В книге кратко описаны наблюдаемые особенности нескольких типов аномальных пульсаров: аномальных рентгеновских пульсаров, источников с эпизодически повторяющимися гамма-всплесками, компактных объектов в остатках сверхновых, радиотранзиентов и изолированных нейтронных звёзд со слабым рентгеновским излучением. Даётся обзор известных моделей, предложенных для описания таких пульсаров. Подробно рассмотрена развиваемая авторами дрейфовая модель, позволяющая объяснить многие особенности перечисленных объектов, вычислены их параметры, даны предсказания дрейфовой модели, позволяющие провести её наблюдательную проверку.

Для специалистов в области астрофизики, а также аспирантов и студентов физических и астрономических специальностей.

Астрофизические исследования последних лет характеризуются всё более возрастающим интересом к источникам с необычными для традиционных представлений физическими условиями и протекающими в них процессами. К таким объектам можно отнести всю наблюдаемую часть Вселенной, родившуюся в момент так называемого Большого взрыва, когда температуры достигали значений порядка 10²⁸ K, а плотности превышали планковскую плотность ρ_пл = 10⁹⁴ г/см³. В этот момент физические законы, описывающие состояние материи, отличались от современных. Сформировавшаяся впоследствии изученная часть Вселенной (Метагалактика) только приблизительно на 4% состоит из барионного вещества. Остальная часть сосредоточена в «тёмной материи» (~26%), проявляющейся лишь как гравитирующая субстанция, и в «тёмной энергии» (~70%), которая необходима для объяснения наблюдаемого отталкивания вещества в Метагалактике и её ускоренного расширения. Природа двух последних форм материи остаётся неизвестной и требует как новых астрофизических исследований, так и развития физики элементарных частиц и теории поля.

Появление в XX в. внеатмосферной всеволновой астрономии привело к открытию сотен тысяч новых космических источников с колоссальным энерговыделением в различных диапазонах электромагнитного спектра. Активные ядра галактик и квазары, источники гамма-всплесков, мегамазеры и ряд других объектов ещё ждут адекватного объяснения их наблюдаемых особенностей. Из источников в нашей Галактике наиболее необычными с точки зрения лабораторной физики остаются пульсары, центральными телами которых считаются нейтронные звёзды. Действительно, плотности в центральных частях этих звёзд могут быть выше плотности атомных ядер (ρ_c > 10¹⁵ г/см³), а напряжённости магнитных полей на их поверхности достигают значений 10⁹ — 10¹³ Эрстед. Во внутренних слоях нейтронной звезды нейтроны оказываются сверхтекучими, а протоны — сверхпроводящими. В магнитосферах пульсаров протекают специфические плазменные и электромагнитные процессы. Описанию наблюдаемых параметров радиопульсаров, т.е. источников импульсного радиоизлучения, а также механизмов излучения и моделей, в рамках которых можно объяснить их особенности, посвящён целый ряд монографий: Ф. Г. Смит «Пульсары» (1979 г.), Р. Манчестер и Дж. Тейлор «Пульсары» (1980 г.), И. Ф. Малов «Радиопульсары» (2004 г.). Однако в последние годы многие исследователи обращаются к одиночным нейтронным звёздам, излучающим в жёстких (рентгеновском и гамма) диапазонах: аномальным рентгеновским пульсарам (anomalous X-ray pulsars — АХР), источникам с повторяющимся мягким гамма-излучением (soft gamma-ray repeaters — SGR), компактным источникам в остатках сверхновых (compact central objects — CCO) и ряду их других проявлений. Возникло даже понятие «зоопарк нейтронных звёзд». К настоящему времени накоплен большой наблюдательный материал и предложено несколько теоретических схем и моделей для описания этого зоопарка. Полученные результаты содержатся в большом количестве статей, опубликованных в различных журналах, и в докладах, представленных в трудах многочисленных конференций, но нет осмысления этого богатого материала с единой точки зрения.

Мы приводим здесь основные сведения об «аномальных» объектах, связанных с нейтронными звёздами, даём краткий обзор теоретических схем, предложенных для их описания, и подробно обсуждаем нашу модель, применимую в той или иной степени к рассматриваемым источникам. Слово «аномальные» заключено в кавычки, поскольку мы считаем, что почти все проявления нейтронных звёзд могут быть описаны в рамках единой модели, и на самом деле никакого зоопарка нет. Есть лишь более или менее заметные отличия в физических и геометрических параметрах нейтронных звёзд и их магнитосфер, которые и приводят к наблюдаемым отличиям объектов.

В какой-то мере мы руководствовались в своих исследованиях принципом «бритвы Оккамы» — «без необходимости не создавать новые сущности», т.е. не прибегать к сложным процессам и моделям там, где можно обойтись простыми представлениями.

Несколько комментариев, связанных с оформлением книги.

1) Мы считали более удобным для читателя составить список литературы к каждой главе отдельно. Поэтому несколько работ цитируются неоднократно.

2) В некоторых случаях, когда статьи опубликованы в мало доступных журналах или трудах локальных конференций, мы делали ссылки на астрофизические препринты (Astro-ph).

3) В отечественной литературе английский термин «magnetar», применяемый к описанию АХР и SGR, часто переводят как «магнитар», мотивируя тем, что в русском языке используется слово «магнит». Мы считаем этот аргумент несостоятельным, поскольку в нашем лексиконе употребляются также слова «магнето», «магнетит», «магнетрон» и др., что связано с первоначальным, «авторским» правом на написание термина. Поэтому мы в своей книге используем всюду оригинальное название модели АХР и SGR — «магнетар». Кроме того, считаем неуместным замену английской аббревиатуры при обозначении объектов на русскую и оставляем её такой, какой она дана в оригинальных работах.

4) В разных главах одинаковыми буквами (α, δ и др.) могут быть обозначены различные величины. Нам кажется, что смысл соответствующих выражений ясен из контекста и у читателя не возникнет от этого недоразумений при чтении книги.

Мы выражаем благодарность соавторам работ, использованных при написании книги, а также рецензентам, взявшим на себя труд прочитать рукопись и сделать целый ряд ценных замечаний. Надеемся, что знакомство с книгой пробудит интерес к описанным в ней объектам у молодых исследователей и поможет им найти пути преодоления упомянутых в книге нерешённых проблем.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Книги на ту же тему

1. Далёкие маяки Вселенной (К 40-летию открытия пульсаров), Амнуэль П. Р., 2007
2. Радиопульсары, Малов И. Ф., 2004
3. Эволюция звёзд и галактик, Бааде В., 1966
4. Астрофизика, 1967
5. Эволюция Вселенной. — 2-е изд., перераб., Новиков И. Д., 1983
6. За пределами известного мира: от белых карликов до квазаров, Левитт И., 1978
7. Звёзды: их рождение, жизнь и смерть. — 2-е изд., Шкловский И. С., 1977
8. 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звёзд, Киппенхан Р., 1990
9. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной, Вайнберг С., 1981
10. Звёзды: их рождение, жизнь и смерть. — 3-е изд., перераб., Шкловский И. С., 1984
11. Вселенная, жизнь, разум, Шкловский И. С., 1976
12. Физика космоса: Маленькая энциклопедия. — 2-е изд., перераб. и доп., Сюняев Р. А., ред., 1986
13. Странники Вселенной или эхо Большого взрыва, Панасюк М. И., 2005
14. Реликтовое излучение Вселенной, Насельский П. Д., Новиков Д. И., Новиков И. Д., 2003
15. Релятивистская теория гравитации. — 3-е изд., перераб., Логунов А. А., 2012
16. Гравитация и относительность, Цзю Х., Гоффман В., ред., 1965
17. Чёрные дыры: Сборник статей, 1978
18. Численное моделирование в астрофизике, Сентрелла Д. М., Лебланк Д. М., Бауэрс Р. Л., ред., 1988
19. Нелинейные волны 2012, Литвак А. Г., Некоркин В. И., ред., 2013
20. Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: Вып. 103. Физика магнитосферы, ионосферы и распространения радиоволн, Жеребцов Г. А., ред., 1995
21. Оптические телескопы будущего, Пачини Ф., Рихтер В., Вильсон Р., ред., 1981
22. Небо и телескоп. — 2-е изд., перераб., Куимов К. В., Курт В. Г., Рудницкий Г. М., Сурдин В. Г., Теребиж В. Ю., 2014