Молодые нейтронные звезды и черные дыры пососедству

Молодые нейтронные
звезды и черные дыры
по соседству
Сергей Попов
ГАИШ МГУ
План доклада
 Такие разные нейтронные звезды
 Немного о черных дырах
 Солнечная окрестность
 Близкие молодые нейтронные звезды
 Как увидеть черную дыру?
Предсказание ...
Нейтронные звезды были предсказаны в 30-е гг.
Л.Д. Ландау:
Звезда-ядро
(Ландау)
Бааде и Цвикки: нейтронные звезды и сверхновые
(Цвикки)
(Бааде)
Нейтронные звезды





Остатки эволюции массивных
звезд
Рождаются в результате
вспышки сверхновой
R=10 км
=1014 г/см3 (ядерная
плотность)
Проявляются как источники
различных типов
Нейтронные звезды - 2
Радиус 10 км
Масса 1-2 солнечной
Плотность порядка ядерной
Сильные магнитные поля
Нейтронные звезды - 3
Сверхплотное вещество и сверхсильные 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.
Ракетные эксперименты
Sco X-1
Giacconi, Gursky, Hendel
1962 год
В 2002 г. Р.Джиаккони
получил Нобелевскую
премию по физике.
UHURU
Спутник запущен 12 декабря 1970 г.
Закончил работу в марте 1973 г.
Другое название SAS-1
2-20 кэВ
Первый полный обзор неба.
339 источника.
Аккреция в тесных двойных
Аккреция – самый мощный
источник энергии в мире
из тех, что могут давать
большой выход энергии.
При падении вещества
на нейтронную звезду
выделяется до 10% от mc2
В случае черной дыры
энерговыделение может быть
еще выше: до 42%.
Аккреционный диск
Теория создана
в 1972-73 гг.
Н.И.Шакура и
Р.А. Сюняев
Аккреция важна
не только для
двойных систем,
но и для активных
ядер галактик и
для других систем
Тесные двойные системы
Около ½ массивных звезд
входит в двойные системы.
Сейчас в тесных двойных
системах известны многие
десятки нейтронных звезд,
а также десятки кандидатов
в черные дыры.
•
L=Mηc2
Темп аккреции может достигать 1020 г/с;
Эффективность аккреции – десяти процентов;
Светимость – сотен тысяч светимостей Солнца.
Открытие !!!!
1967:
Джоселин Белл. Радиопульсары.
Серендипическое открытие.
Jocelyn Bell
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 повтор. гамма-всплесков
oВеликолепная семерка
oИсточники EGRET
oТранзиентные радиоисточники..............
Массы нейтронных звезд и
черных дыр
Пока нельзя точно
определить спектр масс
нейтронных звезд и
черных дыр.
Даже диапазон масс
звезд, из которых
образуются компактные
объекты разных типов,
известен не очень точно.
История черных дыр
• Мичелл и Лаплас
• 20 век начинается: Шварцшильд
• Уиллер
• Квазары
• Первые рентгеновские наблюдения
• Cyg X-1
• Рентгеновские новые
• Сверхмассивные черные дыры
• Черная дыра Sgr A*
Предсказание черных дыр
V2=GM/R; Если масса пропорциональна кубу радиуса
(т.е. плотность постоянна), то скорость пропорциональна радиусу.
1783: Джон Мичелл (John Michell)
Представим себе тело с плотностью как у Соллнца,
но в 500 раз больше.
Наоборот, если масса постоянна,
то скорость будет расти при сжатии.
1796: Пьер Симон Лаплас (Pierre-Simon Laplace)
20 век начинается
1916: Создание ОТО
Карл Шварцшильд
Тогда же Карл Шварцшильд
получил решение, соответствующее
черной дыре.
Важно, что «размер» черной дыры
в этой простейшей модели оказался
таким же, как полученный в результате
тривиального ньютоновского рассуждения.
Имена, имена, имена...
Коллапсар, застывшая звезда, темная звезда ....
1967: Джон Уиллер (John Archibald Wheeler)
ЧЕРНАЯ ДЫРА!
Квазары и идея черных дыр
1964: Эдвин Салпитер (Edwin Salpeter) и Я.Б. Зельдович
предположили, что энергетика АЯГ связана с
аккрецией вещества на сверхмассивные черные дыры.
Рентгеновские наблюдения: Cyg
X-1
«Черная дыра в случае
Cyg X-1 – это самая
консервтаивная
гипотеза.»
Кип Торн
Рентгеновские новые
Маломассивные
тесные двойные
системы с
черными дырами.
Одни из лучших
кандидатов.
Сверхмассивные черные дыры
Должны возникать в центрах галактик.
Например, из-за иерархического скучивания.
Периоды активности, возможно они связаны со слияниями.
Уже на больших красных смещениях (z=5-6) есть квазары.
Sgr A*
Уже в середине 1990-х гг.
было показано со всей
очевидностью, что в центре
нашей Галактики есть
сверхмассивная черная дыра.
Ее масса составляет 2-3 млн.
солнечных масс.
Другие черные дыры
1.
2.
3.
4.
Первичные черные дыры
Черные дыры из первых звезд
Черные дыры в шаровых скоплениях
Ультрамощные рентгеновские источники
(ULX)
Солнечная окрестность







Солнечная окрестность является
нетипичной областью
Пояс Гулда
R=300-500 пк
Возраст: 30-50 милл. лет
20-30 СН за миллион лет (Grenier 2000)
Местный пузырь (Local Bubble)
До 6 СН за несколько миллионов лет
Пояс Гулда






Poppel (1997)
R=300 – 500 пк
Возраст 30-50
миллионов лет
Диск с центром в 100150 пк от Солнца
Наклон по отношению к
плоскости Галактики
около 20 градусов
2/3 массивных звезд в
600 пк от Солнца
относятся к Поясу
Популяция близких молодых
нейтронных звезд




Великолепная семерка
Геминга и 3EG J1853+5918
Четыре радиопульсара с тепловым
излуч. (B0833-45; B0656+14; B1055-52;
B1929+10)
Семь более старых радиопульсаров,
для которых тепловое излучение не
было зарегистрировано
Близкие радиотихие НЗ




RX J1856.5-3754

Открытие:
Walter et al. (1996)
Собственное
движение и расст:
Kaplan et al.
Нет пульсаций
Тепловой спектр
Позже:
шесть братьев
Движение RX J1856-3754
Про этот объект мы
теперь знаем уже
много, однако он не
слишком похож на
шесть других.
ROSAT
ROentgen SATellite
Немецкий спутник
(при участии США и Великобритании).
Запущен 01 июня 1990г.
Программа была успешно
завершена 12 февраля 1999 г.
Родственники магнитаров?
Великолепная семерка
Источник
Период,сек
RX 1856
-
RX 0720
8.39
RBS 1223
10.31
RBS 1556
-
RX 0806
11.37
RX 0420
3.45
RBS 1774
9.44
Радиотихие
Близкие
Молодые
Тепловое излучение
Длинные периоды
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. 2006
Nature
Оценки показывают,
что в Галактике
должно быть около
400 000
источников этого типа
Молодые или старые???
Если молодые, то они
очень похожи на
«Великолепную
семерку»!!
Черные дыры


Черные дыры
образуются из очень
массивных звезд
Очень трудно увидеть
одиночную ЧД:




Микролинзирование
Аккреция
…….?
Важно хотя бы
примерно оценить
местоположение на
небе
В Галактике должно существовать
несколько десятков миллионов ЧД
Близкие ЧД и убегающие
звезды


56 убегающих
звезд в 750 пк
от Солнца
(Hoogerwerf et
al. 2001)
Четыре из них
имеют массу
M > 30 Msolar
Звезда Масса Скорость Возраст
км/с
милл.
лет
ξ Per
33
65
1
HD
64760
ς Pup
25-35
31
6
67
62
2
λ Cep
40-65
74
4.5
Прохоров, Попов (2002) ПАЖ
Взрыв сверхновой в двойной
ς Pup




Расстояние: 404-519
пк
Скорость ЧД: 33-58
км/с
Область локализации:
12o x 12o
NEGRET: 1
ξ Per




Расстояние: 537-611
пк
Скорость ЧД: 19-70
км/с
Область локализации:
7 o x 7o
NEGRET: 1
Резюме (ЧД)




Примерные координаты
молодых близких ЧД можно
оценить по данным об
убегающих звездах
В двух случаях были
получены относительно
небольшие области
локализации
Для HD 64760 и λ Cep мы
получили очень большие
области локализации
Несколько источников EGRET
в области возможной
локализации
Основные выводы




Мы живем в области Галактики с некоторым
избытком молодых НЗ и ЧД
Молодые близкие НЗ проявляют себя как
радиопульсары, рентгеновские и гамма
источники
Местная популяция НЗ говорит нам: что
радиопульсары не являются единственными
представителями молодых НЗ
Примерные координаты могут быть
определены для одиночных ЧД, рожденных в
тесных двойных системах, по данным об
убегающих звездах