Небесните тела и космическото „намагнитване”

Астрономите отдавна изследват небесните тела и техните размери. От всички странни обекти в космическото пространство най-тайнствени си остават неутронните звезди, пулсарите и магнетарите.

Обикновено магнитните полета се асоциират с планети и звезди. Но и галактиките имат такива полета. Магнитните полета играят голяма роля в явленията от космически мащаб.

Те старателно са се потрудили по време на формирането на Слънцето и неговото обкръжение, поддържат стабилността на галактичните структури, въздействат на космическите лъчи и управляват потресаващи по мощност процеси в неутронните звезди и техните околности.

Космическият магнетизъм управлява на всички нива от организацията на нашата Вселена.

През 1949 година американските астрономи Уилям Хилтнер и Джон Хол открили слаба поляризация на звездната светлина в нашата галактика. В търсене на причината за това явление Хилтнер свързал тази поляризация с действието на магнитното поле върху праховите частици.

Година по-късно колегите на Хилтнер Левърет Дейвис и Джеси Грийнстейн оценили величината на това поле. По-късно Хилтнер открил същия ефект в галактиката М31 (Андромеда) и така положил началото на изучаването на космическия магнетизъм.

„Намагнитването“ на космическото пространство се определя по няколко начина. Първият – по степента на поляризация на звездната светлина. Звездното лъчение изначално е поляризирано изотропно, но вълните с различна поляризация се разсейват различно върху частиците космически прах, които се въртят около магнитните силови линии – вълната с линейна поляризация, чийто вектор е перпендикулярен на магнитното поле, се поглъща по-силно от останалите.

Такъв метод работи добре в спиралните галактики, но не и в елиптичните, където прахът е много малко. Величината и посоката на галактичните магнитни полета може да се оценят и чрез анализ на синхротронното излъчване на релативистките електрони, които се навиват около магнитните силови линии. Такива електрони се доставят от свръхнови звезди, които рядко избухват в елиптичните галактики.

За величината на тези полета може да се съди и по разделянето на спектралните линии на водородните атоми, обусловено от ефекта на Зееман, но в елиптичните галактики водородът отново не е много.

Магнетизмът и звездното рождение

Галактичните магнитни полета са свързани и с процесите на раждане на звезди. Отдавна е известно, че звездите възникват в резултат на гравитационно сгъстяване на студени и сравнително плътни облаци космически газ. Такива облаци, във всеки кубически сантиметър от които се съдържат от десетки до милиони частици, понякога се простират на стотици светлинни години.

Особено плътните и обширни облаци могат да дадат началото на стотици и дори хиляди звезди. Процесите по раждането на звезди очевидно завършва доста бързо, максимум за 10-15 милиона години. Но детайлите на този процес още не са ясни.

Почти всички астрофизици са съгласни с това, че типичната звезда възниква на четири етапа. Първоначално газовият (или газово-праховият) облак се фрагментира и в него се образуват области вещество с повишена плътност. След това всяко от тези сгъстявания се свива от силата на привличане, като гравитационният колапс започва в центъра на сгъстяването и се разпространява по периферията. Така се формират сферичните протозвезди, заобиколени от въртящи се плоски дискове.

Но протозвездата няма да стане светило, докато не заимства от диска изрядна част от неговото вещество. Ако това се е случило (това вече е третият стадий), протозвездата бързо придобива допълнителна маса, още повече се свива и силно нагрява собственото си ядро. В края на краищата неговата температура достига няколко милиона градуса и започва термоядреното горене на водорода. Протозвездата се превръща в звезда.

Както разказва професорът по астрономия от Мерилендския университет Ева Острикър, галактическите магнитни полета играят немаловажна роля в тези процеси. За да акретира (пада) веществото в диска върху протозвездата, то трябва да загуби част от своя въртящ момент. Точно това се подпомага от магнитното поле. Вече на стадия на образуване на диска то изкривява пътя на протоните, които се сблъскват с неутралните молекули и също изменят техните траектории.

Тази магнитна спирачка води до възникването на вътрешно триене, намаляващо въртящия момент. По-късно, когато дискът придобие форма, въртенето се забавя от друг физически механизъм – магниторотационна неустойчивост, която свързва вътрешните и външните пояси на диска и кара първите да се въртят бавно, а вторите – бързо.

Живот след смъртта

Животът на звездите от главна последователност завършва с превръщането им в компактни обекти – бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки. Последните нямат собствено магнитно поле, имат само маса, ъглов момент и електричен заряд, но при останалите магнитните полета могат да достигнат фантастични стойности.

Бялото джудже се образува след гравитационен колапс на изчерпваща горивните запаси звезда, която на младини е имала максимум 8-10 слънчеви маси. От откритите в нашата галактика 2500 бели джуджета повече от 90% не притежават поддаващо се на измерване магнитно поле. Затова пък останалите са намагнитени доста силно – от 0,5 до 500 МГс.

Те дължат това на колапса на вече намагнитената майчинска звезда, която плътно свива нейните магнитни силови линии и така хиляди пъти усилва магнитното поле.

Пулсарите

Пулсарите са звезди в края на своята еволюция, наричани още неутронни, и се раждат при избухването на свръхнови звезди, 10-20 пъти по големи от Слънцето. Плътността на веществото в центъра на неутронните звезди е огромна – съпоставката е, чe обемът на кубче захар от нейната материя е равна на масата на цялото човечество.

Неутронните звезди се въртят с невероятна скорост, способна да достигне 1000 оборота в секунда. При всяко свое завъртане неутронната звезда излъчва поток светлина. Обект, който е попаднал в обхвата на гравитационното поле на звездата, ще бъде привлечен и ще се сблъска със звездата със скорост от 150 000 км/с.

Магнетари

Магнетарите са вид неутронни звезди с диаметър от порядъка на 20 км с много мощно магнитно поле.

Магнтното им поле е толкова силно, че могат да изтрият информацията на всички кредитни карти на Земята от разстояние 200 000 км, магнитното им поле е 1 млн. пъти по-силно от това на нашата планета.

Учените Дънкан и Томпсън изчисляват, че магнитното им поле достига до 1015 гауса. Магнетарите са гигантски електромагнитни генератори и човек в космически кораб, прелитащ покрай подобен обект, ще почувства въздействието на 100 млрд. волта между главата и краката си. Учените засега са открили около 10 магнетара.

Звезди

Сред най-големите звезди, откривани досега, е W26. Радиусът на небесното тяло, получило това обозначение, 1500 пъти надхвърля този на Слънцето. W26 се намира в съзвездието Олтар (Жертвеник), разположено на 16 000 светлинни години от Земята.

Звездата се отнася към класа на т.нар. червени свръхгиганти и в групата на масивните звезди тя се класифицира като светлинен свръхгигант с температура около 3000 К.

Друг пипергигант е звездата VY Canis Majoris, разположена в Млечния път на приблизително 5000 светлинни години (1,5 килопарсека) от Слънчевата система в съзвездието Голямо куче. VY Canis Majoris e хипергигант, но скоро ще се превърне в свръхнова. Животът ѝ като свръхнова ще трае няколко седмици, след това, ако първоначалната маса на звездата е над 20 слънчеви маси, тя може да завърши като черна дупка.

Големината на тази звезда е 2 923 200 000 км и е около 2000 пъти по-голяма от Слънцето. Можем да си представим това например така: ако летим със самолет около нея със скорост 900 км/ч, ще ни трябват 1100 години да я заобиколим. Тези хипергиганти не живеят дълго.

Галактики

Нашият Млечен път е голяма галактика с радиус около 100 000 светлинни години. Толкова е голяма, че ако светнем с фенер от единия край, ще видим светлината на другия край чак след 100 000 години. Но нашата галактика е нищожна в сравнение с най-голямата галактика, откривана досега. Нарича се IC 1101.

Тя е от типа лещовидни галактики (междинен вариант между елиптичните и спиралните), с диаметър около 6 милиона светлинни години и е 60 пъти по голяма от нашата. Намира се на около 1 млрд. светлинни години от Земята в съзвездието Змия. Образувала се е, като милиарди години с нея са се сливали други по-малки галактики.

Ако нашият Млечен път, както се предполага, има стотици милиарди звезди, то галактиката IC 1101 има около 250 пъти повече, това означава, че центърът на IC 1101 има една от най-големите свръхмасивни черни дупки във Вселената.

В такива огромни стари галактики вече почти не се раждат звезди.

Квазари

Квазарите са доста редки небесни тела. Те определено си остават едни от най-големите небесни тела, откривани досега. Квазарите излъчват огромно количество енергия и може да са няколко милиарда пъти по-ярки от Слънцето.

Смята се, че източникът на тяхната енергия са огромни черни дупки в центъра на галактиките. Понеже тяхната яркост е много голяма, те закриват светлината на останалите звезди в същата галактика.

Въпреки своята огромна яркост, квазарите не се виждат с просто око заради огромното разстояние, което ни разделя от тях. Енергията на квазарите пътува милиарди години, докато достигне до Земята. По тази причина изучаването на квазарите може да даде на астрономите информация за ранното състояние на Вселената.

Последните изследвания показват, че температурата на повърхността на квазарите е около 16 000 градуса, а техният диаметър е 400 милиарда километра – по-големи от цели слънчеви системи или малки галактики.

Учените предполагат, че материята в тях е в плазмено състояние, като от нея се раждат новите галактики. Освен че са най-големите тела, те са и най-бързите, движат се със скорост почти една трета от тази на светлината.