ნეიტრონული ვარსკვლავების დიდი გაერთიანება

 თანამედროვე ასტრონომია, არსებითად, ასტროფიზიკაა, ანუ ფიზიკის ნაწილი. მაგრამ არა ყველა ობიექტი ერთნაირად საინტერესოა 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 იჩენენ კვანტური მოვლენები. თუ ამ შესქელებულ გაზს უკიდურესად შევკუმშავთ, შავი ხვრელი წარმოიქმნება. გარკვეული თვისებები და საინტერესო ფიზიკა ჩვენთვის მიუწვდომელი გახდება.

 ნეიტრონული ვარსკვლავები, ცნობილთა შორის, ყველაზე უფრო კომპაქტური ობიექტები არიან. ისინი ერთბაშად, ფარდობითობის ზოგადი თეორიით, კვანტური ელექტრიდინამიკითა და კვანტური ქრომოდინამიკით აღიწერებიან. ეს ხომ მაკროსკოპული ობიექტებია, რომლებშიც ნივთიერება ძალიან მაღალ სიმკვრივემდეა შეკუმშული, ატომურზე ათჯერ მეტად. ლაბორატორიულ პირობებში ასეთი მატერიის მიღება ჩვენ არ შეგვიძლია და კიდევ დიდი ხანი ვერ შევძლებთ. ამიტო, 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 მაგნეტარის, ახალგაზრდა ნეიტრონულ ვარსკვლავზე მომხდარი ანთება. სხვა ნეიტრონულები, მილიონ გრადუსამდე გავარვარებულნი, 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 გამოიყურებიან 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 წყარო. ზოგიერთი მათგანი, როგორც ჩვეულებრივი რადიოპულსარი. ზოგიც მძლავრ გამა-ანთებებს წარმოქმნის. სხვები ძლიერ რენტგენს ასხივებენ, 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 მაღალი რენტგენის გამოსხივებით(ანომალური რენტგენული პულსარები) – ნათესავები არიან. ბევრ ანომალურ პულსარზე რენტგენის ანთებები რეგისტრირდებოდა, ხოლო განმეორებად ანთებებში ანთებებსშორისი მაღალი რენტგენული ნათობა დაარეგისტრირეს. ახლა ორივე მათგანს მაგნიტარებს მიაკუთვნებენ, მათი ენერგიის წყარო ზეძლიერი მაგნიტური ველია(ან ძლიერი დენები ვარსკვლავის წიაღში, რომელიც ამ ძლიერ მაგნიტურ ველს წარმოქმნის). პულსარული გამოსხივება ანომალური რენტგენული 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 ავლენენ. 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 არ ხდება. 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 ჰაუსს უტოლდება, რაც ათეულობით მილირდჯერ მეტია დედამიწისა და მზის(ლაქებს გარეთ) მაგიტური ველის სიდიეზე. ასევე ფასდება მაგნიტარების ასეულობითჯერ კიდევ უფრო მეტი 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.

მუდმივი მაგნიტის ველი და პოლუსები.

 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 ჰაუსის ველებისთვის, ხოლო ზეძლიერი ველების გაზომვა უკიდურესად იშვიათად ხერხდება, რაც ნეიტრონული ვარსკვლავების სპექტრების თავისებურებით არის გამოწვეული. მჭიდრო ორმაგი სისტემების რენტგენული 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 თანამგზავრს – ” XMM-ნიუტონი”, შეუძლია. სწორედ მისი საშუალებით შეისწავლეს ყველაზე უფრო უჩვეულო მაგნიტარი – SGR 0418+5729.

ბრუნვის შენელების მიხედვით, მისი დიპოლური ველის შეფასება მოხდა. აღმოჩნდა, რომ ეს მაჩვენებელი რადიოპულსარებისთვის არის დამახასიათებელი. უცნაურია, აქამდე აღმოჩენილ მაგნიტარებს ხომ გიგანტური დიპოლური ველები გააჩნდათ. 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. ეს ზეზუსტი მონაცემები პირველად, 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 გამოწვეული. 2) დამტკიცდა, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავების აქტიურობა მაგნიტური ველის არადიპოლურ კომპონენტებს უკავშირდება, თან, ეს კომპონენტები დიპოლურ ველს ასეულობითჯერ აჭარბებენ!


ველას პულსაცია.

 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 გამოიყურებოდნენ, ყოველგვარი აქტურობის გარეშე, მხოლოდ ნათება, გაცივების ხარჯზე. თუმცა შემდეგ საინტერესო იდეა გაჩნდა.


ზეახლის აფეთქების ვერსიები – ვარსკვლავის აფეთქება მასის მატებით, ნეიტრონული ვარსკვლავის შერწყმა კომპანიონ ვარსკვლავთან, ცისფერი ზეგიგანტის აფეთქება.

 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.

 

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *