Самые магнитные объекты во Вселенной создают новые противоречия

Москва, 11:04, 02 Ноя 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Как магнетары становятся настолько магнитными? Изучение звездных взрывов показывает, что давно принятая теория их возникновения может быть ошибочной.

Магнетары долгое время оставались астрофизической загадкой. Эти компактные куски ядерной материи — сверхплотные остатки сверхмассивных звезд — генерируют самые экстремальные магнитные поля во Вселенной. Ученые обсудили, как именно возникают эти магнитные поля. Но новое исследование взрывов, которые привели к появлению магнетаров, говорит о том, что давно одобренная теория может рухнуть.

Идея магнетара восходит к началу 1990-х годов, когда астрономы исследовали смерть звезд. Большие звезды — те, которые в восемь раз больше массы Солнца, — закончат свою жизнь в сверхновой. Огромные взрывы выбрасывают внешние слои светила в виде остатка сверхновой, оставляя позади мертвое ядро ​​нейтронной звезды.

У других, пульсаров, есть сильные магнитные поля и интенсивные лучи света, пронизывающие пространство, а у некоторых магнитные поля во много раз сильнее нормы — в четыре миллиарда раз больше силы магнитного поля Солнца Эти магнитные пульсары, которые испускают непредсказуемые вспышки рентгеновского и гамма-излучения, являются магнетарами.

Первоначально астрономы считали, что магнетары приобретают свои магнитные поля в ходе сверхновой. Когда нейтронная звезда впервые образуется, она начинает вращаться очень быстро — до 1000 оборотов в секунду — это может вызвать турбулентные внутренние движения, которые усиливают ее магнитное поле в так называемом динамо-эффекте.

В течение многих лет были предложены и другие механизмы, но модель динамо оставалась самой популярной. Тогда в 2006 году Джакко Винк, астрофизик из Амстердамского университета, сравнил взрывы, которые породили магнетары, с взрывами обычных нейтронных звезд. Модель динамо предсказывает более энергичный взрыв, чем обычная сверхновая, но Винк обнаружил, что взрывы были в аналогичном масштабе. Результаты оказались неожиданными для некоторых ученых.

«Когда я писал в 2006 году эту статью, большинство людей думали только о модели динамо, — сказал Винк, — потому что так возникла идея магнетара».

 «Они обе являются разумными идеями», — говорит Виктория Каспи, астрофизик из Университета Макгилла, которая изучает нейтронные звезды, — «но мы не знаем, что правильно».

Недавнее исследование, проведенное Пинг Чжоу, астрофизиком из Университета Амстердама, вместе с Винком и их коллегами, пытается выявить различия, проанализировав остатки сверхновых, которые изначально породили магнетары.

Если сверхмагнитная массивная звезда коллапсирует, ее сверхновая должна казаться похожей на обычную сверхновую. Но магнетары, созданные с помощью эффекта динамо, должны исходить от сверхмассивных звезд. Эти гигантские звезды будут создавать остатки сверхновых, которые имеют уникальные элементные сигнатуры.

Остаток сверхновой R103 содержит в своем центре магнетар, который изучали астрофизики и два дополнительных остатка сверхновых, чтобы понять, как образуются магнетары.

Чжоу, Винк и их коллеги начали с 10 остатков сверхновой, которые, как известно, содержат магнетар, а затем исследовали три, которые вырабатывают достаточно рентгеновского излучения, чтобы сделать возможным подробный анализ. Команда разделила остатки каждой сверхновой на более мелкие куски в ярких областях с большим количеством излучения, чтобы максимизировать детализацию, которая может быть получена, и более крупные куски в более слабых областях.

Для каждого куска команда ученых извлекала информацию об элементном составе газов, создавая там более точную картину состава остатка сверхновой, чем если бы они усреднялись. Они оценили, что сверхновые возникли от звезд в 10-20 раз больше массы Солнца — это означает, что они были менее массивными, чем нужно для рождения магнетаров с помощью «динамо-двигателя».

Команда также обнаружила, что энергия сверхновой была аналогична энергии типичных сверхновых и не выше, чем если бы магнетары создавались по модели динамо.

«Я думаю, что авторы рассказали очень хорошую историю, очень полную историю в пользу происхождения магнитного поля», — сказал Хао Тонг, астрофизик из университета Гуанчжоу.

Хотя полученные доказательства не слишком подходят для модели динамо, астрофизики предупреждают, что вопрос остается нерешенным.