Зоопарк Зоопарк нейтронных нейтронных

звездзвезд

Сергей ПоповСергей Попов

(ГАИШ МГУ)(ГАИШ МГУ)(www.bradcovington.com)

Где почитать?Где почитать?

Элементы.Ру (www.elementy.ru)

Астронет (www.astronet.ru)

Земля и Вселенная (ziv.telescopes.ru blog.astrotop.ru)

Предсказание ...Предсказание ...

Нейтронные звезды были предсказаны в 30-е гг.

Л.Д. Ландау: Звезда-ядро

Бааде и Цвикки: нейтронные звезды и сверхновые

(Ландау)

(Бааде)

(Цвикки)

Нейтронные звездыНейтронные звезды

Радиус 10 кмМасса 1-2 солнечнойПлотность порядка ядернойСильные магнитные поля

Нейтронные звезды - 2Нейтронные звезды - 2

Сверхплотное вещество и сверхсильные магнитные поля

Зависимость масса-радиусЗависимость масса-радиус

Старый зоопарк Старый зоопарк нейтронных звезднейтронных звезд

В 60-е гг. были открыты первые рентгеновские источники.

Это были НЗ в тесных двойных системах, НО ... .... их «не узнали»....

Сейчас известны сотнирентгеновских двойных с нейтронными звездами в нашей и других галактиках.

Ракетные экспериментыРакетные экспериментыSco X-1Sco X-1

Giacconi, Gursky, Hendel

1962 год

В 2002 г. Р.Джиаккони получил Нобелевскую премию по физике.

UHURUUHURU

Спутник запущен 12 декабря 1970 г.Закончил работу в марте 1973 г.

Другое название SAS-1

2-20 кэВ

Первый полный обзор неба.339 источника.

Аккреция в тесных двойныхАккреция в тесных двойных

Аккреция – самый мощныйисточник энергии в миреиз тех, что могут даватьбольшой выход энергии.

При падении веществана нейтронную звезду выделяется до 10% от mc2

Аккреционный дискАккреционный дискТеория созданав 1972-73 гг.Н.И.Шакура иР.А. Сюняев

Аккреция важнане только длядвойных систем,но и для активныхядер галактик идля других систем

Тесные двойные системыТесные двойные системы

Около ½ массивных звездвходит в двойные системы.

Сейчас в тесных двойныхсистемах известны многие десятки нейтронных звезд.

Открытие !!!!Открытие !!!!

1967: Джоселин Белл. Радиопульсары.

Серендипическое открытие.

Jocelyn BellJocelyn Bell

Пульсар в Пульсар в Крабовидной туманностиКрабовидной туманности

Пульсар Пульсар VelaVela

7 – джет

Джеты (струи)наблюдаются у несколькихнейтронных звезд.

Новый зоопарк Новый зоопарк нейтронных звезднейтронных звезд

В последние 10 лет стало ясно, что нейтронные звезды могут рождаться очень разными,совсем непохожими на обычныерадиопульсары типа Краба.

oКомпактные рентгеновские источники в остатках сверхновых oАномальные рентгенов. пульсары

oИсточники мягких повторяющихся гамма-всплесков

oВеликолепная семерка

oИсточники EGRET

oТранзиентные радиоисточники..............

Компактные рентгеновские Компактные рентгеновские источники в остатках источники в остатках

сверхновыхсверхновых

Cas A RCW 103

Puppis APuppis AОдин из самых известныхкомпактных рентгеновскихисточников в остаткахсверхновых.

Возраст около 3700 лет.

Возможно, что прародителем была очень массивная звезда(около 30 масс Солнца).

МагнитарыМагнитары

dE/dt > dEdE/dt > dErotrot/dt/dt По определениюПо определению:: расходуется энергия расходуется энергия

магнитного поля НЗмагнитного поля НЗ P-PdotP-Pdot Прямые измерения магн. поляПрямые измерения магн. поля (Ibrahim et al.) (Ibrahim et al.)

Магнитные поля 1014–1015 Гс

Известные магнитарыИзвестные магнитары SGRsSGRs (МПГ) (МПГ) 0526-660526-66 1627-411627-41 1806-201806-20 1900+141900+14 ++кандидатыкандидаты

AXPsAXPs (АРП) (АРП) CXO 010043.1-72CXO 010043.1-72 4U 0142+614U 0142+61 1E 1048.1-59371E 1048.1-5937 1 RXS J170849-401 RXS J170849-40 XTE J1810-197XTE J1810-197 1E 1841-0451E 1841-045 AX J1844-0258AX J1844-0258 1E 2259+5861E 2259+586

(СТВ 109)

Магнитары в галактикеМагнитары в галактике

4 4 МПГМПГ, 8 , 8 АРПАРП, , плюс кандидатыплюс кандидаты, , плюсплюс радиопульсары с большими магнитн. радиопульсары с большими магнитн. полямиполями … …

Молодые объектыМолодые объекты ( (околооколо 10 1044 летлет).). Возможно околоВозможно около 10% 10% всех НЗвсех НЗ..

Исторические заметкиИсторические заметки 05 05 МартаМарта 1979. 1979. Эксперимент КонусЭксперимент Конус. .

ВенераВенера-11,12 (-11,12 (Мазец и др.Мазец и др.)) Событие в БМОСобытие в БМО. SGR 0520-66.. SGR 0520-66. ФлюэнсФлюэнс: : околооколо 10 10-3-3 эргэрг//смсм22

Мазец и др. 1979

N49 - Остатоксверхновойв БольшомМагеллановомоблаке

Активность МПГ и Активность МПГ и исследования этих источниковисследования этих источников

Обычные (слабые) всплески Обычные (слабые) всплески МПГ и АРПМПГ и АРП

Типичные Типичные всплески отвсплески от SGR SGR 1806-29, SGR 1806-29, SGR 1900+14 1900+14 и оти от AXP AXP 1E 2259+586 1E 2259+586 по по даннымданным RXTE ( RXTE (из из статьи статьи Woods, Woods, Thompson, 2004, Thompson, 2004, astro-ph/0406133)astro-ph/0406133)

(из статьи Woods, Thompson 2004)

Промежуточные всплески Промежуточные всплески МПГМПГ

Примеры четырех Примеры четырех промежуточных промежуточных всплесковвсплесков. . Однако Однако иногдаиногда четвертый четвертый (правый нижний) (правый нижний) некоторые некоторые считают считают гигантским гигантским ((из из статьистатьи Woods, Woods, Thompson)Thompson)

(из статьи Woods, Thompson 2004)

Гигантская вспышкаГигантская вспышка SGR SGR 1900+14 (27 1900+14 (27 АвгустаАвгуста 1998) 1998)

Данные со Данные со спутника Улиссспутника Улисс ((рис. изрис. из Hurley et Hurley et al. 1999a)al. 1999a)

ИмпульсИмпульс 0.35 0.35 сексек P=5.16 P=5.16 сексек L>3 10L>3 104444 эргэрг//сс EETOTALTOTAL>10>1044 44 эрг эрг

Hurley et al. 1999

МПГМПГ: : периоды и гигантские периоды и гигантские вспышкивспышки

0526-660526-66 1627-411627-41 1806-201806-20 1900+141900+14

++кандидатыкандидаты

P, сек Вспышки

8.0

6.4

7.5

5.2

5 Март 1979

27 Авг 1998

24 Дек 2004

18 Июнь 1998 (?)

См. обзор вWoods, Thompsonastro-ph/0406133

Аномальные рентгеновские Аномальные рентгеновские пульсарыпульсары

Выделены в отдельную группу в 1995 г. (Mereghetti, Stella 1995 Van Paradijs et al.1995)

• Близкие периоды (5-10 секунд)• Постоянное замедление• Отсутствие оптических компаньонов• Относительно слабая светимость• Постоянная светимость

Известные АРП Известные АРП

CXO 010043.1-72CXO 010043.1-72 8.08.0

4U 0142+614U 0142+61 8.78.7

1E 1048.1-59371E 1048.1-5937 6.46.4

1RXS J170749-401RXS J170749-40 11.011.0

XTE J1841-197XTE J1841-197 5.55.5

1E 1841-0451E 1841-045 11.811.8

AX J1844-0258AX J1844-0258 7.07.0

1E 2259+5861E 2259+586 7.07.0

Источник Период, сек

Показаны профилиимпульсов несколькихАРП и МПГ

МПГ и АРП – МПГ и АРП – близнецы-братьяблизнецы-братья??

Вспышки от АРПВспышки от АРП Спектральные Спектральные

свойствасвойства Неактивные Неактивные

периоды у МПГпериоды у МПГ (0525-66 (0525-66 с с 1983)1983)

Gavriil et al. 2002

Теория магнитаровТеория магнитаров

Thompson, Duncan ApJ Thompson, Duncan ApJ 408, 194 (1993)408, 194 (1993)

Конвекция в молодой Конвекция в молодой НЗ приводит к НЗ приводит к генерации сильного генерации сильного магнитного полямагнитного поля

Перестройка структуры Перестройка структуры магнитного полямагнитного поля

(Рисунки с веб-страницы Дункана)

Генерация магнитного поляГенерация магнитного поля

Механизм генерации магнитныхполей нейтронных звездостается неизвестным.

Турбулентное динамо

α-Ω динамо (Duncan,Thompson) α2 динамо (Bonanno et al.) или их комбинация

В любом случае критическим параметром является начальныйтемп вращения нейтрон. звезды.

Альтернативная теорияАльтернативная теория Остаточный дискОстаточный диск Mereghetti, Stella 1995Mereghetti, Stella 1995 Van Paradijs et al.1995Van Paradijs et al.1995 Alpar 2001Alpar 2001 Marsden et al. 2001Marsden et al. 2001 ПроблемыПроблемы ….. ….. Как сгенерировать Как сгенерировать

сильные всплескисильные всплески??

Измерения магнитного поляИзмерения магнитного поля

Прямые Прямые измерения измерения магнитного поля магнитного поля МПГМПГ

Замедление Замедление вращениявращения

Длинные периоды Длинные периоды вращениявращения

Ibrahim et al. 2002

Основные типы активности Основные типы активности МПГМПГ

Слабые всплескиСлабые всплески. L<10. L<104141 эргэрг//сс ПромежуточныеПромежуточные.. L=10L=104141–10–104343 эргэрг//сс ГигантскиеГигантские. L<10. L<104545 эргэрг//сс ГипервспышкиГипервспышки. L>10. L>104646 эргэрг//сс

Обзор в статьеWoods, Thompsonastro-ph/0406133

Распределение по мощности подобно распределению землетрясений по магнитуде

Гигантская вспышка Гигантская вспышка источника МПГисточника МПГ

27 27 декабря декабря 2004 2004 гигантская вспышкагигантская вспышка SGR 1806-20 SGR 1806-20 была была зарегистрирована зарегистрирована множеством множеством спутниковспутников: Swift, : Swift, RHESSI, Konus-Wind, RHESSI, Konus-Wind, Coronas-F, Integral, Coronas-F, Integral, HEND, …HEND, …

В В 100 100 раз ярче, чемраз ярче, чем все предыдущиевсе предыдущие!!

Palmer et al.astro-ph/0503030

Integral

RHESSI

CORONAS-F

27 27 ДекДек 2004 2004Гигантская вспышкаГигантская вспышка

SGR 1806-20 SGR 1806-20 ИмпульсИмпульс 0.2 0.2 сексек Флюэнс Флюэнс 1 1 эргэрг//смсм22

E(E(импимп))==3.5 103.5 1046 46 эргэрг L(L(импимп))==1.8 101.8 1047 47 эргэрг//сс Длинный «хвост»Длинный «хвост» (400 (400 сс) ) P=7.65 P=7.65 сс E(E(хвостхвост) 1.6 10) 1.6 104444 эргэрг РасстояниеРасстояние 15 15 кпккпк

Данные Данные Konus-Wind Konus-Wind SGR 1806-20 27 SGR 1806-20 27 ДекДек 2004 2004

Мазец и др. 2005

Миф о МедузеМиф о Медузе

Связь с массивными звездамиСвязь с массивными звездами

Westerlund 1

Есть основания полагать, что магнитары (АРП и МПГ) связаны с массивными звездами.

Популяция одиночных нейтронных звездПопуляция одиночных нейтронных звезд: :

в Галактике и по соседствув Галактике и по соседству ОНЗ могут проявляться как ОНЗ могут проявляться как

источники разных типовисточники разных типов– РадиопульсарыРадиопульсары– Аномальные рент. пульсарыАномальные рент. пульсары– Источники МПГИсточники МПГ– Центр. Источники в ОСЦентр. Источники в ОС– Радиотихие нейтр. звездыРадиотихие нейтр. звезды

Местная популяция молодых одиночных нейтронных звезд

РадиопульсарыГеминга+Радиотихие НЗ

Близкие радиотихие НЗБлизкие радиотихие НЗ

ОткрытиеОткрытие: : Walter et al. (1996)Walter et al. (1996)

Собственное Собственное движение и движение и расстрасст: Kaplan et al.: Kaplan et al.

Нет пульсацийНет пульсаций Тепловой спектрТепловой спектр ПозжеПозже: : шестьшесть братьевбратьевRX J1856.5-3754

Родственники магнитаровРодственники магнитаров??

ИсточникИсточник ПериодПериод,,сексек

RX 1856RX 1856 --

RX 0720RX 0720 8.398.39

RBS 1223RBS 1223 10.31 10.31

RBS 1556RBS 1556 --

RX 0806RX 0806 11.3711.37

RX 0420RX 0420 3.453.45

RBS 1774RBS 1774 9.449.44

РадиотихиеБлизкиеМолодыеТепловое излучениеДлинные периоды

Великолепная семерка

ROSATROSATROentgen SATellite

Запущен 01 июня 1990г. Программа была успешнозавершена 12 февраля 1999 г.

Немецкий спутник (при участии США и Великобритании).

Движение Движение RX J1856-3754RX J1856-3754

Про этот объект мы теперь знаем уже много, однако он не слишком похож на шесть других.

Неотождествленные Неотождествленные источники источники EGRETEGRET

Grenier (2000), Gehrels et al. (2000) Неотождествленные источники формируют несколько групп.Одна из них показывает пространственное распределение,подобное объектам, входящим в Пояс Гулда.

Предполагается, что GLAST (а также, возможно, AGILE)смогут внести ясность в этот вопрос.

Тема активно изучается (например, работы Harding, Gontier)

Открытие быстрых Открытие быстрых радиотранзиентоврадиотранзиентов

McLaughlin et al. открыли новый тип источников – RRATs (Rapid Radio Transients). Быстрые рентгеновские транзиенты.

У нескольких источников обнаружены периоды порядка нескольких секунд.Источники были открыты в 2005 г.

в ходе Парксовского (Parkes) обзора Галактической плоскости.

Эти источники могут быть родственниками Великолепной семерки.

Планируются радионаблюдения Великолепной семерки.В Пущино уже было обнаружено

радиоизлучение от одного из «братьев».

P-Pdot P-Pdot диаграмма для диаграмма для RRATsRRATs

McLaughlin et al. 2006Nature

Оценки показывают, что в Галактике должно быть около 400 000источников этого типа

Молодые или старые???

ЗаключениеЗаключение Несколько групп Несколько групп

источников: источников: Центр. комп.Центр. комп., , В7, В7, МПГМПГ, , АРП ...АРП ... МагнитарыМагнитары (?) (?) Значительная доля всех Значительная доля всех

новорожденных НЗноворожденных НЗ Вопросы:Вопросы: 1. Есть ли связь?1. Есть ли связь? 2. Причины различий2. Причины различий

Dorothea Rockburne

ВОТ И ВСЕ! СПАСИБО!ВОТ И ВСЕ! СПАСИБО!