Что из себя представляют магнитары

Причина вымирания динозавров в конце мелового периода большинству людей кажется вполне очевидной: их погубил большой метеорит, упавший в Центральной Америке. Но не все так просто. Есть ученые, которые считают причиной той давней планетарной трагедии необычайно мощные гамма-импульсы, которые испустил относительно близкий к Солнечной системе магнитар.

Тяжелее Эвереста

Магнитары (или магнетары, как правильно – вопрос до сих пор дискутируемый) представляют собой редко встречающуюся разновидность нейтронных звезд и обладают необычайным, просто чудовищно мощным магнитным полем. Так, внутри нашей планеты величина магнитной индукции составляет 25 гауссов. На поверхности Земли она и вовсе мизерна – 0,5 гаусса. Обычный магнитик из магазина, с помощью которого мы собираем рассыпавшиеся гвоздики на полу или отдаем в качестве игрушки детям, обладает индукцией в 100 гауссов. Величина магнитной индукции обычной нейтронной звезды несопоставимо больше – 1 триллион гауссов. Если же она вдруг станет магнитаром, то индукция достигнет квадриллиона гауссов, то есть еще в 1000 раз больше. В научно-популярных книгах поясняют, что если бы объект с такой магнитной индукцией оказался на полпути между Луной и Землей, то все вся информация, которую мы храним на магнитных устройствах, даже самых защищенных, моментально стерлась, была бы утрачена. А если бы человек оказался всего лишь в нескольких тысячах километров от магнитара, то его мгновенно разорвало бы на элементарные частицы.

Магнитары плохо изучены по той причине, что лишь немногие из них находятся в относительной близости к нам. Эти небесные тела имеют диаметр в каких-то 20-30 км, но масса большинства из них гораздо больше, чем у нашего Солнца. По-видимому, магнитары образуются из массивных звезд с начальной массой около 40 солнечных. Магнитар имеет столь большую плотность, что горошина его вещества весила бы свыше 100 миллионов тонн, то есть была бы тяжелее горы Эверест. Большинство известных магнитаров вращаются очень быстро, ежесекундно делая несколько оборотов вокруг своей оси. Наблюдаются они в гамма-диапазоне, близком к рентгеновскому, радиолучи же такие звезды не испускают. Жизненный цикл магнитара по космическим меркам чрезвычайно короток. Всего через 10 000 лет после образования магнитара его сверхсильные магнитные поля исчезают, после чего излучение гамма- и рентгеновских лучей прекращается. Именно поэтому в нашей галактике Млечный Путь обнаружено всего-то два десятка «действующих»- магнитаров, тогда как, согласно некоторым математическим моделям, навсегда погасших, прекративших свое излучение магнитаров в ней может насчитываться до 30 миллионов.

Время от времени магнитары испускают еще более мощные потоки рентгеновского и гамма-излучения продолжительностью в несколько десятых долей секунды. После этого наступает продолжительная пауза, когда поток излучения уменьшается, колеблясь при этом с периодичностью в несколько секунд, что соответствует периоду вращения магнитара. Затем, по прошествии нескольких часов, недель, месяцев, а то и лет, следуют новые вспышки. По этой причине подобные источники излучения также называют Soft Gamma Repeater (SGR), что в шутку можно перевести с английского как «мягкие гамма-заики».

Сверхвспышка

Первые подобные всплески гамма-излучения были зафиксированы еще в конце семидесятых годов прошлого века, но теоретические модели, описывающие такие небесные тела, появились лишь в 1990-х. Самый же сильный в истории всплеск космического гамма-излучения был зафиксирован 27 декабря 2004 года. Вечером того дня астрономы стали свидетелями грандиозной вспышки магнитара SRG 1806-20, расположенного в 50 тысячах световых годах от Земли. В течение 0,1 секунды мощность гамма-излучения, дошедшего до нашей планеты из глубин космоса, не уступала свечению Луны в оптическом диапазоне. Если бы люди были способны видеть гамма-излучение собственными глазами, им бы в тот вечер открылась фантастическая картина: внезапно на небосводе, словно по мановению волшебной палочки, на миг загорелась вторая Луна. За десятую долю секунды SRG 1806-20 выделил столько энергии, сколько Солнце испускает за 100 тысяч лет. Это был самый яркий объект за пределами Солнечной системы, известный современной науке.

Вспышка 27 декабря 2004 года была зафиксирована всеми научными спутниками, работающими в жестком диапазоне излучения, и на время первого острого импульса они попросту «ослепли». Сколь ни парадоксально, хотя эта вспышка была самой мощной за всю историю наблюдения магнитаров, именно для этого всплеска была получена информация о потоке в максимуме. Эти данные удалось получить российским ученым группы Евгения Павловича Мазеца (1929-2013) – советского и российского ученого, члена-корреспондента АН СССР с 1990 года, заведующего лабораторией экспериментальной астрофизики Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, человека, хорошо известного в мировой науке исследованиями в области гамма-астрономии и физики космического пространства. Созданный этой группой прибор Геликон был установлен на спутнике «Коронас-Ф». В момент всплеска спутник находился в тени Земли, по каковой причине ослепляющее прямое излучение от магнитара зарегистрировать не мог. Зато он четко проследил отражение всплеска от Луны! Ученые позже шутили, что «Геликон» уподобился древнегреческому герою Персею, победившему горгону Медузу с ее превращающим все живое в камень взглядом, следя за ее отражением в отполированном щите.

Хорошо еще, что та памятная вспышка произошла на большом удалении от Земли и достигший ее поток излучения магнитара был поглощен верхними слоями атмосферы. Произойди она на удалении 10 световых лет от нашей планеты, ее магнитное поле порвалось бы в клочья и все живое на ней погибло бы.

Ужасы звездотрясений

Вероятно, именно магнитары являются источниками загадочных вспышек гамма-излучения, время от времени фиксируемых астрономами на большом удалении от нашей галактики. Природа этих вспышек по сей день полностью не выяснена. Ранее ученые предполагали, что эти потоки гамма-излучения испускает нейтронная звезда, погружаясь в бездну черной дыры. По другой версии, они возникают при столкновении двух нейтронных звезд. Но теперь астрономы все чаще считают, что хотя бы часть таких гамма-всплесков объясняется мощнейшими вспышками магнитаров, расположенных где-нибудь на другом конце Вселенной. Впервые эту идею предложил Кевин Харли из университета Беркли (штат Калифорния, США) как раз после памятной вспышки 27 декабря 2004 года. Ведь гамма-всплески, подобные тому, что испустил тогда SGR 1806-20, можно зарегистрировать на фантастических расстояниях в сотни миллионов световых лет.

Чем же объясняются столь грандиозные выбросы энергии? Роберт Дункан из Техасского университета объясняет этот феномен следующим образом. Магнитное поле магнитара обладает необычайной мощью. Даже атомы в этом поле деформируются чуть ли не до неузнаваемости. Например, атом водорода становится похожим на иглу, поскольку соотношение его длины и ширины в этих условиях равняется 200:1. Само магнитное поле тоже поразительным образом искажается. В недрах магнитара, где сосредоточена основная часть его магнитной энергии, силовые линии поля обвивают ось вращения, подобно пружинам, накрученным на стержень. Предполагается, что эти искажения возникают из-за быстрого вращения звезды. Стремясь выпрямиться, эти «пружины» периодически взрывают твердую кору магнитара, имеющую толщину около километра. При этом высвобождается чудовищная энергия, которая испускается в виде потока гамма-лучей.

Чем «крепче» закрученными окажутся силовые линии магнитного поля, тем мощнее будет гамма-всплеск. После встряски магнитное поле несколько перестраивается, обретая более стабильную конфигурацию. Сам магнитар на какое-то время начинает вращаться медленнее. Через некоторое время все повторяется снова и снова – до тех пор, пока звезда окончательно не замедлится.

Нечто подобное наблюдалось и в случае с SGR 1806-20. С марта по декабрь 2004 года было отмечено несколько его слабых вспышек, которые свидетельствовали о деформировании твердой коры магнитара. Он все ярче светился в гамма-диапазоне, поток его излучения становился все более жестким, скорость вращения уменьшалась. Все эти факторы свидетельствовали в пользу того, что магнитное поле SGR 1806-20 все сильнее и сильнее закручивалось. В конечном итоге возникшее напряжение мгновенно разрядилось, и звезда испустила колоссальный поток гамма-излучения. Силу подобных «звездотрясений» ученые считают эквивалентной землетрясению в 21 балл и более, тогда как максимальная сила землетрясения на нашей планете может достигать лишь 12 баллов по шкале Рихтера.

О происхождении

Что же касается происхождения магнитаров. то у астрономов на сегодня есть две гипотезы. По одной из них, это могут быть «руины» звезды, которая обладала чрезвычайно мощным магнитным полем. Впрочем, таких звезд в нашей галактике совсем не много. Согласно альтернативной теории, на последней стадии жизни вполне обычной звезды скорость вращения ее ядра может возрасти до такой степени, что она превращается в своего рода динамо-машину. Мощность ее магнитного поля многократно возрастает, и после сжатия она превращается в магнитар. Большинство астрономов придерживаются первой точки зрения, но убедительных доказательств, подтверждающих ее, пока не существует. Мало того, саму природу чудовищной мощи магнитного поля этих небесных тел ученым до сих пор со всей однозначностью объяснить не удалось.