Реферати

Реферат: Вплив магнітного поля

Криміналістична тактика. Вивчення криміналістичної тактики і тактики окремих слідчих дій. Особливості планування розслідування злочинів. Тактика слідчого огляду й огляду, затримки і допиту, обшуку і виїмки, перевірки показань на місці.

Операції на ринку нерухомості. Вивчення ринку нерухомості й операцій, чинених на ньому. Державні органи керування і регулювання операцій з нерухомістю. Функції в операціях з нерухомістю комітету з земельних ресурсів і землевпорядження і бюро технічної інвентаризації.

Хард-рок. Джерела. Розвиток. Сутність. Небагато з історії "першої скрипки" у рок-групі. "The Beatles". Джерела долі. Rolling Stones (" камені, ЩоКотяться,") ю.

Правовий режим особливо охоронюваних територій і об'єктів у Республіці Бєларус. Аналіз законодавства в області державного керування, правопользования і відповідальності про особливо охоронювані природні території. Державні органи, що здійснюють контроль і нагляд. Види відповідальності за порушення законодавства.

Дозвіл трудових суперечок. Визначення підвідомчості трудових суперечок. Грошовий позов у рахунок зіпсованого майна. Заперечування наказу Міністерства по податках і зборам РФ, що встановлюють порядок реєстрації як підприємця і вимоги до документів, що представляються.

Магнітне поле в кільцевому шихтованном сердечникові з анізотропними властивостями

Сучасну електроенергетику відрізняють різноманітністю конструктивних виконань і режимів роботи силових електротехнічних пристроїв (СЕУ), високі питомі навантаження всіх елементів останніх, використання для феромагнітних шихтованних сердечників (ШС) кращих марок холоднокатаних листових електротехнічних сталей (ЛЕС) з властивою ним анізотропією магнітних властивостей (АМС) [1]. У цих умовах застосування традиційних методик електромагнітних розрахунків стає скрутним через появу додаткових погрішностей, зумовлених не обліком фактичного характеру розподілу вектора магнітної індукції в анізотропному магнитопроводе. Постійне прагнення до оптимізації конструктивних рішень, розширення можливих режимів роботи роблять необхідним залучення до розрахунку апарату електромагнітного поля [2, 3].

Як показують наукові дослідження, стримуючим чинником застосування прогресивних методик стає відсутність необхідного набору довідкової інформації на магнітні властивості електротехнічних сталей і зокрема векторних характеристик намагнічення [4], де - вектор напруженості магнітного поля (МП).

Для обгрунтування необхідності обліку векторного характеру магнітної анізотропії використовуємо метод математичного моделювання на прикладі ШС кільцевої форми, де вплив стиків виключений, а магнітна анізотропія виявляється в найбільш явній формі.

Для визначення магнітного поля в кільцевому анізотропному ШС вирішуємо крайову задачу при заданому магнітному потоку, відповідному амплітуді перемагничивания, в циліндричній системі координат відносно векторного магнітного потенціалу. Остаточне розрахункове диференціальне рівняння в приватних похідних має вигляд:

(1)

де; - нелінійні питомі магнітні опори визначувані через відповідні проекції і на осі х і у, співпадаючі з осями магнітної анізотропії, відповідно, j = 0 і 90о. Символ z при векторному потенціалі опущений.

Рівняння (1) є нелінійним і аналітичного рішення не має. Рішення останнього може бути отримано одним з відомих чисельних методів.

Рис. 1. Принцип вимірювання напруженості магнітного поля в різних точках по радіальній координаті кільцевого сердечника.

На основі чисельного методу кінцевих різниць проводиться розрахунок магнітного поля кільцевого ШС в функції відношення радіусів r, міри АМС До [4], і амплітуди середньої по перетину магнітної індукції ВМср. При моделюванні варіювалося відношення радіусів r, міра АМС До і рівень насичення характеристики намагнічення. Результати моделювання показали, що із зростанням До істотно зростає неоднорідність МП в області кільцевого сердечника, де напрями вектора безпосередньо прилягають до осі легкого намагнічення ЛЕС, причому характер розподілу якісно відрізняється від випадку До = 1 (изотропного матеріалу). Збільшення посилює цю неоднорідність МП в сердечникові. При значних насиченнях, остання наближається до розподілу в изотропном кільцевому сердечникові.

Рис. 2. ЗавісимостіВ*(r) в кільцевому сердечникові з сталі 2412, в кутових положенияхj= 0 і 90oв ненасичених режимах (Вмср£0,8 Тл). RвиRн- внутрішній і зовнішній радіуси; У* =Вм/Вмср- відносне значення магнітної індукції.

При моделюванні МП в кільцевому ШС приймається ряд допущень, які могли вплинути на точність розрахунку. Для математичної моделі і обгрунтування правомірності прийнятих допущень проведені спеціальні експериментальні дослідження на кільцевих ШС, виготовлених з холоднокатаних ЛЕС 3413 і 2142 з різними рівнями магнітної анізотропії.

З одного рулону кожної сталі були виготовлені і спільно піддані відбудовному відпалу в прохідному печенні пакети стандартних смугових зразків (для різних напрямів намагнічення) і кільцевих сердечників. Смугові зразки для отримання необхідної для розрахунків початкової інформації про магнітні властивості матеріалу вирубувалися під кутами до напряму плющення а = 20о, 30о, 55о, 75о, 90ои вдовж НП (а = 0). Кільцеві сердечники з відношенням радіусів r = 2,1, мали діаметри, відповідно Дн = 231,2 мм, Двн = 110 мм (мал. 1). Очікувалося, що велике r приведе до значного перерозподілу МП по висоті спинки сердечника, а розмір ширини спинки 60,6 мм забезпечить достатню дозволяючу здатність у визначенні вимірювання магнітної індукції по радіальній координаті.

Рис. 3. ЗавісимостіВ*(r) в кільцевому сердечникові з сталі 3413, в кутових положенияхj= 0 і 90oв ненасичених режимах (Вмср£0,8 Тл). RвиRн- внутрішній і зовнішній радіуси; У* =Вм/Вмср- відносне значення магнітної індукції.

Для виключення впливу механічних напруження сердечники збиралися без стягуючих зусиль. При цьому також контролювався узгоджений спосіб шихтовки окремих кілець. Щоб при локальних вимірюваннях результати гарантували достовірність, якісь не було свердлування пакету виключалося. Для доступу до бічної поверхні пакет збирався з двох полупакетов з повітряним проміжком, де можна було б розмістити датчик-зонд напруженості МП. У кутових положеннях сердечника j = 0 і j = 90о, співпадаючих з осями магнітної анізотропії матеріалу, були передбачені радіальні канали, що дозволяють пересувати датчик напруженості вдовж радіальної координати і здійснювати вимірювання дотичної становлячої напруженості Нjмпрі різних значеннях амплітуди середньої по перетину магнітної індукції (мал. 1). Оскільки з результатів математичного моделювання МП анізотропного ШС відомо, що на осях магнітної анізотропії радіальні складові векторів і відсутні, по виміряних значеннях Нjмі кривої намагнічення можна визначити відповідні значення Bjм. Таким чином, встановлювався характер розподілу Вмпо радіусу при різних насиченнях сердечника. Всі вимірювання проводилися при синусоидальном магнітному потоку на частоті f = 50 Гц.

На мал. 2 і 3 представлені залежності магнітної індукції (у відносній формі) від радіальної координати в кутових положеннях, відповідних осям магнітної анізотропії (j = 0 і 90о) для обох марок сталей - 3413 (ДО = 7) і 2412 (ДО = 1,6). Вказані криві характерні для ненасичених режимів роботи. На цьому ж малюнку точками відмічені результати вимірювань, які підтверджують хорошу збіжність з розрахунком.

Таким чином, внаслідок моделювання МП кільцевого ШС встановлена необхідність використання при розрахунках векторних характеристик намагнічення, що особливо важливо для текстурованних сталей з великими К. Определяющеє вплив на характер МП надають кутові характеристики магнітної анізотропії у(В, a) [4]. Використання при розрахунках МП одних тільки довідкових характеристик На(В, a), тобто при умові у = 0 (де На- проекція вектора на вектор ) приводить до такого ж розподілу МП при математичному моделюванні, як і у разі відсутності анізотропії (ДО = 1). Потрібно помітити, що для інших випадків використання текстурованних ЛЕС в ШС СЕУ анізотропія буде накладати умови на робочі характеристики магнитопроводов, і це необхідно враховувати ці поля.

Магнітне поле Землі

Механізм виникнення, пропозиції по його експериментальній перевірці і використанню

Існує ряд гіпотез, що пояснюють виникнення магнітного поля Землі. Останнім часом отримала розвиток теорія, зв'язуюча виникнення магнітного поля Землі з протіканням струмів в рідкому металевому ядрі. Підраховано, що зона, в якій діє механізм «магнітне динамо» знаходиться на відстані 0,25...0,3 радіуси Землі [1].

Потрібно помітити, що гіпотези, що пояснюють механізм виникнення магнітного поля планет, досить суперечливі і до цього часу експериментально не підтверджені.

Що стосується магнітного поля Землі, то достовірно встановлено, що воно чуйно реагує на сонячну активність. У той же час спалах на Сонці не може вплинути помітного чином на ядро Землі. З іншого боку, якщо зв'язувати виникнення магнітного поля планет з струмовими шарами в рідкому ядрі, то можна зробити висновок, що планети сонячної системи, що мають однаковий напрям обертання, повинні мати однаковий напрям магнітних полів. Так Юпітер, що обертається навколо своєї осі в ту ж сторону що і Земля, має магнітне поле направлене протилежно земному.

Пропонується нова гіпотеза про механізм виникнення магнітного поля Землі і установка для експериментальної перевірки.

На мал. 1 зображена схема Сонце-Земля. Земля (З) обертається навколо своєї осі N-S з кутовою швидкістю? . Земля має магнітне поле, північний полюс якого знаходиться на південному географічному полюсі. Щоб отримати магнітне поле такого напряму, навколо земної кулі, в площині перпендикулярної осі обертання Землі, повинен існувати стійкий струмовий шар з струмом IЗ. Назвемо його струмом Землі. Отже, над поверхнею Землі повинен існувати провідний шар, по якому повинен замикатися струм IЗ. Такий шар існує - це іоносфера.

Розглянемо яким чином може возникануть направлений струм IЗ в іоносфері. Сонце, внаслідок ядерних реакцій що протікають в ньому, випромінює в навколишній простір безліч заряджених частинок великих енергій (енергія частинок сонячного вітру? 1027...1029 ерг/з) - так званий сонячний вітер. По складу сонячний вітер містить, головним чином, протони, електрони, небагато ядер гелію, іонів кисня, кремнію, сірі, залоза [1]. Частинки створюючі сонячний вітер, що володіють масою і зарядом, захоплюються верхніми шарами атмосфери у бік обертання Землі. Таким чином, навколо Землі утвориться направлений потік електронів, рухомих у бік обертання Землі. Електрон - це заряджена частинка, а направлений рух заряджених частинок є не що інакше, як електричний струм. За напрям струму прийнятий напрям протилежний руху електронів, який співпадає з напрямом струму IЗ. Таким чином, існує струм IЗ, викликаний направленим круговим рухом частинок сонячного вітру, що принаджуються круговим рухом Землі. Внаслідок наявності струму IЗ збуджується магнітне поле Землі ФЗ.

Відносно Землі сонячний вітер являє собою потік заряджених частинок постійного напряму, а це не що інакше, як електричний струм. Назвемо його струмом Сонця IС. Згідно з визначенням напряму струму він направлений в сторону, протилежну руху негативно заряджених частинок, т. е. від Землі до Сонця.

Розглянемо взаємодію струму Сонця IС із збудженим магнітним полем землі. Внаслідок такої взаємодії на Землю діє обертаючий момент МЗ, направлений у бік обертання Землі. Таким чином, Земля відносно сонячного вітру (IС) виявляє себе аналогічно двигуну постійного струму з самозбудженням. Джерелом енергії (генератором) в цьому випадку є Сонце.

Потрібно відмітити додатково, що магнітний потік, викликаний струмом сонячного вітру IС, пронизує потік розжареної лави, що обертається разом з Землею всередині неї. Внаслідок взаємодії поля IС і потоку розжареної лави в ній наводиться електрорухома сила, під дією якої тече струм, який так само створює магнітне поле. Внаслідок цього магнітне поле Землі є результуючим полем від взаємодії струму IС і струму лави.

Оскільки і магнітне поле, і обертаючий момент, діючий на землю, залежить від струму Сонця, а останній від міри сонячної активності, то при збільшенні сонячної активності повинен збільшуватися обертаючий момент, діючий на Землю і збільшуватися швидкість її обертання.

Реально існуюча картина магнітного поля Землі залежить не тільки від конфігурації струмового шара, але і від магнітних властивостей земної кори, а так само від відносного розташування магнітних аномалій. Тут можна провести аналогію з контуром з струмом при наявності феромагнітного сердечника і без нього. Відомо, що феромагнітний сердечник не тільки міняє конфігурацію магнітного поля, але і значно посилює його.

Струмовий шар Землі постійно подпитивается електронами сонячного вітру. Таким чином, внаслідок наявності вільного струмового шара, зумовленої електронами сонячного вітру, земна куля разом з атмосферою і іоносферою, в цей час повинен мати негативний некомпенсований заряд.

Струмовий шар Землі, значною мірою, визначає протікання електричних процесів в атмосфері (грози, полярні сяйва, вогні «святого Ельма»). Помічено, що при виверженні вулканів значно активізуються електричні процеси в атмосфері. Дане явище можна пояснити наступним. При виверженні вулкана викидається стовп розжарених газів (плазми). Конвективний рух розжарених газів замикає струмовий шар іоносфери з поверхнею Землі. Таким чином, з'являється струм витоку, який активізує електричні процеси при виверженнях.

Запропонована гіпотеза, в противагу теорії струмових шарів в рідкому ядрі, може бути перевірена на практиці. Підтвердження запропонованої гіпотези дозволить уточнити і розширити наші знання про механізм магнітного поля Землі і інших планет, дозволить пояснити природу сил і моментів, підтримуючих обертання Землі навколо своєї осі.

Рис. 2. Схема експериментальної установки:

Iз - струмовий шар землі Землі;

Iк - струм в штучному паралельному контурі;

ПЗ - поверхня Землі;

ДЛЕ - довга лінія електропередачі;

СК - з'єднувач кінців лінії з струмовим шаром;

ИП - вимірювальний прилад.

Для експериментальної перевірки гіпотези пропонується створити штучний контур, розташований паралельно струмовому шару Землі (мал. 2). Як паралельний контур можна використати довгу лінію електропередачі, що йде, переважно, в напрямі схід-захід. Кінці довгої лінії повинні бути сполучені або наближені до струмового шара Землі. Як з'єднувачі передбачається використати стовп плазми, наприклад, струмінь газів реактивного двигуна або повітряні кулі, сполучені провідником з кінцями довгої лінії.

Таким чином, передбачається зареєструвати вимірювальним приладом величину і напрям струму в штучному паралельному контурі.

Практичне підтвердження висловлених припущень дозволить пояснити взаємозв'язок електромагнітних процесів в системі Сонце-Земля і забезпечить можливість розробки могутніх енергетичних установок що використовують енергію Сонця.

Якби довелося створювати енциклопедію рекордів, то нейтронні зірки увійшли б в неї як володарі самих могутніх магнітних полів у Всесвіті. По цьому параметру вони перевершили можливості кращих фізичних лабораторій, в яких поки отримані поля, не великі 10 Гс. Нейтронним зіркам поступаються білі карлики (10" Гс), з ними не можуть суперничати навіть чорні діри зіркової маси, поблизу яких напруженість магнітного поля не перевищує 10'¦ Гс.

У сучасній літературі як характерна напруженість магнітного поля на поверхні нейтронних зірок звичайно приводять величину 10'^ Гс. Цифра значна; кубічний сантиметр пустоти, вмісної таке поле, важив би на Землі 40 г! Мимовільно згадується? пустишка¦ Редріка Шухарта, яку насилу підіймали два людини'. Але поля напруженістю 10'^ Гс для нейтронних зірок, мабуть, не рекорд. У останні роки з'явилися дані, що свідчать на користь існування нейтронних зірок, на поверхні яких магнітне поле в сотні разів могутніше. У таких полях решаю

З т руга ц киї А. і Б. Пікник на узбіччі.? Аврора, 1972, ¦ 7, з. 29.

щую роль починають грати квантово-релятивістські ефекти.

Існування так сильних полів ставить цілий ряд нових задач як для астрофізики, так і для фізики.

ЧОМУ У НЕЙТРОННИХ ЗІРОК ПОВИННІ БУТИ СИЛЬНІ МАГНІТНІ ПОЛЯ?

Відповідь звучить незвичайно: по тій же причині, по якій магнітні поля нейтронних зірок повинні бути дуже слабими.

Нейтронні зірки утворяться внаслідок катастрофічного стиснення (колапсу) звичайних зірок, що вичерпали джерела термоядерної енергії. Зіркова речовина являє собою розжарену плазму з високою електропровідністю, В такій плазмі силові лінії магнітного поля? приклеєні¦ до частинок, т. е. рухаються разом з плазмою (це називається "вмороженностью¦ магнітного поля). При стисненні зірки загальне число силових ліній, пронизливих зірку (потік магнітного поля), зберігається. Отже, при стисненні збільшується число силових ліній, що доводиться на одиницю площі перетину зірки, т. е. зростає напруженість магнітного поля. Очевидно, напруженість поля наростає зворотно пропорціонально

Рекордсмени магнітних полів

квадрату радіуса зірки. У цьому значенні магнітне поле при стисненні збільшується.

Однак якщо ми будемо вимірювати напруженість магнітного поля на деякій відстані від зірки, що стискується, то виявимо зменшення поля. Це легко зрозуміти, якщо пригадати, що напруженість поля на деякій відстані від системи струмів прямо пропорційна її магнітному дипольному моменту, який в цьому випадку є твір магнітного потоку, пронизливого зірку, на її радіус (для простоти обчислень приймемо його рівним 7 км). Очевидно, при такому стисненні магнітне поле на поверхні посилиться в 10 млрд раз (попутно відмітимо, що дипольний момент поменшає в 100 тис. раз, а квадрупольний? в 10 млрд раз). Оскільки на поверхні Сонця середня напруженість поля рівна-1 Гс, то для нейтронної зірки, що утворилася це поле буде таке, що дорівнює 10¦ Гс.

Отримана оцінка? вельми наближена, хоч би вже тому, що із зірки типу Сонця нейтронної зірки не? сдела-Зміна

магнітного поля при колапсі зірки. Початковий радіус зірки До;), кінцевий? К. Поле на поверхні зірки зростає від величини У до величини В (нейтронна зірка). У деякій пробній точці А, видаленої на відстань Кд, напруженість поля, навпаки, падає від величини В^ до величини Вд.

зберіганням потоку дипольний момент зірки меншає прямо пропорціонально її радіусу. Отже, нейтронна зірка повинна володіти дуже малим магнітним дипольним моментом!

Розповсюдивши приведені міркування на більш високі мультипольние моменти магнітного поля, ми легко отримаємо витончений результат: колапс зірки? очищає¦ її магнітне поле; оскільки більш високі мультиполі зірки пропорційні більш високим мірам її радіуса, при стисненні вони зникають ще швидше, ніж дипольний момент. Колапс зірки є як би? чистилищем¦ для її магнітного поля. Ця властивість колапсу виправдовує традиційне припущення про чисто дипольний характер магнітного поля нейтронних зірок.

Але повернемося до магнітних полів у поверхні. Використовуючи умову? вморо-женности¦, можна оцінити величину магнітного поля нейтронних зірок. Стиснемо в думках Сонце, радіус якого рівний 700 тис. км, до розміру нейтронної зірки

Уповільнення швидкості обертання радиопульсара Р5К 0833. Спостерігаються? збої періоду¦, один з яких показаний на малюнку. Збої носять спорадичний характер і не можуть скомпенсировать середнього монотонного збільшення періоду пульсара (по даним П. Рейчлі і Г. Даунса, 1969 р.).

їж¦? потрібні більш масивні зірки. І. . все-таки ця оцінка дає правильне уявлення про порядок величини магнітного поля.

МАГНІТНІ ПОЛЯ РАДИОПУЛЬСАРОВ

Перші дані про магнітні поля нейтронних зірок були отримані відразу після відкриття радиопульсаров в 1967 р. Імпульси радіовипромінювання від пульсаров приходять на Землю суворо періодично. Але це вірне лише в першому наближенні. Чудова властивість всіх радиоПульса-рів полягає в тому, що проміжки між часом приходу імпульсів повільно ' зростають. Ця властивість? ключове для розгадки природи їх енерговиділення.

Виникнення магнитодипольного випромінювання. Магніт, що обертається навколо осі ^, не співпадаючої з його магнітною віссю у.. випромінює електромагнітні хвилі на частоті обертання ш. У результаті магніт буде гальмуватися^ як якби до нього був прикладений гальмуючий момент сил. Гальмування повністю визначається магнітним дипольним моментом а, частотою про) і кутом в.

щийся магніт, вісь обертання якого не співпадає з його магнітною віссю. З електродинаміки відомо, що такий магніт буде випромінювати електромагнітні хвилі на частоті обертання (магнитодипольное випромінювання). При цьому зменшення швидкості обертання повністю визначається магнітним дипольним моментом (точніше, його проекцією на екватор обертання), частотою обертання магніта і його моментом інерції. Якщо ми знаємо момент інерції і швидкість обертання магніта, то, вимірявши уповільнення обертання, ми зможемо визначити проекцію його дипольного магнітного моменту на екватор.

Цей метод був уперше застосований для оцінки магнітного поля нейтронної

В. М. Ліпунов

зірки. Звісно, пульсар не заміниш звичайним магнітом, навіть дуже великим. Процеси, що протікають в магнітному полі радиопульсара, значно складніше простого випромінювання магнитодипольних хвиль. Однак більшість моделей радиопульсаров дають енергетичні втрати, близькі до магнитодипольним.

Зараз знайдене більше за 300 радиопульсаров, і для більшості з них відомі зміни періоду. Якщо ми задамося деякими розумними значеннями моменту інерції зірки (звичайно 10^ г - см^)

Розподіл числа радиопульсаров по величині їх магнітного поля. Величина магнітного поля оцінюється по уповільненню радиопульсара з допомогою магнитодипольной формули. Радіус нейтронної зірки приймається рівним 10 км, а момент інерції? 10" м. див. (Розподіл побудований за даними каталога Р. Манчестера і Дж. Тейлора, 1981 р.)

і її радіуса (10 км), ми отримаємо більше за 300 значень величини магнітного поля у нейтронних зірок: від 10^ до 10^ Гс, причому більшість радиопульсаров мають поля порядку 10^ Гс.

Як бачимо, отримані результати і близькі, і далекі від очікуваних. Близькі, оскільки груба оцінка дає схожий порядок величини. А далекі, тому що не так-то просто стисненням отримати напруженість магнітного поля біля 10'^ Гс, а тим більше 10^ Гс. Наприклад, якщо є зірка сонячних розмірів, то необхідно передбачити, що її поле повинно становити вже не 1, а 100 або 1000 Гс. Можливо, однак, що таке не підкріплене спостереженнями припущення і не знадобиться. Враховуючи сильну залежність кінцевого поля сколлапсировавшей зірки від її радіуса, можна? списати¦ труднощі на цей рахунок. Ось якби раптом були виявлені поля 10'^?10'^ Гс, тоді, дійсно, довелося б? бити в дзвони¦.

Отже, дані по уповільненню радиопульсаров говорять про те, що характерна величина їх магнітного поля? 10^ Гс. Цей висновок виявився в прекрасній згоді з відкриттям западногерманских астрофизиков під керівництвом І. Трюмпера (Інститут фізики і астрофізики ім. М. Планка).?

СПЕКТРОСКОПІЯ¦ РЕНТГЕНІВСЬКИХ ПУЛЬСАРОВ

В 1971 р. були відкриті рентгенівські пульсари. Вже перші спостереження показали, що вони принципово відрізняються від радиопульсаров: рентгенівські пульсари не сповільнюються, а прискорюються! З чим пов'язана так разюча відмінність в їх поведінці? Чим взагалі визначається поведінка нейтронної зірки? Виявилося, що радіо- і рентгенівські пульсари генетично пов'язані, вся справа лише в тому, що умови, в яких вони знаходяться, абсолютно різні: радиопульсари? це одиночні нейтронні зірки, а рентгенівські пульсари? нейтронні зірки в двійчастих системах.

Рентгенівські пульсари світяться через те, що на поверхню нейтронної зірки падає (аккрецирует) речовина, захоплена їх гравітаційним полем. Постачає їм цю речовину звичайна зірка? другий компонент двійчастої системи. Речовина, що стікає із звичайної зірки, бере участь разом з нею в орбітальному обертанні і, отже, володіє обертальним моментом відносно нейтронної зірки. Перш ніж впасти на її поверхню, речовина через магнітне поле віддає свій момент нейтронній зірці, закручуючи її. Саме тому рентгенівські пульсари прискорюються.

Поблизу нейтронної зірки речовина? вмораживается¦ в силові лінії, стікаючи на магнітні полюси. На магнітних полюсах при ударі об тверду поверхню нейтронної зірки і виникає рентгенівське випромінювання пульсара. Температура в цих місцях так велика (ГО^ ДО), що всі атоми повністю ионизовани, і, отже, жорстка частина спектра випромінювання пульсара (більше за 10 кеВ) не повинна містити ніяких ліній.

І все-таки лінії в рентгенівському спектрі можуть бути. На це уперше ука-ние

лінії, що утворюються в магнітному полі, називають циклотронними.

У 1976 р. група вчених з Інституту фізики і астрофізики ім. М. Планка (ФРН) виявила за допомогою рентгенівського детектора, піднятого на повітряній кулі, циклотронну лінію: в спектрі рентгенівського пульсара Геркулес Х-1 в районі 30? 50 кеВ вони знайшли спектральну деталь, схожу на лінію^ На жаль, досі не вдалося точно встановити, яка це лінія? випромінювання або поглинання. Якщо поглинання, то енергія лінії? 30 кеВ, якщо випромінювання? 50 кеВ. Але поки це і не так важливе. Важливе інше. Ми маємо справу саме з циклотронною лінією (а ніяких більш розумних припущень висловлено не було). Звідси слідує, що в районі полюсів нейтронна зірка Геркулес Х-1 має поле напруженістю (3? 5) - 10^ Гс. Цю оцінку не може сильно змінити невелика невизначеність, яка виникає через гравітаційне червоне зміщення; на поверхні нейтронних зірок воно досягає трохи десятків відсотків.

Вражає збіг отриманої величини з характерною величиною, знайденою з абсолютно інших міркувань для радиопульсаров.

НОВІ ПИТАННЯ

Здавалося б, тепер в руках астрономів є надійний метод? метод? спектроскопического¦ вимірювання напруженості магнітного поля. Залишилося тільки знайти циклотронні лінії у інших рентгенівських пульсаров, і проблема вирішена. Але в том-то і справа, що у більшості рентгенівських пульсаров такі лінії взагалі відсутні, а знайдені сліди лінії у ще двох-трьох пульсаров знаходяться на рівні шуму. Нагадаємо, що більшість рентгенівських пульсаров випромінює в діапазоні від декількох кеВ до декількох десятків кеВ, з максимумом поблизу 10? 20 кеВ. У цей діапазон могли б попасть лінії, відповідні напруженості магнітного поля від декількох одиниць на

10" Гс до (7?8). 10^ Гс. Саме такі значення магнітних полів, отримані по спостереженнях радиопульсаров, найбільш? популярні¦ і у нейтронних зірок. Як же пояснити відсутність циклотронних ліній в спектрах більшості рентгенівських пульсаров?

' Тгитрег). е1 а1. А^горЬу¦.. 1. Ье^., 1978, v. 219, ^. 105.

Можна передбачити, що або умови виникнення циклотронних ліній так специфічні, що їм задовольняє лише одна нейтронна зірка? Геркулес Х-1, або більшість рентгенівських пульсаров мають магнітні поля, напруженість яких значно відрізняється від величини 10^ Гс, наприклад 10'¦ Гс або 10'^ Гс. Перше припущення повністю виключити не можна. Мабуть, воно має лише одне слабе місце: адже пульсар Геркулес Х-1 нічим не виділений серед інших пульсаров. Друге пояснення також вельми ризиковано. Нехай, наприклад, рентгенівські пульсари мають невеликі поля (10'" Гс). Тоді незрозуміло, чому серед радиопульсаров так мало зірок з полем 10'" Гс. Є і інше, як мені здається,? вбивче¦ для цієї гіпотези заперечення. Справа в тому, що більшість рентгенівських пульсаров входить до складу масивних двійчастих систем, час життя яких дуже малий з астрономічної точки зору: 10^?10^ млн років. Нейтронна зірка, що володіє полем 10'¦ Гс, за цей час просто не устигає вповільнити своє обертання до періодів в сотні секунд (а саме такі періоди характерні для рентгенівських пульсаров).

Здається, що так само легко можна? розправитися¦ і з припущенням про аномально сильні магнітні поля у рентгенівських пульсаров (10'"* Гс). Адже такі значення повністю суперечать спостереженням радиопульсаров? серед них немає жодного з так гігантським полем.

Але це заперечення, як уперше помітив радянський астрофізик Н. І. Шакура^ абсолютно необгрунтовано. Справа в тому, що ми і не повинні бачити радиопульсари з такими великими полями. Час життя радиопульсара зворотно пропорційний швидкості його уповільнення, т. е. зворотно пропорціонально квадрату поля пульсара. Наприклад, радиопульсар з полем 10 Гс? живе¦ в 10 тис. раз менше, ніж пульсар з полем 10'^ Гс! Імовірність побачити такий пульсар серед відомих 300?400 радиопульсаров менше за 3 %. Таким чином, при спостереженні радиопульсаров з їх числа випадають нейтронні зірки з дуже великими полями. У астрономії це називається ефектом селекції.

МАГНІТНІ ПОЛЯ РЕНТГЕНІВСЬКИХ ПУЛЬСАРОВ

Светимость рентгенівського пульсара визначається кількістю речовини, падаючої на поверхню нейтронної зірки в одиницю часу (т. е. темпом ак-креції), і ніяким чином не зависит' від швидкості її обертання. Важливо тільки, щоб нейтронна зірка оберталася не дуже швидко, інакше магнітне поле буде перешкоджати аккреції. Швидкість уповільнення обертання пропорційна магнітному полю зірки, тому чим більше поле зірки, тим більше імовірність застати її на стадії рентгенівського пульсара. Отже, для рентгенівських пульсаров характерна селекція абсолютно зворотної властивості? серед них нейтронні зірки з великими полями повинні зустрічатися частіше!

У цей час накопичений величезний спостережливий матеріал про різні характеристики рентгенівських пульсаров: їх светимости, спектрах, масі, періодах, змінах періодів і т. д. Яку спостережливу величину краще усього використати для визначення магнітного поля? Найбільш чутливими до магнітного поля виявилися період обертання рентгенівського пульсара, а також швидкість зміни цього періоду.

Рентгенівські пульсари, на відміну від радиопульсаров, можуть як прискорюватися, так і сповільнюватися. Магнітосфера рентгенівського пульсара влаштована так, що з боку аккрецирующего речовини одночасно прикладені прискорюючі і вповільнюючі моменти сил". Мабуть, навколо більшості рентгенівських пульсаров є аккреционние диски. Це пов'язано з тим, що, стікаючи із звичайної зірки, речовина володіє настільки великим обертальним моментом, що не може впасти не нейтронну зірку, а утворить навколо неї аккреционний диск. Окремі елементи речовини рухаються в диску по сильно закрученій спіралі, поступово наближаючись до нейтронної зірки. Однак на деякій відстані (біля декількох тисяч кілометрів) магнітне поле нейтронної зірки зростає настільки, що руйнує диск^. Речовина, проникаючи в маг

1-1рипоу V. М.? А8 < горЬу5. апс1 5расе 5с1., 1982. v. 82, р. 343.

^ Липунов В, М. Магнітосфера рентгенівських пульсаров.? Природа, 1980, ¦ 10, з, 52,

Аккреция речовини в двійчастій системі з утворенням диска навколо нейтронної зірки. Внизу? залежність величини прискорення (Р) і уповільнення обертання (Рд) рентгенівського пульсара від його параметрів? періоду Р і светимости ^ (в одиницях 10" ¦рг/з). Точки? спостережливі дані для ряду рентгенівських пульсаров, отримані з борта космічних апаратів. Лінії? теоретичні криві для різних величин напруженості магнітного поля (вказані цифрами, в гауссах) на поверхні нейтронної зірки. Радіус нейтронної зірки приймається рівним 10 км. Заборонена область знаходиться вище за пряму, відповідну максимально можливому прискоренню нейтронну зірку. На нижньому графіку експериментальні точки помічені стрілками, щоб показати невизначеність в експериментальних даних. Пунктирні лінії відповідають вимкненому стану пульсара, коли радіус диска стає більше радіуса коротації (див. попередній мал.).

ля обертаються швидше за речовину і, отже,? зачіпаючись¦ за нього, гальмують обертання нейтронної зірки.

Точно розрахувати прискорюючі і вповільнюючі моменти сил дуже важко. Для цього треба вирішувати трьохмірну маг-нитогидродинамическую задачу, що поки не під силу навіть самим швидкодіючим ЕОМ. Однак якісно ясно, що уповільнення обертання нейтронної зірки повинне найсильнішим образом залежати від величини її магнітного поля, точніше, від її магнітного дипольного моменту. Ця властивість присутня в наближеній аналітичній теорії, побудованій автором^, і саме воно^ дозволяє оцінити магнітне поле рентгенівського пульсара. Передусім треба було перевірити цю теорію для пульсара Геркулес Х-1, у якого напруженість магнітного поля відома. Правда, для цього необхідно було задати радіус нейтронної зірки. Для Геркулеса Х-1, за даними зміни періоду, магнітний дипольний момент рівний (3? 5) - 10^ Гс - см^. Щоб привести це значення в згоду з даними групи Трюмпера (т. е. з величиною магнітного поля (3? 5) - 10^ Гс), необхідно передбачити, що радіус нейтронної зірки Геркулес Х-1 ра*ен 6?7 км; це не суперечить теоретичним розрахункам будови нейтронних зірок. Таким чином, аналітична модель? моментів¦, що крутять дає правильний результат для Геркулеса Х-1. А як йдуть справи з іншими пульсарами?

Треба підкреслити, що більшість рентгенівських пульсаров має великі періоди, більше за 100 з. Так ось, для них при радіусі зірки 10 км виходить - оцінка магнітного поля біля декількох одиниць на 10'^ Гс. Це так звані сверхкритические поля. При такому полі енергія електрона, що обертається навколо силової лінії, значно перевищує його енергію спокою 511 кеВ, тому рух електрона описується вже не просто квантової, а квантово-релятивістською теорією^. На можливість існування таких полів у нейтронних зірок уперше указав в 1975 р. Н. І. Шакура. Але тоді ця ідея була така, що зустрілася астрофізиками

' Ліпунов В. М,? Айстрою, ж., 1982, т. 60, з. 888.

Квантово-релятивістські ефекти в так сильних поля¦ досліджуються в МГУ під керівництвом І. М. Тернова. Детальніше об цю см; Тернів І. М,, Халілов В. Р, Електрони в сверхсильном магнітному полі.? Природа, 1983, ¦ 5, з. 90.?

в багнети¦. І на це були свої об'єктивні і суб'єктивні причини.

ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ

Звісно, не існують фундаментальні фізичні закони, заборонні нейтронній зірці мати поле напруженістю 10^ Гс. Існує, правда, помилка, неначе такі поля не можуть існувати довго, оскільки в них повинно йти інтенсивне народження частинок, подібно тому як це відбувається в електричному полі з напруженістю більше 4. 10'^ ед. С05Е. Але це абсолютно невірне. Саме по собі магнітне поле не народжує частинки, оскільки воно не здібно здійснювати роботу.

Однак відсутність заборонних фундаментальних законів? ще не доказ існування таких полів. Є ряд об'єктивних труднощів. Головна з них? проблема генерації магнітних полів. Якщо просто стискати зірку типу Сонця з нормальним, вже? вмороженним полем, то ніколи не вдасться отримати магнітне поле величиною 10'^ Гс. Що можна відповісти на таке заперечення? Ті ж оцінки (див. початок статті) показують, що не так-то просто отримати і поля набагато меншої величини, біля 10^ Гс, а уже існування таких полів у нейтронних зірок доведене спостереженнями. Так що нових проблем не виникало, просто стара проблема (хоч її мовчазно обходили) різко загострилася. Щоб вирішити її, треба або передбачити існування всередині зірок магнітних полів, напруженість яких в сотні і тисячі разів більше тих, які ми реєструємо на поверхні; або магнітні поля додатково генеруються при колапсі (або після нього) в нейтронній зірці.

Здавалося б, немає ніяких? либо-ли-бо¦? чого мудрити. Адже астрономам давно відомі так звані Ар-зірки, у яких напруженість магнітного поля рівна декільком десяткам тисяч гаусс. При стисненні такої зірки в нейтронну зірку легко отримати поле напруженістю 10'^ Гс! Астрономам також відомі білі карлики з полем біля 10" Гс, які при стисненні в нейтронну зірку дадуть напруженість поля не менше.

Але справа в тому, що рентгенівські пульсари, у яких знайдені сверхкритические поля, входять до складу масивних двійчастих систем. Іншими словами, їх супутниками є масивні Про?'В-зірки (з масою більше за 15?20 М, д). Так ось, сучасна

теорія еволюції двійчастих зірок відкидає можливість існування в масивних системах таких маломассивних зірок, як Ар-зірки або білих карликів. Але про магнітні поля всередині Про? В-зірок нічого не відомо.

Взагалі, генерація магнітного поля? це ціла проблема навіть для звичайних зірок. Для нейтронних зірок проблема ще менш розроблена, і поки немає надійних результатів.

Мені здається, суб'єктивні причини, по яких багатьох астрофізиках не дуже подобається ідея сверхкритических полів, чисто психологічного характеру. Досі всі роботи по розрахунку спектрів випромінювання плазми в магнітному полі проводилися лише для докритических полів. Сверхкритическое поле значно ускладнює задачу, виникають? нова¦ фізика і нові проблеми.

Зате сверхкритическое поле дозволяє пояснити відсутність циклотронних ліній в спектрах більшості рентгенівських

пульсаров. При полі 10 Гс ці лінії? йдуть¦ в область енергій, великих 0,1 МеВ, де пульсар майже нічого не випромінює,

Є і інші? за¦ і? проти¦. Стисло характеризуючи ситуацію, що склався зараз в тій області астрофізики, яка займається вивченням магнітних полів нейтронних зірок, можна сказати так: безсумнівно, існують нейтронні зірки, що володіють полями 10'^ Гс, і вже ці? рекорд. З'явилися дуже ваговиті аргументи на користь того, що існують нейтронні зірки зі сверхкритическими полями, аж до 10 Гс, а можливо, і більше. Як це довести? Єдиний шлях? дослідити особливості поведінки плазми і її випромінювання в так сильних полях і знайти ці особливості у нейтронних зірок, що спостерігаються. Якщо це вдасться зробити, ми зобов'язані будемо поглянути на проблему еволюції і генерації магнітних полів в астрофізиці абсолютно по-новому.

\

Астрофизика?

Спиральность¦ нейтрино і магнітні поля нейтронних зірок

Відомо, що утворення нейтронних зірок (колапс) супроводиться величезним, до 10 ерг, виділенням енергії. Астрофизиков давно хвилює питання, наскільки симетрично викидається вся енергія. Адже досить невеликої анізотропії, і нейтронна зірка, що утворюється може отримати величезний імпульс віддачі. Наприклад, якщо в одну сторону випромінюватиметься на 0,01 % більше енергії, ніж в іншу, нейтронна зірка придбає швидкість в декілька сотень кілометрів в секунду. Цікаво, що саме така швидкість руху спостерігається у деяких радиопульсаров.

Оригінальний механізм, що приводить до анізотропії, запропонований Н. Н. Чугаєм (Астрономічна рада АН СРСР).

Як показують розрахунки, майже всю енергію, що випромінюється в процесі колапсу, відносять нейтрино, що утворюється при злитті протонів і електронів і при захваті позитронів вільними нейтронами: Р+е? *- п-(-у, п+е^-*-р-1- 7. У умовах колапсу спін-орбітальним зв'язком можна нехтувати, тому повний спін частинок, вступаючих в реакцію, повинен бути рівний спину частинок, що утворюються. Передбачимо, реакції проходять в магнітному полі так сильному, що спини всіх електронів і позитронів паралельні напряму цього поля. Передбачимо також, що протони і нейтрони не поляризовані (ця умова виконується, оскільки магнітний момент нуклонів значно менше, ніж у електронів). Тоді при всіляких напрямах спина нуклонів до і після реакції спини нейтрино, що утворюється в більшості випадків орієнтовані по полю (у антинейтрино? проти поля). Але нейтрино? спиральни¦; їх спин завжди направлений у напрямі руху (у антинейтрино? навпаки). Це означає, що велика частина нейтрино і антинейтрино вилітає у напрямі поля. Згідно із законом збереження імпульсу, зірка повинна отримати найсильніший імпульс віддачі. У реальних умовах тільки частина електронів і позитронів повністю поляризовані.

За оцінками Чугая, швидкість, що придбавається нейтронною зіркою, рівна у=30(В/10' -1-е) (М/М^)- (До/10" см)-' км/з, де В ' -? напруженість магнітного поля, М і До? маса і радіус нейтронної зірки. Таким чином, щоб пояснити швидкості, що спостерігаються радиопульсаров (100 км/з), треба передбачити існування магнітних полів, приблизно рівну 3- 10'" Гс