Источник энергии

Периодичность импульсов радиопульсара выдерживается с удивительной точностью. Это самые точные часы в природе. И все же для многих.пульсаров удалось зарегистрировать и регулярные изменения их периодов. Конечно, это исключительно малые изменения и происходят они крайне медленно, так что регулярность следования импульсов нарушается лишь очень слабо. Характерное время изменения периода составляет для большинства пульсаров приблизительно миллион лет; это означает, что только за миллион лет можно ожидать заметного - скажем, вдвое - изменения периода.

Во всех известных случаях радиопульсары увеличивают, а не уменьшают свой период. Иными словами, их вращение замедляется со временем. Что-то тормозит вращение нейтронной звезды, на что-то тратится ее энергия вращения. Так не служит ли вращение источником, питающим излучение пульсара?

Чтобы это проверить, нужно сделать прежде всего энергетическую оценку. Если пульсар действительно излучает за счет вращения, то кинетическая энергия вращения должна обеспечивать наблюдаемую мощность излучения, его светимость. Ориентировочную оценку кинетической энергии вращения звезды можно получить по простой формуле

E=0.5MV²

где М - масса звезды, V -характерная скорость вращения, в качестве которой можно взять линейную скорость вращения на экваторе звезды. При типичном периоде Р = 1 с и радиусе нейтронной звезды 10000 м находим :

E=0.5MV² = 3*10³⁹Дж

Таков запас энергии вращения. Оценим теперь темп ее использования. Если период пульсара увеличивается вдвое за время t, то за то же время кинетическая энергия вращения нейтронной звезды уменьшается в 4 раза

E=V²=P^-2

Значит, за время t теряется 3/4 начального запаса энергии вращения. Средняя потеря энергии в единицу времени:

W=E - 1/4E/t=E/t=10²⁶ Вт

Мы приняли здесь в качестве t характерное время, равное одному миллиону лет, и воспользовались предыдущей оценкой энергии вращения Е. Величина W - средняя мощность, связанная с расходованием энергии вращения, что для типичного пульсара на несколько порядков выше его радиосветимости

10¹⁹-10²² Вт

Для пульсара Крабовидной туманности, период которого составляет одну тридцатую секунды, оценку нужно сделать отдельно. У него и характерное время увеличения периода не миллион лет; как показывают наблюдения, оно сравнимо с его возрастом, т. е. близко к тысяче лет. В этом случае мощность Ж окажется в миллион раз больше, чем по соотношению (1.5); она превышает на несколько порядков полную светимость этого пульсара во всех диапазонах волн.

Можно, таким образом, сказать, что предположение о вращении как источнике энергии пульсара выдерживает первую проверку: кинетическая энергия вращения нейтронной звезды достаточно велика и она способна служить резервуаром, из которого излучение черпает свою энергию. При этом на излучение тратится только небольшая доля общего расхода энергии.