На главную страницу

Планеты около нейтронных звезд

Нейтронные звезды образуются на поздних стадиях эволюции звезд, массы железных ядер которых не превышают 3М?. Быстрое сжатие (коллапс) железного ядра звезды, сопровождаемое вспышкой сверхновой, приводит к образованию нейтронной звезды радиусом около 10 км и плотностью вещества, достигающей миллиарда тонн в 1 см3. При сжатии сильно возрастают угловая скорость вращения и напряженность магнитного поля (до 1012 Гс). Многие нейтронные звезды являются радиопульсарами. Строго периодические импульсы ра- диоизлучения пульсара связаны с переработкой его энергии вращения в направленное радиоизлучение через посредство сильного магнитного поля.

Пульсар представляет собой своеобразные очень стабильные часы: периодичность следования радиоимпульсов одиночного пульсара (периоды пульсаров лежат в пределах от нескольких миллисекунд до нескольких секунд) на больших интервалах времени стабильна с точностью лучше 10?21 с за секунду , то есть выше, чем стабильность современных атомных стандартов частоты! Поэтому если пульсар и его спутник (звезда или планета) вращаются около общего центра масс, то, измеряя доплеровские сдвиги в частоте следования импульсов пульсара, можно обнаружить присутствие вокруг него спутника и определить величину m sin i, где m – масса спутника, i – угол наклона плоскости орбиты спутника к картинной плоскости. Первый радиопульсар в двойной системе PSR1913+16, позволивший косвенно подтвердить существование гравитационных волн, был открыт в 1975 году американскими учеными Р . Халсом и Дж. Тейлором. В дальнейшем было открыто много радиопульсаров в двойных системах, содержащих в качестве спутников неактивные нейтронные звезды, белые карлики и массивные звезды ранних спектральных классов В. Сейчас из 1000 известных радиопульсаров более 50 входят в состав двойных систем.

Большим сюрпризом для астрономов стало открытие в 1991 году около пульсара PSR1829?10 темного спутника, нижняя граница массы которого равна 10,2 массы Земли и который обращается с периодом 184,4 земных суток (рис. 1).

Поиск планет во Вселенной

Рис. 1. Отклонения во времени прихода импульсов радиопульсара PSR1829–10 от среднего значения как функция времени, свидетельствующие о наличии планеты, обращающейся вокруг пульсара с периодом P = 184,4 суток и массой более 10,2 массы Земли (из статьи: Bailes M., Lyne A.G., Shemar L. //Nature. 1991. Vol. 352. Р . 311): а – индивидуальные наблюдения, развернутые во времени, б – свертка всех наблюдений с периодом 184,4 суток

Это открытие сделано группой английских астрономов (М. Бэйлс, А. Лин и С. Шемер) и было настолько неожиданным, что большинство ученых сначала не поверили в корректность интерпретации найденных периодических изменений периода пульсара как следствие наличия спутника. Однако дальнейшие тщательные наблюдения и их анализ подтвердили вывод о наличии планеты вокруг пульсара PSR1829?10.

Открытие в 1992 году планетной системы из двух планет у пульсара PSR1257+12, а также в 1993 году планеты у пульсара PSRJ2322+2057 окончательно убедило астрономов в существовании планет, обращающихся вокруг нейтронных звезд (рис. 2).

Поиск планет во Вселенной

Рис. 2. Изменения периода следования импульсов пульсара PSR1257+12 как функция времени, свидетельствующие о наличии двух планет , обращающихся вокруг пульсара (см. табл. 2). Точки – наблюдательные данные, сплошная линия – теоретическая кривая в модели двух планет (из статьи: Wolszczan W., Frail D.A. // Nature. 1992. Vol. 355. Р . 145)

В табл. 2 приведены характеристики системы из двух планет, обращающихся вокруг пульсара PSR1257+12 (период осевого вращения 6,2 миллисекунды). Видно, что нижние пределы для массы обеих планет примерно вдвое больше массы Земли (которая, как известно, составляет 6 • 1027г , или 3 • 10?6 М?). Эксцентриситеты орбит этих планет близки к нулю, а орбитальные периоды близки к периоду Меркурия (88 суток).

Таблица 2. Характеристики планет, обращающихся вокруг пульсара PSR1257+12

Параметр Первая планета Вторая планета
?Орбитальный период, сутки
Эксцентриситет орбиты
е m sin i
66,54
0,020
7,25 • 10?6М?
98,21
0,024
5,97 • 10?6М?


Происхождение планет около нейтронных звезд трудно понять. Взрыв сверхновой звезды, сопровождавший образование нейтронной звезды, должен был разрушить планетную систему , обращавшуюся вокруг предсверхновой. В настоящее время наиболее популярны две гипотезы образования планет около нейтронных звезд. Обе они предполагают , что пульсар образовался в двойной звездной системе. В первой гипотезе предполагается, что в результате полного перетекания вещества спутника на нейтронную звезду вокруг последней образовался массивный диск, дальнейшая фрагментация которого приводит к образованию зародышей планет и далее к планетам. Во второй гипотезе предполагается, что спутник не полностью перетекает на нейтронную звезду, которая тем не менее сильно раскручивается, аккумулируя орбитальный угловой момент при перетекании вещества. Сформированный, быстро вращаю- щийся радиопульсар испускает мощный поток релятивистских частиц (релятивистский ветер), под действием которого спутник – обычная звезда нагревается и испаряется, так что его масса уменьшается до величины планетной массы. Постоянное облучение поверхности планеты потоком релятивистских частиц (с энергиями более 1012 эВ) при полной мощности корпускулярного излучения пульсара ~ 1038 эрг/с (что на пять порядков больше болометрической светимости Солнца) исключает возможность существования на этих экзотических планетах каких-либо известных нам форм жизни.

Источник: Universe News


Назад Вверх

 

Hosted by uCoz