Магнетар — это тип нейтронной звезды, которая обладает чрезвычайно мощным магнитным полем (∼1013 до 1015 G, ∼10 9 до 10 11 T). Распад магнитного поля приводит к испусканию высокоэнергетического электромагнитного излучения, в частности рентгеновского и гамма — излучения. Теория, касающаяся этих объектов, была предложена Робертом Дунканом и Кристофером Томпсоном в 1992 году, но первый зарегистрированный всплеск гамма-лучей, предположительно исходящий от магнетара, был обнаружен 5 марта 1979 года.
Как и другие нейтронные звезды, магнетары имеют диаметр около 20 км и массу в 1,1-2 раза больше массы Солнца. Плотность внутренней поверхности магнетара такова, что столовая ложка его вещества будет иметь массу свыше 100 млн. тонн. Магнетары отличаются от других нейтронных звезд еще более сильными магнитными полями и сравнительно более быстрым вращением. Большинство нейтронных звезд вращаются один раз в 10 секунд, тогда как магнетары вращаются в 10 раз быстрее. Магнитное поле магнетара порождает очень сильные и характерные всплески рентгеновского и гамма-излучения. Активная жизнь магнетара коротка. Их сильные магнитные поля распадаются примерно через 10 000 лет, после чего активность и сильное рентгеновское излучение прекращаются. По оценкам астрономов, количество неактивных магнетаров в Млечном Пути составляет более 30 млн.
Звездные землетрясения, вызванные на поверхности магнетара, нарушают магнитное поле, которое охватывает его, часто приводя к чрезвычайно мощным выбросам гамма-лучей, которые были зарегистрированы на Земле в 1979, 1998 и 2004 годах.
Магнитное поле
Магнетары характеризуются чрезвычайно мощными магнитными полями величиной ∼109-10 11. Эти магнитные поля в 100 млн раз сильнее любого искусственного магнита и в квадриллионы раз мощнее поля, окружающего Землю. Наша планета имеет геомагнитное поле 30-60 микротесел, а неодимовый редкоземельный магнит имеет поле около 1,25 Тесла, с магнитной плотностью энергии 4,0×105 Дж/м3. Общая теория относительности предсказывает значительные эффекты искривления пространства-времени из-за этих огромных магнитных полей. Магнитное поле магнетара было бы смертельным даже на расстоянии 1000 км, искажающего электроны составляющих атомов объекта, что делает химию жизни невозможной. На половину расстояния от Земли до Луны магнетар сотрет информацию с магнитных полос всех кредитных карт на Земле. По состоянию на 2010 год, они являются самыми мощными магнитными объектами, обнаруженными во всей Вселенной.
Происхождение магнитных полей
Основная теория сильных полей магнетаров состоит в том, что она является результатом магнитогидродинамического динамо-процесса в турбулентной, чрезвычайно плотной проводящей жидкости, которая существует до того, как нейтронная звезда установится в свою равновесную конфигурацию. Эти поля затем сохраняются за счет постоянных токов в протон-сверхпроводящей фазе вещества, которая существует на промежуточной глубине внутри нейтронной звезды (где нейтроны преобладают по массе). Аналогичный магнитогидродинамический динамо-процесс создает еще более интенсивные переходные поля при коалесценции пар нейтронных звезд. Но другая теория состоит в том, что они просто являются результатом коллапса звезд с необычно высокими магнитными полями.
Формирование магнетара
Когда в сверхновой звезда коллапсирует в нейтронную звезду, ее магнитное поле резко возрастает в силе. При уменьшении размера вдвое, магнитное поле увеличивается в 4 раза. Дункан и Томпсон вычислили, что когда вращение, температура и магнитное поле новообразованной нейтронной звезды попадают в правильные диапазоны, может действовать динамо-механизм. Он преобразует тепловую и вращательную энергию в магнитную энергию и увеличивает магнитное поле с 108 Тесла до более чем 1011 Тесла (1015 гауссов). В результате получается магнетар. Считается, что примерно 1 из 10 взрывов сверхновых приводит к появлению магнетара.
История открытия
5 марта 1979 года, через несколько месяцев после успешного попадания спутников в атмосферу Венеры, два беспилотных советских космических зонда Венера 11 и 12, были поражены взрывом гамма-излучения. Этот контакт повысил показания излучения на обоих зондах с обычных 100 отсчетов в секунду до более чем 200 000 отсчетов в секунду, всего за долю миллисекунды.
Этот всплеск гамма-лучей быстро продолжал распространяться. 11 секунд спустя Гелиос-2, зонд НАСА, который находился на орбите вокруг Солнца, зафиксировал большой выброс радиации. Через несколько секунд Земля получила волну излучения, где мощный выброс гамма-лучей зафиксировали детекторы трех спутников МО США Vela, советского спутника Прогноз 7 и обсерватории Эйнштейна. Этот чрезвычайно мощный взрыв гамма-излучения представлял собой самую сильную волну внесолнечных гамма-лучей, когда-либо обнаруженную. Он был более чем в 100 раз интенсивнее, чем любой известный предыдущий внесолнечный взрыв. Поскольку гамма-лучи распространяются со скоростью света, источник излучения может быть вычислен с точностью около 2 угловых секунд. Направление источника соответствовало остаткам звезды, которая превратилась в сверхновую около 3000 г. до н. э. Она находилась в Большом Магеллановом Облаке и источник был назван SGR 0525-66.
21 февраля 2008 года было обнаружена нейтронная звезда со свойствами радиопульсара, который испускал магнитные всплески, такие как магнетар. Это говорит о том, что магнетары не являются просто редким типом пульсара, но могут быть одной из фаз в жизни некоторых пульсаров. 24 сентября 2008 года было объявлено, что это был первый оптически активный магнетар. Вновь обнаруженный объект получил обозначение SWIFT J195509+261406. 1 сентября 2014 года опубликована новость о магнетаре, близком к остатку сверхновой Kesteven 79. Астрономы из Европы и Китая обнаружили этот магнетар, названный 3XMM J185246.6+003317. В 2013 году был обнаружен Магнетар PSR J1745-2900, который обращается вокруг черной дыры в системе Стрельца A. Этот объект является ценным инструментом для изучения ионизированной межзвездной среды по направлению к центру Галактики. В 2018 году результатом слияния двух нейтронных звезд был обнаружен гипермассивный Магнетар.
Известные магнетары
По состоянию на март 2019 года, известны 23 магнетара, еще шесть кандидатов ожидают подтверждения. Наиболее известные магнетары включают:
- SGR 0525-66, в Большом Магеллановом Облаке, расположенном примерно в 163 000 световых лет от Земли, впервые найден в 1979 году;
- SGR 1806-20, расположенный в 50 000 световых лет от Земли на дальней стороне Млечного Пути в созвездии Стрельца.
- SGR 1900+14, расположенный на расстоянии 20 000 световых лет в созвездии Орла. После длительного периода низких выбросов (значительные всплески только в 1979 и 1993 годах) он активизировался в мае–августе 1998 года. 29 мая 2008 года космический телескоп НАСА Spitzer обнаружил кольцо материи вокруг этого магнетара. Считается, что это кольцо образовалось в результате взрыва 1998 года.
- SGR 0501+4516 был обнаружен 22 августа 2008 года.
- 1E 1048,1-5937, расположенный на расстоянии 9000 световых лет в созвездии Киль. Первоначальная звезда, из которой образовался Магнетар, имела массу в 30-40 раз больше массы Солнца.
- CXO J164710. 2-455216, расположенный в массивном галактическом скоплении Westerlund 1, которое образовалось из звезды с массой, превышающей 40 солнечных масс.
- SWIFT J1822. 3 Star-1606 открыто 14 July 2011 итальянскими и испанскими исследователями. Этот Магнетар вопреки предсказаниям имеет низкое внешнее магнитное поле.
- 3XMM J185246.6+003317 обнаружен международной группой астрономов, изучив данные рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton .
