Если вращающиеся и движущиеся заряды создают магнитное поле, почему оно есть у гигантского нейтрального объекта?
«Позволяя положительным ионам проходить через электрическое поле и тем самым придавая им определенную скорость, можно отличить их от нейтральных неподвижных атомов». - Йоханнес Старк
Немного физики имеет большое значение, и это особенно верно в отношении астрофизики, где мельчайшие силы и мельчайшие эффекты становятся единственными вещами, которые имеют значение. Это, конечно, из-за экстремальных концентраций и количества материала, с которым мы имеем дело! Возьмите что-нибудь столь же безобидное, как наша маленькая, незначительная планета.
Тот факт, что у нас есть расплавленное, вращающееся и меняющееся ядро с активным магнитным динамо внутри него, делает гораздо больше, чем заставляет стрелки компаса указывать на полюс. Магнитное поле, создаваемое ядром Земли, простирается далеко в космос, защищая нас от космических опасностей и отклоняя от нас быстро движущиеся заряженные частицы.
Солнце вмешивается в действие в еще большей степени; его магнитное поле огромно, и плазма часто следует по траектории этих силовых линий. Мы часто можем видеть горячую ионизированную плазму Солнца, простирающуюся вверх и наружу, во много раз превышающую диаметр Земли, даже (иногда) образующую полную петлю и «падающую вниз», как огненный водопад.
Нетрудно представить, почему Солнце или Земля это делают. Подумайте о следующих фактах:
- Эти объекты состоят из атомов, которые, в свою очередь, состоят из положительно заряженных атомных ядер и отрицательно заряженных электронов.
- Существует гравитационный градиент и температурный градиент, а это означает, что объекты разных размеров, масс и сечений будут воздействовать по-разному.
- Если эти явления могут вызвать даже небольшое разделение зарядов, поскольку Солнце и Земля вращаются, эти заряды, которые движутся по-разному, будут генерировать магнитные поля.
И все готово!
А как же нейтронные звезды? Вместо того, чтобы состоять из атомных ядер и электронов, разве они не состоят из… ну, нейтронов?
Знаете, эти нейтральные вещи - обнаруженные в атомных ядрах - которые не заряжены?
Так как же тогда они могли бы создать магнитное поле, которое само генерируется движущимися электрическими зарядами?
Этот вопрос не был бы таким интересным, если бы мы не сделали подобных наблюдений.
Это рентгеновские лучи, испускаемые Крабовидной туманностью, которые наблюдались с помощью рентгеновского телескопа НАСА Чандра. Мы знаем, что в ее ядре есть пульсирующая нейтронная звезда, и что эти рентгеновские лучи испускаются в результате расположенного в центре сильного магнитного источника, влияющего на ионизированную плазму вокруг него.
Это больше, чем просто рентген, заметьте; Хаббл видит эти эффекты и в видимом свете!
И что касается масштаба, Крабовидная туманность - созданная в результате взрыва сверхновой в 1054 году - имеет диаметр около 3 световых лет на данный момент, почти через тысячелетие после своего рождения. Но что может вас удивить, так это огромные размеры этой магнитной детали; это больше, чем световой год по размеру сам по себе!
Ключ в том, что нейтронная звезда - это не просто шар нейтронов; на самом деле он многослойный. По мере продвижения снаружи внутрь мы находим слои:
- электроны, за которыми следует
- ядра атомов (например, железа), за которыми следует
- слой, в котором ядра располагаются слоями (подобно примесям) внутри океана нейтронов, за которыми следует
- зона перехода к ядру,
- где ядро представляет собой нейтронную сверхтекучую жидкость (жидкоподобную фазу с абсолютно нулевым трением) вместе с примесями заряженных частиц различной массы внутри него.
Это совсем не то, что иметь одну-единственную нейтральную сущность! И не забывайте, что нейтроны сами по себе не являются фундаментальными, нейтральными частицами, они сами состоят из заряженных частиц, которые имеют разные заряды и массы!
Сами нейтроны обладают собственными магнитными моментами (поскольку они состоят из этих заряженных кварков), а невероятно высокие энергии внутри нейтронной звезды могут не только создавать пары частица/античастица, но и создавать экзотические также частицы. Заряженные частицы, которые существуют внутри нейтронной звезды, обладают высокой проводимостью, плюс внутри нейтронной звезды все еще существуют градиенты гравитации, плотности, температуры и проводимости.
И при радиусе примерно 10 км - при всем угловом моменте типичной солнцеподобной звезды - эти штуки вращаются со скоростью от 10 до 70% скорости света!
Короче говоря, это рецепт для магнитного поля порядка 100 миллионов Тесла, или примерно в триллион раз больше, чем мы находим на поверхности Земли.
Неудивительно, что именно это мы и видим! Даже не будучи абсолютно уверенным в том, что происходит в самом внутреннем ядре нейтронной звезды , есть ли у нас высокоэнергетические кварки, мюоны и тау или любые другие типы частиц, редко встречающиеся в природе , консервативная, традиционная физика в этих экстремальных условиях заставляет сверхсильное магнитное поле почти неизбежно.
И вот как нейтронная звезда генерирует сверхсильное магнитное поле!
Теперь большой следующий вопрос: можем ли мы получить сверхсильное магнитное поле, исходящее из внутри черной дыры? (Мы видим магнитные поля черных дыр, но генерируются ли они внутри горизонта событий или снаружи, например, в аккреционном диске?) И если они исходят изнутри, какая физика стоит за этим? Пока мы не знаем ответ, вопрос дает нам более чем достаточно пищи для размышлений, чтобы утолить даже самый голодный аппетит!
Понравилось? Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang здесь!