Posted by თანამედროვე ასტრონომია, ფაქტიურად, ასტროფიზიკაა, ანუ ფიზიკის ნაწილი. არა ყველა ობიექტია ერთნაირად საინტერესო ფიზიკოსებისთვის. მათთვის მნიშვნელოვანია, რომ ობიექტებში ხდებოდეს რაიმე ისეთი, რაც უმნიშვნელოვანეს, გადაუჭრელ პრობლემებს მოჰფენს ნათელს, პროცესით, რომლის ლაბორატორიულ პირობებში გამეორება შეუძლებელია. ნეიტრონული ვარსკვლავი, როგორც ჩანს, ყველაზე უფრო საინტერესო ფიზიკურ ობიექტს წარმოადგენს, რაც გასაგებიცაა.
რაც უფრო ექსტრემალურ მდგომარეობაშია ნივთიერება, მით უფრო საინტერესო ფიზიკური კანონებით აღიწერება იგი. თუ რაიმე ნივთიერების, მაგალითად, გაზის შეკუმშვას დავიწყებთ, რაც უფრო მოიმატებს მასში ტემპერატურა და წნევა, მით უფრო საინტერსო იქნება მისი აღმწერი ფიზიკა. შეკუმშვას ვაგრძელებთ, გრავიტაციის აღწერა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ჩარჩოებში იწყება. თავს იჩენს კვანტური მოვლენები. თუ ამ შესქელებულ გაზს უკიდურესად შევკუმშავთ, შავი ხვრელი წარმოიქმნება – სხვადასხვა პარამეტრი და საინტერესო ფიზიკა ჩვენთვის მიუწვდომელი გახდება.
ნეიტრონული ვარსკვლავები, ცნობილთა შორის ყველაზე უფრო კომპაქტური ასტრონომიული ობიექტებია (რადიუსი 10-20 კილომეტრი. მაქსიმუმ 2,5 (3) მზის მასით. უცნაური ვარსკვლავები). ისინი ერთბაშად, ფარდობითობის ზოგადი თეორიით, კვანტური ელექტროდინამიკითა და კვანტური ქრომოდინამიკით აღიწერება. ეს ხომ მაკროსკოპული ობიექტებია, რომლებშიც ნივთიერება ძალიან დიდ სიმკვრივემდეა შეკუმშული, ატომურზე ათჯერ მეტად. ლაბორატორიულ პირობებში ასეთი მატერიის მიღება ჩვენ არ შეგვიძლია და კიდევ დიდი ხანი ვერ შევძლებთ. ამიტომ, თუ ექსტრემალურ მდგომარეობაში მყოფი მატერიის შესწავლა გვინდა, ისეთ ბუნებრივ ლაბორატორიებს უნდა მივმართოთ, როგორებიც ნეიტრონული ვარსკვლავებია.
ამასთან ერთად, მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ნეიტრონულ ვარსკვლავს თითქმის ერთნაირი რადიუსი და მასა აქვს, თავინთი დამზერადი გამოვლინებებით სრულიად განსხვავებული ბუნების წყაროებად გამოიყურებიან.
წარმოიდგინეთ, კოსმოსურ სივრცეში მბრუნავი 10 კილომეტრიანი სფერო, რომელიც უცბათ, წამზე მცირე დროში, იმ გალაქტიკაზე ელვარე ხდება, რომელშიც მდებარეობს. ეს არის ე.წ. მაგნიტარზე, ახალგაზრდა ნეიტრონულ ვარსკვლავზე მომხდარი ანთება. სხვა ნეიტრონულები, მილიონ გრადუსამდე გავარვარებული, არანაირ აფეთქებით აქტიურობას არ ავლენენ. ზოგიერთი მათგანი უკვე გაცივდა, თუმცა გამოსიხვებული რადიოიმპულსების ხარჯზე მაინც ვხედავთ, რაც მათ ძლიერ მაგნიტურ ველთან და სწრაფ ბრუნვასთან არის დაკავშირებული.
რატომ გამოიყურება ერთნაირი ზომისა და წონის ვარსკვლავები ასე განსხვავებულად? ბოლომდე გაურკვეველია.
ფიზიკაში, ”დიდ გაერთიანებას”, ჯერ არშექმნილ თეორიას უწოდებენ, რომელმაც ელექტრომაგნიტური, სუსტი და ძლიერი ურიერთქმედებები უნდა გააერთიანოს. ამის მერე ”ყველაფრის თეორიის” დროც დადგება, რომელიც ამ სამ ძალას გრავიტაციასაც დაუმატებს. 2010 წელს, მაკჰილის უნივესიტეტის (მონრეალი, კანადა) თანამშრომელმა, ვიკი ქასფიმ, ახალი ტერმინი შემოიღო – ”ნეიტრონული ვარსკვლავების დიდი გაერთიანება”. რას ნიშნავს ეს?
დაახლოებით 15-20 წლის წინ, ასტრონომებმა თავიანთდა გასაკვირად აღმოაჩინეს, რომ ახალგაზრდა ნეიტრონული ვარსკვლავები დაიმზირება, როგორც ძალიან განსხვავბეული ტიპის წყაროები. ზოგიერთი მათგანი, როგორც ჩვეულებრივი რადიოპულსარი, ზოგიც მძლავრ გამა-ანთებებს წარმოქმნის, სხვები ძლიერ რენტგენს ასხივებს, რადიოიმპულსების გარეშე. ზოგიერთი მათგანი ზეახლის ნარჩენის ცენტრში მოთავსებულა და მაღალი ტემპერატურის ხარჯზე ელვარებს. თითქოს, რაღაც მიზეზის გამო, ამ ობიექტთა საწყისი თვისებები ძალიან განსხვავებული უნდა იყოს. ანუ, გაჩენის თანავე ნეიტრონულ ვარსკვლავს რაღაც განსაზღვრული ბედი ელის.
ბოლო რამდენიმე წელიწადში კიდევ უფრო უჩვეულო მოვლენება იჩინა თავი. მაგალითად, აღმოჩნდა, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავები გამა-ანთებებით (რბილი გამა-ანთებების წყარო) და ნეიტრონულები ანომალურად ინტენსიური რენტგენის გამოსხივებით (ანომალური რენტგენული პულსარები) — ნათესავები არიან. ბევრ ანომალურ პულსარზე რენტგენის ანთებები რეგისტრირდებოდა, ხოლო განმეორებად ანთებებში ანთებებსშორისი ძლიერი რენტგენის გამოფრქვეავ დაარეგისტრირეს. ახლა, ორივე მათგანს მაგნიტარებს მიაკუთვნებენ, მათი ენერგიის წყარო ზეძლიერი მაგნიტური ველია (ან ძლიერი დენები ვარსკვლავის წიაღში, რომელიც ამ ძლიერ მაგნიტურ ველს წარმოქმნის). პულსირებადი გამოსხივება ანომალური რენტგენის პულსარებიდანაც დაფიქსირდა, ასევე, განმეორებადი გამა-ანთებების წყაროებიდანაც. ერთ-ერთი პულსარი კი მოულოდნელად რენტგენის დიაპაზონში აელვარდა, მან პერიოდული ანთებების გამოშვება დაიწყო. იყო პულსარი, გადაიქცა მაგნიტარად!
სხვა უჩვეულო მაგალითებიც არსებობს, წყაროებისა, რომლებიც განსხვავბული კლასის ობიექტთა თვისებებს ავლენს. ამ ყველაფერს ახსნა უნდა მოეძებნოს, ანუ რაღაც გამაერთიანებელი მოდელი უნდა შეიქმნას, რომელიც განხვავებული ტიპის წყაროებს ერთიანი სურათის ფაგრლებში აღწერს, აგვიხსნის ქცევის ცვლასა და თვისებების ერთობლიობას. სწორედ ეს იქნება ”ნეიტრონული ვარსკვლავების დიდი გაერთიანება”.
ნეიტრონულ ვარსკვლავებს არც ისე ბევრი ასტროფიზიკური პარამეტრები გააჩნია. ყველაზე უფრო მთავრი კი მაგნიტური ველია. ამ პარამეტრის პირდაპირი გაზომვა ვერ ხერხდება. ერთეული ნეიტრონული ვარსკვლავი, სიცარიელით მის გარშემო, ბრუნავს რა ღერძის გარშემო, პერიოდული იმპულსების წყარო ხდება. დროთა განმავლობაში ეს ბრუნვა ნელდება, შენელების ტემპის მიხედვით კი ამ ობიექტის მაგნიტური ველი შეიძლება შეფასდეს. სწორედ ასე აფასებენ რადიოპულსარების ველს. ეს მაჩვენებელი 1012 გაუსს უტოლდება, რაც ათეულობით მილირდჯერ მეტია დედამიწისა და მზის (ლაქებს გარეთ) მაგიტური ველის სიდიდეზე. ასევე ფასდება მაგნიტარების ასეულობითჯერ კიდევ უფრო ძლიერი ველი. ეს შეფასება მაგნიტური ველის მხოლოდ დიპოლურ კომპონენტს ეხება. საუბარია ყველსთვის კარგად ცნობილ მაგნ. ველზე: ორი პულუსით. ეს კომპონენტი სხვებზე უფრო ნაკლებად მცირდება დაშორების ზრდასთან ერთად. ობიექტის ზედაპირთან ახლოს, ველი კარგად ”ჩახუჭუჭებულ” სახეს იღებს. მაგალითად, დედამიწაზე არსებობს მაგნიტური ანომალიები, მზეზე — ლაქები, მძლავრი ველებით. ამ კომპონენტთა გაზომვა გაცილებით რთულია.
ერთად-ერთი კარგი საშუალება, რომლითაც მაგნიტური ველის ნებისმიერი კომპონენტის გაზომვა შეიძლება, არის ამ ველის ზეგავლენის გაზომვა ობიექტის სპექტრზე. ასტრონომებმა აქ მაღალ სიზუსტეს მიაღწიეს, თუმცა ასეულობით გაუსის ველებისთვის, ხოლო ზეძლიერი ველების გაზომვა უკიდურესად იშვიათად ხერხდება, რაც ნეიტრონული ვარსკვლავების სპექტრების თავისებურებით არის გამოწვეული. მჭიდრო ორმაგი სისტემების რენტგენის წყაროებისთვის (გრავიტაციულად დაკავშირებული ნეიტრონული და ჩვეულებრივი ვასკვლავი) ამ მონაცემის დადგენა ხერხდება, თუმცა ჩვენ, მარტოხელა ნეიტრონული ვარსკვლავები გვაინტერესებს.
XMM-ნიუტონი (ESA).
რენტგენის ზუსტი სპექტრის მისაღებად, რაც შეიძლება მეტი რაოდენობის ფოტონი უნდა შეგროვდეს. ყველაზე უკეთესად ამის გაკეთება ევროპულ – ” XMM-ნიუტონს” შეუძლია. სწორედ მისი საშუალებით შეისწავლეს ყველაზე უფრო უჩვეულო მაგნიტარი – SGR 0418+5729.
ბრუნვის შენელების მიხედვით, მოხდა მისი დიპოლური ველის შეფასება. აღმოჩნდა, რომ ეს მაჩვენებელი რადიოპულსარებისთვის არის დამახასიათებელი. უცნაურია, აქამდე აღმოჩენილ მაგნიტარებს ხომ გიგანტური დიპოლური ველები გააჩნდა. მეცნიერებმა ივარაუდეს, რომ საქმე ზედაპირთან მიპრესილი ველის სხვა კომპონეტებში უნდა ყოფილიყო. მათი გაზომვა კი ძალინ ძნელია. ” XMM-ნიუტონიდან” მიღებული დეტალური სპექტრის ანალიზით დადგინდა, რომ SGR 0418+5729-ას ზედაპირული ველი ძალიან ძლიერია. პირველად, ეს ზეზუსტი მონაცემები სწორედ ამ მარტოხელა უჩვეულო ობიექტისთვის დადგინდა. მაგნიტარი, მაგნიტარად დარჩა. მისი ზედაპირული მაგნიტური ველის დაძაბულობა ასეულობითჯერ, შეიძლება ათასეულობითჯერაც მეტი შეიძლება იყოს ჩვეულებრივი რადიოპულსარების ველის დაძაბულობაზე. რა მნიშვნელობა აქვს ამას?
1) დადგინდა, რომ მაგნიტარების აქტიურობა მათი ქერქქვეშა ძლიერი მაგნიტური ველებით არის განპირობებული. 2) დამტკიცდა, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავების აქტიურობა მაგნიტური ველის არადიპოლურ კომპონენტებს უკავშირდება, თან, ეს კომპონენტები დიპოლურ ველს ასეულობითჯერ აჭარბებს!
რაც შეეხება ჯერ არდამზერილ ობიექტებს. ეს უძველესი ნეიტრონული ვარსკვლავებია, რომელთა ბრუნვა იმდენად შემცირდა, რომ მათი მაგნიტური ველი ვარსკვლავთშორისი ნივთიერებების ზედაპირზე მოხვედრას ვეღარ ეწინააღმდეგება. ყოველი გრამი ნივთიერების დაცემა ნეიტრონული ვარსკვლავის ზედაპირზე, ენერგიის გამოფრქვევით მიმდინარეობს. ვარსკვლავთშორისი სივრციდან კი ნეიტრონული ვარსკვლავის ზედაპირზე ათეულობით ათასი ტონა მატერია შეიძლება დაეცეს. ასეთი ობიექტების დამზერა საშუალებას მოგვცემდა გაგვეგო, როგორ ევოლუციონირებენ ნეიტრონული ვარსკვლავები მილიარდობით წლის განმავლობაში.
წინა საუკუნის ოთხმოცდაათიანი წლების მეორე ნახევარში, ასტრონომებმა ახლოს მდებარე ნეიტრონული ვარსკვლავების აღმოჩენა დაიწყეს, მათი ზედაპირების სითბური გამოსხივებით (შესანიშნავი შვიდეული).
შესანიშნავი შვიდეულის ვარსკვლავები ჯერ კიდევ ცხელია. გაცივების ტემპი ამ ობიექტების წიაღის თვისებებზეა დამოკიდებული. ნეიტრონული ვარსკვლავების მაგნიტური ველის შემქმნელი დენები დროთა განმავლობაში მცირდებიან. ეს პროცესი მაგნიტარს გადააქცევს ობიქტად, რომელსაც რადიოპულსარისთვის დამახასათებელი ველი აქვს, ახსნის ზოგიერთი ნეიტრონული ვარსკვლავის შედარებით მაღალ ზედაპირულ ტემპერატურას. მაგნიტური ველის შემქმნელი დენები დროთა განმავლობაში მცირდებიან, ენერგიის გამოყოფა კი მათი ზედაპირის გაცხელებას ახდენს.
მოდელის მიხედვით, წარმოდგენილი გალაქტიკის შემადგენლობაში არსებული ნეიტრონული ვარსკვლავები სამ ტიპად შეგვიძლია დავყოთ: რადიოპულსარები, შესანიშნავი შვიდეულის ტიპის ობიექტები და მაგნიტარები. აღსანისნავია, რომ ისინი თავიდანვე რაღაც კონკრეტულ ობიექტებად არ დაბადებულან.
რენტგენის გამოსხივების კომპაქტური წყაროების დროც მოვიდა. ამ ნეიტრონული ვარსკვლავების მაგნუტური ველის სიმძლავრე ჩვეულებრივი პულსარებისაზე 100-ჯერ მცირეა. ისინი ცალკეული ტიპის ობიექტებივით გამოიყურებოდა, ყოველგვარი აქტურობის გარეშე, მხოლოდ ნათება, გაცივების ხარჯზე.
ზეახლის აფეთქების მერე, ნივთიერებათა ნაწილი ისევ კომპაქტურ ობიექტზე შეიძლება ჩამოცვივდეს. ძლიერი მაგნიტური ველის დროებით დასახშობად, მზის მასის მეათიათასედიც კი საკმარისია. რამდენიმე ათასი წლის მერე, თანდათანობით, ველი გარეთ იწყებს გამოღწევას. თუმცა პირველი ათასი წელი სუსტად გამოვლენილი სახით რჩება.
პოპულაციური მოდელი, ზემოთ ხსენებული ”გამოღწეული” ველით, ჯერჯერობით არ არსებობს. ცნობილი ობიექტების მაგალითზე საჭიროა მოხდეს კავშირის დამყარება ”დახშულ” ნეიტრონულ ვარსკვლავებსა და მაგნიტარებს შორის, დადგინდეს მათი საწყისი პარამეტრები.
ეჭვგარეშეა, რომ უახლოესი 10 წლის განმავლობაში, ნეიტრონული ვარსკვლავების დიდი გაერთიანების მოდელი, მეცნიერების ხელში იქნება.
ეჟექტორი (რადიო პულსარი)
ძლიერი მაგნიტური ველი და ბრუნვის მცირე პერიოდი – მაგნიტოსფეროს უმარტივეს მოდელში, მაგნიტური ველი მყარი სხეულივით ბრუნავს, ანუ იგივე კუთხური სიჩქარით, როგორც ნეიტრონული ვარსკვლავის სხეული. გარკვეულ რადიუსში RL = c/ω წრფივი სიჩქარე, სინათლისას უახლოვდება. ამას ”სინათლის ცილინდრის რადიუსს” უწოდებენ. ამ რადიუსის მიღმა, ჩვეულებრივი დიპოლიანი მაგნიტური ველი ვერ იარსებებს, ამიტომ იქ ველის ძალწირები წყდება. ძალწირების გასწვრივ მოძრავი დამუხტული ნაწილაკები წყვეტის ადგილზე ნეიტრონულ ვარსკვლავს ტოვებენ და ვარსკვალთშორის სივრცეში გადიან. ამ ტიპის ნეიტრონული ვარსკვლავი ”ეჟექტირებს (ინგლ. eject – ამოგდება, ამოფრქვევა), ლამის სინათლის სიჩქარით მოძრავ ნაწილაკებს გამოტყორცნის, რომლებიც რადიო დიაპაზონში ასხივებენ. ეჟექტორები, რადიო პულსარების სახით დაიმზირება.
”პროპელერი”
ბრუნვის სიჩქარე ნაწილაკების ეჟექციისთვის საკმარისი არ არის, ამიტომ ასეთი ვარსკვლვი ვერ იქნება პულსარი. მიუხედავად ამისა, ბრუნვის სიჩქარე ჯერ ისევ მაღალია, ხოლო მაგნიტური ველის მიერ ჩაჭერილი მატერია, რომელიც ნეიტრონულ ვარსკვლავს შემოფარგლავს, მის ზედაპირზე ვერ ცემა, ანუ ვერ აკრეცირებს. ასეთი ტიპის ნეიტრონულ ვარსკვლავებს დამზერადი გამოვლინებები პრაქტიკულად არ აქვს, ამიტომ მათი კარგად შესწავლა ვერ ხერხდება.
აკრეტორი (რენტგენული პულსარი)
ბრუნვის სიჩქარე იმდენად არის შემცირებული, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავისკენ მატერიის ვარდნას ხელს არაფერი უშლის. პლაზმის მდგომარეობაში გადასული, მაგნიტური ველის ძალწირებს მიყვება და პულუსებთან ახლოს ნეიტრონული ვარსკვლავის მყარ ზედაპირს ეჯახება, ათეულობით მილიონ გრადუსამდე ცხელდება და რენტგენის გამოსხივების ელვარე წყარო ხდება. შეჯახების ადგილს დაახლოებით 100 მეტრის ზომა აქვს. ვარსკვლავის ბრუნვის გამო, ეს კაშკაშა ლაქა თვალთახედვიდან პერიოდულად ქრება და რენტგენის გამოსხივების პულსაციების სახით დაიმზირება. მათ რენტგენულ პულსარებს უწოდებენ.
გეოროტატორი
ასეთი ნეიტრონული ვარსკვლავების ბრუნვის სიჩქარე წინაღობას არ წარმოადგენს აკრეციისთვის. მაგნიტოსფეროს ზომა კი ისეთია, რომ სანამ გრავიტაცია გამოიჭერდეს, პლაზმას, მაგნიტური ველი აჩერებს. ასეთი მექანიზმი დედამიწის მაგნიტოსფეროშიც დაიმზირება, ამიტომაც უწოდეს ნეიტრონული ვარსკვლავების ამ ტიპს გეოროტატორი.