Статья "Evolutionary relations between different types of Magnetized Compact Objects" астрофизиков МГУ и ГАИШ Vladimir Lipunov, Valeria Grinshpun, Daniil Vlasenko,
принята к печати в журнале New Astronomy Review (Q1).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.newar.2021.101631
В начале 80-х годов ваш непокорный слуга предложил универсальный подход к замагниченным нейтронным звёздам и белым карликам, основанный на одной объединяющей эти объекты, идее. В основу был положен новый теоретический объект "Грави-Магнитный Ротатор (ГМР)". ГМР взаимодействует с окружающей плазмой посредством двух взаимодействий: гравитационного и электромагнитного.
Казалось, зачем выдумывать новые объекты когда на небе было полно необъясненных до конца астрономических явлений: радиопульсары, рентгеновские пульсары, миллисекундные пульсары,рентгеновские барстеры, поляры, гамма-посторители, промежуточные поляры и сумасшедшее количество типов катаклизмических звёзд... Но в том и дело, что объяснить эти явления, понять как такие звёзды возникают в Галактике и во Вселенной, нужен был единый эволюционный подход.
Впервые такие идеи были высказаны в школе релятивистской астрофизики Зельдовича Виталием Шварцманом. Он попытался связать радио и рентгеновские пульсары, хотя последних еще не было в природе. То есть ему удалось фактически предсказать новый тип астрофизических явлений - аккрецирующие рентгеновские пульсары! Потом были работы других учеников Зельдовича: Геннадия Бисноватого-Когана, Валентина Комберга, Рашида Сюняева, Андрея Илларионова, Николая Шакуры и примкнувшего к ним Алексея Фридмана. Стало ясно, что на самом деле подход Шварцмана оказался плодотворным и вот в начале 80-х удалось формализовать этот подход ти выделить все основные типы замагниченных компактных звёзд как ГМР.
Итак, ГМР очень простой объект: у него только три параметра - масса (она отвечает за гравитационное взаимодествие), магнитный дипольный момент и скорость вращения вокруг оси (эти два параметра определяют электромагниную часть взаимодействия ГМР с окружающей плазмой. Взаимодействие очень сложное. Фактически речь идет о описании электродинамических процессов в падающей, под действием гравитационного поля компактной звезды, плазмы. То есть возникает сложнейшая магнитогидродинамическая задача в гравитационном поле, не решенная до сих пор! Что бы понять сложность её достаточно сравнить предсказания гораздо более простой гидродинамической задачи в постоянном поле Земли - задачи предсказания погоды теоретическим моделированием.
Именно сложность этой задачи, с которой может сравниться только создание теории реактора термоядерного синтеза - Токомака - показывает реальное многообразие в поведение ГМР в природе.
При этом нам удалось выделить основные режимы взаимодействия ГМР с окружающей плазмой и их оказалось всего 8! Ещё начале 80-х годов мы видели только 2 режима - Аккретор и Пропеллер. Смотрите: все перечисленные выше явления на небе описывались лишь двумя режимами! То есть сразу произошло так необходимое упорядочение наших представлений. Более того, удалось сформулировать главный закон эволюции ГМР, с помощью которого можно было понять как их одних режимов возникают другие.
Но вскоре стало ясно, что подход ГМР связывал воедино не только нейтронные звёзды и их эволюцию, но и чёрные дыры, и даже белые карлики - третьи в природе по плотности объекты нашей Вселенной.
При этом десятки новых типов объектов были предсказаны. Особенно эффектно здесь сработала так называемая Машина Сценариев - она осуществляла первый попульяционный синтех разных типов нейтронных звёзд и белых карликов.
Недавно авторы представляемой работы решили посмотреть, а как выглядят множество открытых за эти годы новых объектов: миллисекундных пульсаров, гамма-повторителей, аномальных рентегновских пульсаров, магнитаров, быстрых радио-вспышек, ультраярких рентгеновских источников, поляров, промежуточных поляров и т.д.
Оказалось, все открытые за последние десятилетия объекты, можно расположить на одной плоскости в виде некоторой диаграммы "Период-гравимагнитный параметр" (Рис.1). Это своего рода "Великой объединение" в мире релятивистских замагниченных звёзд.
Кроме того, ГМР парадигма позволяет понять эволюцию этих объектов. Вот как на этой диаграмме легко угадывается уже известный научному миру сценарий возникновения миллисекундных радиопульсаров (зеленые точки) . Видно, что их множество располагается параллельно линии вдоль которой вытянутые жёлтые точки - старые нейтронные звёзды рентгеновские барстеры (жёлтые кружочки). Это происходит из-за того, что в процессе аккреции в маломассивных двойных системах красных карликов и нейтронных звезд , последние теряют свое магнитное поле и раскручиваются падающим на них веществом до миллисекундных периодов. А когда красный карлик теряя массу превращается в планету - темп аккреции уменьшается в десятки миллионов раз и жёлтые точки почти мгновенно превращаются в зелёные параллельным горизонтальной оси переносом. Там они остаются "навсегда" - ведь магнитного поля у них так мало, что они почти не торомозяться.
Но диаграмма не только объясняет, но подсказывает как обычные радиопульсары (красные точки) затухают переходя на стадию пропеллера, а некоторые из них - те что оказались в двойных системах, потом превращаются в рентгеновские пульсары (синие и феолетовые кружочки).
А вот множество Магнитаров, которые преподносят сюрпризы в последние годы выдавая себя, то за гамма-повторители, то за аномальные рентгеновские пульсары или появляются даже в виде радио-вспышек изображаются малиновыми треугольничками.
Рисунок 2 Эволюционные потоки на дигарамма "Период-Гравимагнитный параметр".
Легко заметить, что огибающая этой "малины" параллельна линии Поляров. Но Поляры - это белые карлики, а магнитары - нейтронные звёзды. Но оказывается у этих разных объектов есть общее: обе эти группы являются рекордсменами магнитных полей в своих классах звезд. Авторы обсуждаемой работы вспомнили давно предлагавшийся сценарий образования нейтронных звезд из белых карликов. Дело в том, что если белы карлики в двойных системах нкак и нейтронные звезды могут набирать массу и в какой-то момент могут превратиться в нейтронные звёзды. Но тогда понятно почему из самых сильно замагниченных белых карликов, могут появится и Магнитары! Авторы провели популяционный синтез этого превращения в природе (с помощью спецпакета программ "Машина Сценариев") и показали, что рассмотренный сценарий представляет собой реальную эволюционную веточку образования Магнитаров! Таким образом найдены дополнительные возможности образования магнитаров в областях со слабым или нулевым звездообразованием.
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
