Сергей Попов - Суперобъекты. Звезды размером с город

Уже в тот момент, когда появилась первая магнитарная концепция, встал вопрос, откуда берутся эти сильные магнитные поля. Поскольку если все-таки нормой являются обычные радиопульсары, то нужно придумать механизм, как усилить поля еще на два порядка. Такой сценарий был предложен уже в первых работах Томсона, Дункана и их соавторов. Он основан на работе динамо-механизма.

Наглядно идея выглядит так. Мы все представляем себе магнитные поля как силовые линии, как некие «шнуры», торчащие из магнита. Любой шнур можно перекрутить и сложить. Тогда в нашей области шнур будет упакован плотнее. То же самое с магнитным полем – оно станет в два раза сильнее, если вы проделаете такую штуку с силовыми линиями. Для этого нужно, чтобы поле было хорошо связано с веществом, а вещество совершало трехмерное движение. В случае магнитаров это возможно, когда нейтронная звезда, во-первых, очень быстро вращается, а во-вторых, она еще жидкая, и в ней возможна конвекция. Тогда конвекция и вращение в протонейтронной звезде могут приводить к тому, что магнитные поля будут усиливаться динамо-механизмом. Это хорошая идея, но она сталкивается с очень большой проблемой – трудно объяснить, почему же нейтронные звезды столь быстро вращаются вначале. Необходимо вращение в десятки раз быстрее, чем в среднем бывает при рождении у обычных пульсаров. Что же может заставить новорожденную нейтронную звезду так быстро вращаться?

Ее вращение, конечно же, связано с тем, как вращалась звезда-прародитель. И есть способ дополнительно раскрутить обычную звезду. Это возможно, если она входит в двойную систему. Тогда взаимодействие со звездой-соседкой может привести к тому, что звезда-прародитель магнитара будет вращаться в несколько раз быстрее, чем ей положено, и потом может возникнуть быстровращающаяся нейтронная звезда, которая сможет усилить свое магнитное поле и превратиться в магнитар. Пока, к сожалению, непонятно, работает этот механизм, или нет, но по крайней мере есть хорошая такая логическая цепочка, которая приводит к образованию нейтронных звезд с очень сильными магнитными полями как раз примерно в 10 % случаев. И есть наблюдения, которые говорят, что по крайней мере в некоторых случаях магнитары родились из звезд, которые на одной из стадий своей эволюции дополнительно раскрутились в двойных системах.

Первые магнитары были связаны с источниками мягких повторяющихся гамма-всплесков или с аномальными рентгеновскими пульсарами. И казалось, что это два совершенно отдельных семейства, стоящих в стороне от всех других нейтронных звезд. Однако чем дольше мы наблюдаем, тем больше видим связей между разными нейтронными звездами. Вначале было надежно установлено родство между аномальными рентгеновскими пульсарами и источниками мягких повторяющихся гамма-всплесков. Во-первых, практически все источники мягких повторяющихся гамма-всплесков между всплесками выглядят как аномальные рентгеновские пульсары. Во-вторых, когда понаблюдали за аномальными рентгеновскими пульсарами достаточно долго, увидели, что они вспыхивают, как источники мягких повторяющихся гамма-всплесков.

Более удивительные события ждали ученых дальше. У классических магнитаров никогда не наблюдалось радиоизлучения, подобного радиопульсарному. И несколько специалистов потратили годы жизни для того, чтобы это объяснить, и объяснили… Но потом такое радиоизлучение зарегистрировали. То есть магнитар становился радиопульсаром. А совсем недавно, в 2008 году, удалось увидеть обратный переход – как радиопульсар превратился в источник мягких повторяющихся гамма-всплесков. Значит, понадобится придумывать какой-то эволюционный механизм, который мог бы превращать объекты одного типа в другие.

Кроме обычных магнитаров, демонстрирующих очень быстрое замедление периода вращения, что связывают с большими дипольными магнитными полями, недавно стали обнаруживать вспыхивающие нейтронные звезды с медленно меняющимися периодами. Они демонстрируют всплески, как у источников мягких повторяющихся гамма-всплесков. Их периоды вращения такие же. Но оценка магнитного поля по росту периода дает значение порядка пульсарного. То есть магнитное поле раз в сто меньше. Таких источников известно уже несколько, и противники магнитарной модели очень обрадовались. Однако магнитары выстояли.

Мы уже говорили, что за изменение периода вращения отвечает дипольное поле. Но у нейтронной звезды могут быть и другие компоненты поля. По мере удаления от поверхности они быстро спадают, поэтому их роль мала на большом расстоянии от компактного объекта. Зато вблизи они могут быть важны. Для поддержания этих сильных, как говорят, мультипольных полей тоже необходим сильный электрический ток. Значит, наша нейтронная звезда все равно является магнитаром. В ее коре будет происходить выделение энергии тока, поэтому поверхность будет горячей. Из-за перезамыкания могут происходить вспышки и т. д. Но слабое дипольное поле не даст периоду быстро расти.