z prędkością światła, a czas impulsu został zarejestrowany przez kilka odległych statków kosmicznych, a także na Ziemi, źródło promieniowania gamma można było obliczyć z dokładnością do około 2 sekund kątowych . Kierunek źródła odpowiadał pozostałościom gwiazdy, która miała wybuchła supernowa około 3000 p.n.e. Było to w Wielkim Obłoku Magellana , a źródło nazwano SGR 0525-66 ; samo zdarzenie zostało nazwane GRB 790305b , jako pierwszy zaobserwowany megarozbłysk SGR.

Ostatnie odkrycia

Artystyczna wizja rozbłysku gamma i supernowej napędzanej magnetarem

21 lutego 2008 roku ogłoszono, że NASA i naukowcy z McGill University odkryli gwiazdę neutronową o właściwościach pulsara radiowego, który emitował wybuchy o napędzie magnetycznym, jak magnetar. Sugeruje to, że magnetary nie są jedynie rzadkim rodzajem pulsarów , ale mogą być (prawdopodobnie odwracalną) fazą w życiu niektórych pulsarów. 24 września 2008 r. ESO ogłosiło, że odkryło pierwszego optycznie aktywnego kandydata na magnetara, używając należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu . Nowo odkryty obiekt otrzymał oznaczenie SWIFT J195509+261406. 1 września 2014 r. ESA opublikowała wiadomość o magnetarze w pobliżu pozostałości po supernowej Kesteven 79 . Astronomowie z Europy i Chin odkryli ten magnetar, nazwany 3XMM J185246.6+003317, w 2013 roku, przeglądając zdjęcia wykonane w 2008 i 2009 roku. W 2013 roku odkryto magnetar PSR J1745-2900, który krąży wokół czarnej dziury w system Strzelca A* . Obiekt ten stanowi cenne narzędzie do badania zjonizowanego ośrodka międzygwiazdowego w kierunku Centrum Galaktyki . W 2018 roku uznano, że tymczasowym rezultatem połączenia dwóch gwiazd neutronowych jest hipermasywny magnetar, który wkrótce zapadł się w czarną dziurę.

Zasugerowano możliwy związek między szybkimi rozbłyskami radiowymi (FRB) a magnetarami na podstawie obserwacji SGR 1935 + 2154 , prawdopodobnego magnetara znajdującego się w galaktyce Drogi Mlecznej .

Znane magnetary

przez Układ Słoneczny przeszedł rozbłysk promieniowania gamma z SGR 1806-20 ( pokazano koncepcję artysty ). Wybuch był tak potężny, że miał wpływ na ziemską atmosferę w odległości około 50 000 lat świetlnych .

Według stanu na lipiec 2021 r. Znane są 24 magnetary, a sześciu kolejnych kandydatów czeka na potwierdzenie. Pełna lista znajduje się w McGill SGR/AXP. Przykłady znanych magnetarów obejmują:

  • SGR 0525-66 , w Wielkim Obłoku Magellana , położonym około 163 000 lat świetlnych od Ziemi, pierwszy znaleziony (w 1979 r.)
  • SGR 1806-20 , znajdująca się 50 000 lat świetlnych od Ziemi po drugiej stronie Drogi Mlecznej w konstelacji Strzelca i najbardziej namagnesowany znany obiekt.
  • SGR 1900+14 , znajdująca się 20 000 lat świetlnych stąd w konstelacji Orła . Po długim okresie niskiej emisji ( znaczące wybuchy tylko w 1979 i 1993 r.) uaktywnił się w maju-sierpniu 1998 r., a wybuch wykryty 27 sierpnia 1998 r . Nasycaj instrumenty na BeppoSAX , WIND i RXTE . 29 maja 2008 roku należący do NASA Teleskop Kosmiczny Spitzera odkrył pierścień materii wokół tego magnetara. Uważa się, że pierścień ten powstał podczas wybuchu w 1998 roku.
  • SGR 0501+4516 została odkryta 22 sierpnia 2008 roku.
  • 1E 1048.1-5937 , znajduje się 9000 lat świetlnych stąd w gwiazdozbiorze Carina . Oryginalna gwiazda, z której powstał magnetar, miała masę 30 do 40 razy większą od masy Słońca .
  • We wrześniu 2008 roku ESO donosi o identyfikacji obiektu, który początkowo zidentyfikowano jako magnetar, SWIFT J195509+261406 , pierwotnie zidentyfikowany przez rozbłysk gamma (GRB 070610).
  • CXO J164710.2-455216 , znajduje się w masywnej gromadzie galaktycznej Westerlund 1 , która powstała z gwiazdy o masie przekraczającej 40 mas Słońca.
  • SWIFT J1822.3 Star-1606 odkryty 14 lipca 2011 r. przez włoskich i hiszpańskich naukowców z CSIC w Madrycie i Katalonii. Ten magnetar wbrew przewidywaniom ma niskie zewnętrzne pole magnetyczne i może mieć nawet pół miliona lat.
  • 3XMM J185246.6+003317, odkryta przez międzynarodowy zespół astronomów, patrząc na dane z teleskopu rentgenowskiego XMM-Newton należącego do ESA .
  • SGR 1935+2154 wyemitował parę jasnych rozbłysków radiowych 28 kwietnia 2020 r. Spekulowano, że mogą to być galaktyczne przykłady szybkich rozbłysków radiowych .
  • Swift J1818.0-1607, rozbłysk rentgenowski wykryty w marcu 2020 r., jest jednym z pięciu znanych magnetarów, które są również pulsarami radiowymi. W momencie odkrycia może mieć zaledwie 240 lat.
Magnetar — J1745-2900
Magnetar-SGR1745-2900-20150515.jpg
SGR Magnetar znaleziony bardzo blisko supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* w centrum galaktyki Drogi Mlecznej

Jasne supernowe

Uważa się, że niezwykle jasne supernowe powstają w wyniku śmierci bardzo dużych gwiazd jako supernowe niestabilne w parach (lub pulsacyjne supernowe niestabilne w parach). Jednak ostatnie badania astronomów postulują, że energia uwolniona z nowo powstałych magnetarów do otaczających pozostałości supernowych może być odpowiedzialna za niektóre z najjaśniejszych supernowych, takich jak SN 2005ap i SN 2008es.

Zobacz też

Konkretne
książki i literatura
Ogólny

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Magnetar&oldid=1142229913 ”