Выравниваются ли магнитные моменты нейтронов друг с другом, создавая магнитное поле и лучи излучения пульсара и/или магнитара?

Некоторые теории утверждают, что магнитное поле нейтронной звезды является остаточным, оставшимся после создания остатка. Веские аргументы в пользу этого приведены в работе Flowers & Ruderman (1977) ¹ :

1. Механизмы динамо, ответственные за магнитные поля многих небесных тел, не могут существовать в зрелых нейтронных звездах, потому что затухание движения жидкости устранило бы любое значительное движение проводящей жидкости внутри остатка.
2. Постоянные магниты не могут существовать внутри нейтронных звезд, согласно современным моделям (это, правда, с 1977 года; с тех пор мы сделали больше шагов в понимании нейтронных звезд).

Следовательно, магнитное поле нейтронной звезды должно быть «окаменелым». Это не означает, что эти поля не могут возникнуть снова — на самом деле в Прайсе и Россвоге (2006) представлены аргументы в пользу того, что во время слияния нейтронных звезд незадолго до катастрофического события (например, гамма-всплеска) магнитные поля могут усиливаться. значительно. Однако в результате слияния эти два тела могут быть уничтожены.

Я должен также упомянуть второй основной механизм формирования магнитного поля, обсуждаемый (среди прочих) ( Spruit ). В этом механизме магнитные поля генерируются за счет коллапса ядра, конвекции, генерации поля в «стабильных зонах» и нейтринной конвекции.

Однако не все верят, что магнитные поля не могут расти после образования нейтронных звезд. В этом обзоре обсуждается несколько моделей, которые говорят, что тепловые процессы могут происходить в течение примерно 100 000 лет после образования нейтронной звезды, которые могут создавать магнитное поле. Есть две основные модели:

1. Модель батареи, первоначально предложенная для «обычных» звезд, таких как Солнце, утверждает, что разные ионизированные компоненты вблизи ядра объекта ведут себя по-разному из-за разных гравитационных масс, а электроны немного блуждают наружу из-за гравитации и парциального давления. Это действует как батарея, генерирующая токи, которые, в свою очередь, создают магнитное поле. Однако вещество в нейтронной звезде вырождено, поэтому прямолинейный вариант этого механизма невозможен. Возможно, что зависимость давления от температуры могла бы решить эту проблему, но эта модель по-прежнему не пользуется популярностью.

2. Термоэлектрический механизм решает проблему вырожденных компонентов, возникающую в модели батареи. Для этого требуется ненулевой вертикальный градиент температуры (который присутствует) и существующее «затравочное» магнитное поле. Градиент перемещает «более горячие» электроны вверх и «более холодные» электроны вниз, что создает горизонтальный градиент температуры. Этот градиент требует, чтобы изменения давления шли рука об руку с ним, что, таким образом, вызывает термоэлектрическое поле. Термоэлектрическое поле помогает расти «затравочному» полю.

   Здесь основное уравнение

   $$\frac{\partial\vec{B}}{\partial t}=\overbrace{\vec{\nabla}\times\left(\vec{V}\times\vec{B}\right)}^{\text{Field convection term}}-\overbrace{\vec{\nabla}Q_0\times\vec{\nabla}T}^{\text{Battery term}}-\overbrace{\vec{\nabla}\times\left[\frac{\vec{\nabla}\times\vec{B}}{4\pi\sigma_0}\right]}^{\text{Ohmic decay term}}$$

Существуют различные теории о том, почему у нейтронных звезд есть магнитные поля — некоторые даже говорят, что нейтронные звезды — это гигантские магниты ² . Дело в том, что на данный момент нет единого мнения о том, что является фактической причиной. Не похоже, что то, что вы предлагаете, правильно, но мы не можем быть уверены, потому что моделирование конвективных процессов в этих условиях (как и недр нейтронных звезд) не просто. Например, необходимо учитывать дифференциальное вращение . Похоже, что ответ на ваш вопрос - "нет".

^{1 Они также объясняют, что при рождении ось вращения и магнитный диполь почти выровнены, и что диполь со временем дрейфует, что приводит к зазору, как показано на картинке, связанной с вопросом.
2 Сопроводительный документ: Hansson & Ponga (2011) .}

Я читал, что магнитное поле Земли создается динамо-эффектом, при котором конвекционные потоки в электропроводящей магме внешнего ядра Земли создают электрические токи, создающие магнитное поле.

Есть несколько способов содрать шкуру с кота Шредингера. Посмотрите, где мы говорили об эффекте Эйнштейна-де Хааса здесь . Стержневой магнит похож на соленоид, и в обоих случаях электроны вращаются и вращаются. Но электрон сам по себе «ведет себя как крошечный стержневой магнит» . Или как маленькая стрелка компаса. Все электроны в железном ядре выровнены по спину, как маленькие стрелки компаса, указывающие на север. Затем, когда вы меняете направление тока, все они переворачиваются и указывают на юг.

Но если большая часть вещества в нейтронных звездах состоит из сверхтекучих электрически нейтральных нейтронов, мне кажется, что теория динамо там бы не работала

Звучит разумно. Соленоид имеет магнитное поле только потому, что электроны вращаются и вращаются, а ионы металлов - нет. Если бы электроны были связаны с ионами, не было бы ни электрического тока, ни магнитного поля. Но действительно ли нейтронная звезда состоит из нейтронов? Позвоним другу : «Современные модели показывают, что вещество на поверхности нейтронной звезды состоит из обычных атомных ядер, раздробленных в твердую решетку с морем электронов, протекающих через промежутки между ними. Возможно, что ядра на поверхности являются железом из-за высокой энергии связи железа на нуклон». На самом деле мы не знаем , что такое нейтронная звезда на самом деле.

Когда ядро ​​взрыва сверхновой звезды становится нейтронной звездой, оно содержит угловой момент исходной звезды в гораздо меньшем объекте, поэтому вращается очень быстро.

Мы уверены, что нейтронные звезды вращаются очень быстро. Их обнаружила Джоселин «не-нобелевка» Белл Бернелл .

Нейтронная звезда также содержит магнитное поле исходной звезды, поэтому я предполагаю, что ее магнитное поле также должно быть очень сильным.

Но на самом деле мы не знаем, содержит ли оно магнитное поле исходной звезды. У нас есть закон сохранения углового момента, но нет закона сохранения магнетизма.

Могло ли магнитное поле коллапсирующего ядра исходной звезды заставить нейтроны выровнять свои магнитные моменты? И в этом ли причина сильного магнитного поля пульсара?

Может быть. См . эту легкую для чтения статью НАСА о пульсарах: «Импульсы» высокоэнергетического излучения, которые мы наблюдаем от пульсара, возникают из-за смещения оси вращения нейтронной звезды и ее магнитной оси» . Это говорит о том, что интенсивное магнитное поле не связано с быстрым вращением. И см. это в справочнике по гигантским магнитам HDE 22868 : «Приступая к физике статьи Ханссона и Понги, они предполагают, что при формировании нейтронной звезды магнитные моменты нейтронов выравниваются». Как маленькие стрелки компаса.