Магнитные поля звёзд на поздних стадиях эволюции
- гиганты
Отличительной особенностью гигантов является то, что они служат источниками крайне сильного солнечного ветра (потоки заряженных частиц, испускаемых светилом) — в общей сложности звезда может тратить до трети массы за время жизни на такой ветер. При этом движение заряженных частиц вдоль линий магнитного поля сказывается на спектре излучения звезды.
Для примера рассмотрим звезду NGC 1624-2. Она относится к голубым гигантам. Масса этой звезды в 35 раз больше массы Солнца. Индукция магнитного поля в полярных регионах звезды достигает 20 кГс. Это в 20 тысяч раз больше значения аналогичного параметра для Солнца, и является абсолютным рекордом не только для звезд класса O, но и для всех звезд главной последовательности (в свою очередь магнитные поля нейтронных звезд могут быть на несколько порядков мощнее).
Примечательно, что скорость вращения звезды оказалась крайне низкой — один оборот светило делает за 160 дней. Таким образом, мощность магнитного поля не связана с динамическими эффектами от вращения.[11]
b) белые карлики
Рассмотрим звезду 40 Eri B. Она является ближайшим к Солнцу, и поэтому самым ярким одиночным белым карликом. Измерено продольное магнитное поле (проекция полного вектора магнитного поля на луч зрения), которое оказалось переменным вследствие вращения звезды, и составило от -5 кГс до +5 кГс. Период вращения 40 Eri B оказался 5 часов 17 минут.
На рисунке 2.3 показана фазовая кривая поведения магнитного поля 40 Eri B. Незаполненные кружки — индивидуальные измерения, заполненные кружки — средние данные в интервалах фазы вращения. Из этих данных найдено, что ориентация магнитного поля 40 Eri B близка к дипольной. Углы между осью вращения и лучом зрения, и между осью вращения и осью диполя близки к 90 градусов (наиболее вероятная ориентация). Напряженность магнитного поля на полюсе диполя около 7 кГс. [12]
Рисунок 2.3 — Фазовая кривая поведения магнитного поля 40 Eri B
c) нейтронные звёзды
Нейтронные звезды образуются в результате катастрофического сжатия (коллапса) обычных звезд, исчерпавших источники термоядерной энергии. Звездное вещество представляет собой раскаленную плазму с высокой электропроводностью, В такой плазме силовые линии магнитного поля приклеены к частицам, т. е. двигаются вместе с плазмой (это называется «вмороженностью» магнитного поля). При сжатии звезды общее число силовых линий, пронизывающих звезду (поток магнитного поля), сохраняется. Следовательно, при сжатии увеличивается число силовых линий, приходящееся на единицу площади сечения звезды, т. е. растет напряженность магнитного поля. Очевидно, напряженность поля нарастает обратно пропорционально квадрату радиуса звезды. В этом смысле магнитное поле при сжатии увеличивается.
Однако если мы будем измерять напряженность магнитного поля на некотором расстоянии от сжимающейся звезды, то обнаружим уменьшение поля. Это легко понять, если вспомнить, что напряженность поля на некотором расстоянии от системы токов прямо пропорциональна ее магнитному дипольному моменту, который в данном случае есть произведение магнитного потока, пронизывающего звезду, на ее радиус (для простоты вычислений примем его равным 7 км). Очевидно, при таком сжатии магнитное поле на поверхности усилится в 10 млрд. раз (дипольный момент уменьшится в 100 тыс. раз, а квадрупольный в 10 млрд. раз).
Полученная оценка весьма приближенная, хотя бы уже потому, что из звезды типа Солнца нейтронной звезды не сделаешь. Нужны более массивные звезды. И все-таки эта оценка дает правильное представление о порядке величины магнитного поля.
Изменение магнитного поля при коллапсе звезды
Поле на поверхности звезды возрастает от величины В0 до величины В (нейтронная звезда). В некоторой пробной точке А, удаленной на расстояние Кд, напряженность поля, наоборот, падает от величины В к величине Вд.
Распространив приведенные рассуждения на более высокие мультипольные моменты магнитного поля, мы легко получим изящный результат: коллапс звезды очищает ее магнитное поле; так как более высокие мультиполи звезды пропорциональны более высоким степеням ее радиуса, при сжатии они исчезают еще быстрее, чем дипольный момент. Коллапс звезды является как бы чистилищем для ее магнитного поля. Это свойство коллапса оправдывает традиционное предположение о чисто дипольном характере магнитного поля нейтронных звезд.