Сергей Попов - Суперобъекты. Звезды размером с город

Есть и вторая причина, так как, по всей видимости, первой недостаточно, чтобы объяснить происхождение поля у самых экстремальных нейтронных звезд. Для образования магнитных полей наиболее замагниченных нейтронных звезд, таких как магнитары, нужен какой-то специальный механизм усиления магнитного поля. Как он работает, мы пока не знаем, но, по всей видимости, он есть, и это важная задача – определить его и описать на языке физической теории.

Итак, магнитное поле – это уже хороший параметр, потенциально подверженный интересным вариациям. Хотя в течение долгого времени казалось, что его эволюция тоже должна быть простой. Самая простая эволюция – это отсутствие эволюции. Параметр всегда остается постоянным. Чуть более сложная эволюция – это монотонное уменьшение, затухание. Мы привыкли видеть все распадающимся, если нет каких-то источников энергии или чего-то еще, что компенсирует регресс.

Здесь надо вспомнить, откуда вообще берутся магнитные поля. Нейтронная звезда – это не магнит в обычном смысле, т. е. не железка, синяя с одной стороны и красная с другой. Магнитное поле обычного магнита связано с молекулярными токами. У нейтронных звезд магнитные поля порождаются крупномасштабными токами. То есть, говоря о магнитных полях, мы должны себе представлять, что где-то внутри нейтронной звезды текут очень мощные токи, которые генерируют это самое магнитное поле. И здесь уже открывается простор для фантазии теоретиков, потому что, оказывается, токи можно делать сильнее и слабее, можно придумать процессы, которые будут эти токи менять. Хотя общий ход изменений, конечно, все равно направлен к уменьшению величины токов, но они могут сложно эволюционировать. Может меняться не только их величина, но и структура. Кроме того, магнитное поле можно экранировать. Если мы окружим нейтронную звезду оболочкой, своеобразным экраном, из какого-то проводящего материала, то снаружи мы можем не увидеть магнитное поле или видеть его существенно ослабленным, и это тоже, как ни странно, может работать в астрофизике. Таким образом, сейчас начала складываться картина Великого объединения нейтронных звезд, где все основные идеи завязаны на эволюцию магнитного поля. Оказалось, что это действительно очень хороший параметр.

Магнитные поля очень разные у объектов разных типов: у магнитаров побольше, у пульсаров поменьше, у центральных компактных объектов в остатках сверхновых еще меньше. Кроме того, магнитное поле может иметь, как говорят, разную топологию, сильно упрощая – разную форму. Может быть очень простое поле, как вот та самая «бабочка» у школьного магнита, а могут быть, например, маленькие петельки сильного поля вблизи поверхности. Получается, что вдали мы видим поле не очень сильное, а вблизи поверхности оно очень большое. Или поле может быть каким-нибудь скрученным-перекрученным, и оно будет приводить к процессу дополнительного выделения энергии. Благодаря этому стало возможным объяснить, откуда берутся транзиентные магнитары – у них эволюционирует магнитное поле. Иногда одна из компонент магнитного поля усиливается, а потом вдруг его энергия начинает активно выделяться. Грубо говоря, начинают происходить короткие замыкания в нейтронной звезде, и звезда порождает серию вспышек. Закончился этот эпизод активности – поле опять в среднем стало меньше, и объект может быть виден как, например, обычный радиопульсар.

В последние годы астрофизики обратили внимание на один эволюционный механизм, который мы уже упоминали выше. Он позволяет добавить, вероятно, последнюю существенную связь между разными типами нейтронных звезд. В этом сценарии можно увеличивать наблюдаемое в основных астрофизических процессах магнитное поле компактных объектов.

Идея состоит вот в чем. Как рождается компактный объект? Жила-была массивная звезда. В конце ее жизни произошел взрыв сверхновой. Внешние слои улетели, железное ядро сжалось – образовалась нейтронная звезда. Все хорошо, но не все сбрасываемые слои могут улететь бесконечно далеко. Гравитация у компактного остатка все равно достаточно сильная, кроме того, ударные волны помогают замедлить разлетающееся части звезды, и часть вещества может упасть обратно. Падающее вещество – это очень хороший проводник электричества. Магнитное поле создает в проводящем слои такие токи, которые компенсируют поле для внешнего наблюдателя. Возможна такая ситуация, когда вещества на нейтронную звезду падает достаточно много, чтобы прижать магнитное поле к поверхности. Тогда получается забавный объект. Внутри у вас может быть нейтронная звезда с очень большим полем или, можно сказать, с очень большими текущими в ней токами, но снаружи все это завалено толстым слоем проводящего вещества, и наблюдатель на бесконечности видит объект с очень маленьким полем. Такая звезда очень плохо замедляется, никакой бурной активности не наблюдается: мы просто видим десятикилометровый шарик, который светится в соответствии со своей температурой где-нибудь около миллиона градусов, – и все. Нам он представляется спокойным объектом. Но там внутри может быть что угодно, включая магнитар.