Зоопарк нейтронных звезд Сергей Попов (ГАИШ МГУ) (

Основные обзоры Общее о НЗ: physics/ physics/ SGRs & AXPs: astro-ph/ Магнитары: oНаблюдения astro-ph/ astro-ph/ oТеория astro-ph/ astro-ph/ Центральные компактные рентгеновские источники в остатках сверхновых: astro-ph/ Великолепная семерка: astro-ph/ RRATs: astro-ph/ astro-ph/ Охлаждение НЗ: astro-ph/ astro-ph/ Труды ГАИШ том 72 (2003)

Предсказание... Нейтронные звезды были предсказаны в 30-е гг. Л.Д. Ландау: Звезда-ядро Бааде и Цвикки: нейтронные звезды и сверхновые (Ландау) (Бааде) (Цвикки)

Нейтронные звезды Радиус 10 км Масса 1-2 солнечной Плотность порядка ядерной Сильные магнитные поля

Старый зоопарк нейтронных звезд В 60-е гг. были открыты первые рентгеновские источники. Это были НЗ в тесных двойных системах, НО их «не узнали».... Сейчас известны сотни рентгеновских двойных с нейтронными звездами в нашей и других галактиках.

Открытие !!!! 1967: Джоселин Белл. Радиопульсары. Серендипическое открытие.

Jocelyn Bell

Пульсар в Крабовидной туманности

Новый зоопарк нейтронных звезд В последние 10 лет стало ясно, что нейтронные звезды могут рождаться очень разными, совсем непохожими на обычные радиопульсары типа Краба. oКомпактные рентгеновские источники в остатках сверхновых oАномальные рентгенов. пульсары oИсточники мягких повторяющихся гамма-всплесков oВеликолепная семерка oИсточники EGRET oТранзиентные радиоисточники

Компактные рентгеновские источники в остатках сверхновых Cas ARCW 103

Puppis A Один из самых известных компактных рентгеновских источников в остатках сверхновых. Возраст около 3700 лет. Возможно, что прародителем была очень массивная звезда (около 30 масс Солнца).

Магнитары dE/dt > dE rot /dt dE/dt > dE rot /dt По определению: расходуется энергия магнитного поля НЗ По определению: расходуется энергия магнитного поля НЗ P-Pdot P-Pdot Прямые измерения магн. поля (Ibrahim et al.) Прямые измерения магн. поля (Ibrahim et al.) Магнитные поля –10 15 Гс

Известные магнитары SGRs (МПГ) SGRs (МПГ) кандидаты +кандидаты AXPs (АРП) AXPs (АРП) CXO CXO U U E =5937 1E = RXS J RXS J XTE J XTE J E E AX J AX J E E (СТВ 109)

Магнитары в галактике 4 МПГ, 8 АРП, плюс кандидаты, плюс радиопульсары с большими магнитн. полями … 4 МПГ, 8 АРП, плюс кандидаты, плюс радиопульсары с большими магнитн. полями … Молодые объекты (около 10 4 лет). Молодые объекты (около 10 4 лет). Возможно около 10% всех НЗ. Возможно около 10% всех НЗ.

Исторические заметки 05 Марта Эксперимент Конус. Венера-11,12 (Мазец и др.) 05 Марта Эксперимент Конус. Венера-11,12 (Мазец и др.) Событие в БМО. SGR Событие в БМО. SGR Флюэнс: около эрг/см 2 Флюэнс: около эрг/см 2 Мазец и др. 1979

N49 - Остаток сверхновой в Большом Магеллановом Облаке (G. Vedrenne И др. 1979)

Основные типы активности МПГ Слабые всплески. L

Обычные (слабые) всплески МПГ и АРП Типичные всплески от SGR , SGR и от AXP 1E по данным RXTE (из статьи Woods, Thompson, 2004, astro-ph/ ) Типичные всплески от SGR , SGR и от AXP 1E по данным RXTE (из статьи Woods, Thompson, 2004, astro-ph/ ) (из статьи Woods, Thompson 2004)

Промежуточные всплески МПГ Примеры четырех промежуточных всплесков. Однако иногда четвертый (правый нижний) некоторые считают гигантским (из статьи Woods, Thompson) Примеры четырех промежуточных всплесков. Однако иногда четвертый (правый нижний) некоторые считают гигантским (из статьи Woods, Thompson) (из статьи Woods, Thompson 2004)

Гигантская вспышка SGR (27 Августа 1998) Данные со спутника Улисс (рис. из Hurley et al. 1999a) Данные со спутника Улисс (рис. из Hurley et al. 1999a) Импульс 0.35 сек Импульс 0.35 сек P=5.16 сек P=5.16 сек L> эрг/с L> эрг/с E TOTAL >10 44 эрг E TOTAL >10 44 эрг Hurley et al. 1999

МПГ: периоды и гигантские вспышки кандидаты P, сек Вспышки Март Авг Дек Июнь 1998 (?) См. обзор в Woods, Thompson astro-ph/

Аномальные рентгеновские пульсары Выделены в отдельную группу в 1995 г. (Mereghetti, Stella 1995 Van Paradijs et al.1995) Близкие периоды (5-10 секунд) Постоянное замедление Отсутствие оптических компаньонов Относительно слабая светимость Постоянная светимость

Известные АРП CXO U E RXS J XTE J E AX J E Источник Период, сек

Показаны профили импульсов нескольких АРП и МПГ

МПГ и АРП – близнецы-братья? Вспышки от АРП Вспышки от АРП Спектральные свойства Спектральные свойства Неактивные периоды у МПГ ( с 1983) Неактивные периоды у МПГ ( с 1983) Gavriil et al. 2002

Теория магнитаров Thompson, Duncan ApJ 408, 194 (1993) Thompson, Duncan ApJ 408, 194 (1993) Конвекция в молодой НЗ приводит к генерации сильного магнитного поля Конвекция в молодой НЗ приводит к генерации сильного магнитного поля Перестройка структуры магнитного поля Перестройка структуры магнитного поля (Рисунки с веб-страницы Дункана)

Генерация магнитного поля Механизм генерации магнитных полей нейтронных звезд остается неизвестным. Турбулентное динамо α-Ω динамо (Duncan,Thompson) α 2 динамо (Bonanno et al.) или их комбинация В любом случае критическим параметром является начальный темп вращения нейтрон. звезды.

Альтернативная теория Остаточный диск Остаточный диск Mereghetti, Stella 1995 Mereghetti, Stella 1995 Van Paradijs et al.1995 Van Paradijs et al.1995 Alpar 2001 Alpar 2001 Marsden et al Marsden et al Проблемы ….. Проблемы ….. Как сгенерировать сильные всплески? Как сгенерировать сильные всплески?

Измерения магнитного поля Прямые измерения магнитного поля МПГ Прямые измерения магнитного поля МПГ Замедление вращения Замедление вращения Длинные периоды вращения Длинные периоды вращения Ibrahim et al. 2002

Гигантская вспышка источника МПГ 27 декабря 2004 гигантская вспышка SGR была зарегистрирована множеством спутников: Swift, RHESSI, Konus-Wind, Coronas-F, Integral, HEND, … 27 декабря 2004 гигантская вспышка SGR была зарегистрирована множеством спутников: Swift, RHESSI, Konus-Wind, Coronas-F, Integral, HEND, … В 100 раз ярче, чем все предыдущие! В 100 раз ярче, чем все предыдущие! Palmer et al. astro-ph/

Integral RHESSI CORONAS-FCORONAS-F

27 Дек 2004 Гигантская вспышка SGR Импульс 0.2 сек Импульс 0.2 сек Флюэнс 1 эрг/см 2 Флюэнс 1 эрг/см 2 E(имп)= эрг E(имп)= эрг L(имп)= эрг/с L(имп)= эрг/с Длинный «хвост» (400 с) Длинный «хвост» (400 с) P=7.65 с P=7.65 с E(хвост) эрг E(хвост) эрг Расстояние 15 кпк Расстояние 15 кпк

Данные Konus-Wind SGR Дек 2004 Мазец и др. 2005

Миф о Медузе

Связь с массивными звездами Westerlund 1 Есть основания полагать, что магнитары (АРП и МПГ) связаны с массивными звездами.

Популяция одиночных нейтронных звезд: в Галактике и по соседству ОНЗ могут проявляться как источники разных типов ОНЗ могут проявляться как источники разных типов –Радиопульсары –Аномальные рент. пульсары –Источники МПГ –Центр. Источники в ОС –Радиотихие нейтр. звезды Местная популяция молодых одиночных нейтронных звезд Радиопульсары Геминга+ Радиотихие НЗ

Близкие радиотихие НЗ Открытие: Walter et al. (1996) Открытие: Walter et al. (1996) Собственное движение и расст: Kaplan et al. Собственное движение и расст: Kaplan et al. Нет пульсаций Нет пульсаций Тепловой спектр Тепловой спектр Позже: Позже: шесть братьев шесть братьев RX J

Родственники магнитаров? Источник Период,сек RX RX RBS RBS RX RX RBS Радиотихие Близкие Молодые Тепловое излучение Длинные периоды Великолепная семерка

ROSAT ROentgen SATellite Запущен 01 июня 1990г. Программа была успешно завершена 12 февраля 1999 г. Немецкий спутник (при участии США и Великобритании).

Движение RX J Про этот объект мы теперь знаем уже много, однако он не слишком похож на шесть других.

Солнечная окрестность Солнечная окрестность является нетипичной областью Солнечная окрестность является нетипичной областью Пояс Гулда Пояс Гулда R= пк R= пк Возраст: милл. лет Возраст: милл. лет СН за миллион лет (Grenier 2000) СН за миллион лет (Grenier 2000) Местный пузырь (Local Bubble) Местный пузырь (Local Bubble) До 6 СН за несколько миллионов лет До 6 СН за несколько миллионов лет

Пояс Гулда Poppel (1997) Poppel (1997) R=300 – 500 пк R=300 – 500 пк Возраст миллионов лет Возраст миллионов лет Диск с центром в пк от Солнца Диск с центром в пк от Солнца Наклон по отношению к плоскости Галактики около 20 градусов Наклон по отношению к плоскости Галактики около 20 градусов 2/3 массивных звезд в 600 пк от Солнца относятся к Поясу 2/3 массивных звезд в 600 пк от Солнца относятся к Поясу

Пространственное распределение (Popov et al Ap&SS 299, 117) More than ½ are in +/- 12 degrees from the galactic plane. 19% outside +/- 30 o 12% outside +/- 40 o

Популяция близких молодых нейтронных звезд Великолепная семерка Великолепная семерка Геминга и 3EG J Геминга и 3EG J Четыре радиопульсара с тепловым излуч. (B ; B ; B ; B ) Четыре радиопульсара с тепловым излуч. (B ; B ; B ; B ) Семь более старых радиопульсаров, для которых тепловое излучение не было зарегистрировано Семь более старых радиопульсаров, для которых тепловое излучение не было зарегистрировано

Неотождествленные источники EGRET Grenier (2000), Gehrels et al. (2000) Неотождествленные источники формируют несколько групп. Одна из них показывает пространственное распределение, подобное объектам, входящим в Пояс Гулда. Предполагается, что GLAST (а также, возможно, AGILE) смогут внести ясность в этот вопрос. Тема активно изучается (например, работы Harding, Gontier)

Открытие быстрых радиотранзиентов McLaughlin et al. открыли новый тип источников – RRATs (Rapid Radio Transients). Быстрые рентгеновские транзиенты. У нескольких источников обнаружены периоды порядка нескольких секунд. Источники были открыты в 2005 г. в ходе Парксовского (Parkes) обзора Галактической плоскости. Эти источники могут быть родственниками Великолепной семерки. Планируются радионаблюдения Великолепной семерки. В Пущино уже было обнаружено радиоизлучение от одного из «братьев».

P-Pdot диаграмма для RRATs McLaughlin et al Nature Оценки показывают, что в Галактике должно быть около источников этого типа Молодые или старые???

Заключение Несколько групп источников: Несколько групп источников: Центр. комп., В7, Центр. комп., В7, МПГ, АРП... МПГ, АРП... Магнитары (?) Магнитары (?) Значительная доля всех новорожденных НЗ Значительная доля всех новорожденных НЗ Вопросы: Вопросы: 1. Есть ли связь? 1. Есть ли связь? 2. Причины различий 2. Причины различий

Dorothea Rockburne

ВОТ И ВСЕ! СПАСИБО!