Одни из самых загадочных объектов в космосе – магнетары, звезды с очень сильным магнитным полем. Об их существовании человечество узнало только в 1998 году, и до сих пор раскрыты далеко не все тайны магнетаров.

Двадцать лет назад произошло удивительное событие, которое едва не изменило нашу планету. Крошечная нейтронная звезда, известная как SGR 1806-20, находясь на расстоянии около 50000 световых лет, выпустила мощную вспышку, заставившую Землю "зазвенеть", как колокол.

Энергия этого взрыва была настолько велика, что она физически воздействовала на магнитное поле нашей планеты и ионизировала верхние слои атмосферы.

Магнетар – это редкий тип нейтронной звезды с невероятно мощным магнитным полем, в миллиарды раз превышающим магнитное поле Земли. Эти звёзды образуются из массивных звёзд, которые коллапсируют и взрываются.

Сжатие ядра приводит к образованию нейтронов, что делает такие объекты удивительно плотными. Например, один кубический сантиметр вещества из нейтронной звезды может весить 100 миллионов тонн!

Тем не менее, магнетары могут быть ещё более мощными, и их магнитные поля могут достигать квадриллионов раз превышающих земное. В такие моменты они могут произвести настоящие катастрофы в космосе.

Когда SGR 1806-20 выпустила свою сверхвспышку, это событие можно было сравнить с землетрясением магнитудой 32 – невероятная сила, в 32 секстиллиона раз превышающая самое мощное землетрясение на Земле.

Эта вспышка произошла всего за десятую долю секунды, и её энергия равнялась 10 триллионам солнечных. Весь этот гамма-излучающий поток достиг нашей планеты 27 декабря 2004 года.

Спутник НАСА "Свифт", запущенный за месяц до этого события, не был готов к такой мощной вспышке. Его детекторы были перегружены, хотя спутник не был даже направлен на источник.

Энергия магнетара привела к увеличению ионизации в ионосфере – верхнем слое атмосферы, а также оказала влияние на магнитосферу Земли. Хотя последствия были незначительными, для нас важно осознать, как могло бы быть, если бы этот магнетар находился ближе. Ближайшие к нам магнетары не выдают таких мощных вспышек, и SGR 1806-20 остается одним из самых мощных известных объектов своего класса.

Вспышка магнетара показывает, как неуправляемы силы Вселенной. Звёзды взрываются, а космические явления могут создавать хаос. Хорошая новость заключается в том, что расстояние значительно снижает опасность таких катастроф. Земля существует уже 4,6 миллиарда лет, и мы всё ещё здесь, живём и развиваемся.

Большинство звезд-магнетаров находятся довольно далеко от Земли, поэтому они изучены недостаточно хорошо. Что о них известно:
• Являются нейтронными звездами, которые образовались в результате вспышек сверхновых.
• Магнетар имеет диаметр около 20–30 км, но его масса обычно превышает солнечную. Это связано с тем, что звезды очень сжатые, и частичка их вещества размером с горох имела бы вес около 100 млн тонн.
• Магнитное поле объектов – от 1011 Тесла.
• Очень быстро вращаются вокруг своей оси – скорость может достигать тысяч оборотов в секунду.

Если бы человек находился рядом с нейтронной звездой магнетар, его бы разорвало на атомы сильнейшим магнитным полем. Если на поверхности нашей планеты магнитная индукция составляет в среднем 0,5 Гс, то у магнетара она достигает 1 квадриллиона Гс. Астрономы точно не могут объяснить, как образуется столь мощное магнитное поле. Согласно основной версии, причина этого – в совмещении конвекции с очень быстрым вращением в процессе образования звезды, но есть и другие теории происхождения объектов.

Сегодня ученым известно несколько десятков подобных звезд, но есть предположение, что магнетары во Вселенной существуют в количестве, доходящем до 30 миллионов. Первым среди открытых стал SGR 1806-20 на расстоянии около 50 тысяч световых лет. Несколько доказанных фактов об этих звездах:
• Сила притяжения некоторых из них больше, чем у черных дыр.
• В среднем магнетар существует около 1 миллиона лет.
• Некоторые звезды являются источниками настолько сильного рентгеновского излучения, что могут повредить электроприборы на Земле, даже находясь на большом расстоянии от нее.
• Выбросы гамма- и рентгеновских лучей происходят, когда в коре магнетара появляются трещины. За 0,1 секунды он выбрасывает количество энергии, сопоставимое с вырабатываемым Солнцем за столетие.

Если бы магнетар находился на расстоянии около 10 световых лет от Земли, гибель нашей планеты была бы неизбежной, поскольку под действием магнитного поля разрушился бы озоновый слой. К счастью, самая близкая к нам звезда подобного типа находится в созвездии Киль, на расстоянии примерно 9 тысяс световых лет от Земли.

Из-за относительно небольшой величины магнетаров, а также их удаленности от Земли, наблюдать их при помощи обычных, любительских телескопов не представляется возможным. Для наблюдения магнетаров наиболее подходит метод инфракрасного или рентгеновского сканирования неба. При помощи специальных агрегатов ученые пытаются обнаружить магнетары в космическом пространстве. Благо из-за того, что они излучают интенсивное магнитное поле и радиацию, обнаружить их с помощью приборов представляется намного более простой задачей.

На сегодняшний день, по разным источникам, человечеству известно от 30 до 150 магнетаров. Последняя цифра скорее характеризует не столько действительное количество магнетаров, сколько количество объектов, похожих на эти астрономические тела. По данным на 2007 год астрономами было открыто только 12 магнетаров. Среди них: SGR 1806-20, SGR 1900+14, 1E 1048.1-5937 и другие.

Первый объект, SGR 1806-20 представляет чрезвычайно мощный магнетар, который удален от нашей планеты на расстояние 14,5 килопарсек или 50 тысяч световых лет и находится на другом краю нашей Галактики. Второй, предположительно, взорвался в 1998 году, но его свет до сих пор доходит до Земли. Третий находится на относительно близком от нас расстоянии – всего 9 тысяч световых лет. Обнаружение каждого из этих магнетаров было настоящей сенсацией для астрономов. Обнаружение этих и других подобных им звезд продолжает радовать ученых и по сегодняшний день.

27 декабря 2004 года излучение от взрыва на поверхности SGR 1806-20 достигло Земли. В гамма-диапазоне взрыв был ярче полной луны и имел абсолютную величину около −29m.

Гамма-излучение воздействовало на ионосферу Земли, и ночью уровень ионизации был такой же, как днём. Магнетар за одну десятую долю секунды испустил больше энергии, чем Солнце испускает за 100000 лет.

Такой всплеск считается крупнейшим взрывом в галактике после того, как взорвалась сверхновая SN 1604, которую наблюдал Иоганн Кеплер в 1604 году. Необычайная яркость всплеска выражается также тем, что триггерные системы обсерваторий INTEGRAL и Swift отреагировали на всплеск, будучи направленными на соответственно 106 и 105 градусов в сторону от SGR 1806-20, так что он был даже вне поля зрения инструментов, а КА «КОРОНАС-Ф» вообще был экранирован Землёй и поймал «зайчик» всплеска, отражённый от Луны.

Аналогичный взрыв в пределах 3 парсек (10 световых лет) от Земли мог бы уничтожить озоновый слой и был бы эквивалентен ядерному взрыву мощностью 12 килотонн (50 ТДж), наблюдаемому с дистанции в 7,5 км. Ближайший известный магнетар 1E 2259 586 находится на расстоянии 4 килопарсек (13000 световых лет) от Земли.

Ранее, 5 октября 2004 года, была обнаружена серия всплесков SGR 1806-20 не таких сильных, как 27 декабря, что по мнению сотрудников ФТИ им. Иоффе РАН было похоже на серию всплесков SGR 1900+14, зарегистрированных 30 мая 1998 года, которые аналогично предшествовали более мощному всплеску 27 августа. Оба гигантских всплеска SGR 1806-20 и SGR 1900+14 оказались схожи не только по предварительным сериям всплесков, но также и формой кривых блеска. Ещё одна такая предваряющая серия всплесков SGR 1806-20 произошла 21 декабря 2004 года.

У всплеска 27 декабря несколько дней спустя антенной решёткой VLA также наблюдалось радиоизлучение «пузыря Ферми», вызванное синхротронным излучением, опять же аналогичное тому, что и в случае со всплеском SGR 1900+14, но во 100 раз более яркое на волновой частоте 8.46 ГГц; в последующие два дня наблюдений радиоизлучение ослабевало.

В 2004 году ученые наблюдали мощную вспышку в гамма-диапазоне от магнетара SGR 1806-20, расположенного в 50 тысячах световых лет от Земли. Нейтронная звезда за несколько секунд испустила больше энергии, чем Солнце за миллион лет. Происхождение вспышки установили быстро. Но спустя 10 минут за ней последовала другая, гораздо слабее и короче. Ее природа оставалась неизвестной на протяжении 20 лет. Теперь исследователи выяснили, что она ознаменовала рождение тяжелых элементов, таких как золото и платина.

Большинство элементов тяжелее железа, включая золото и платину, появляются в экстремальных условиях в результате так называемого r-процесса – образования более тяжелых ядер из более легких путем последовательного захвата нейтронов во время ядерных реакций. До недавнего времени считалось, что r-процесс возможен лишь в момент столкновения двух нейтронных звезд – сверхплотных остатков «погибших» светил, вещество которых состоит в основном из нейтронов.

Однако в 2017 году, после первого подтвержденного наблюдения такого события, стало ясно: одних столкновений недостаточно, чтобы объяснить обилие тяжелых элементов в Галактике. Ученые начали подозревать, что в космосе есть и другие «‎кузницы» тяжелых элементов.

Тогда исследователи обратили внимание на магнетары – нейтронные звезды, обладающие исключительно сильным магнитным полем, в триллионы раз сильнее земного. Эти объекты периодически производят мощнейшие вспышки гамма- и рентгеновского излучения. В декабре 2004 года астрофизики стали свидетелями одной из таких вспышек. Ее произвел магнетар SGR 1806-20, расположенный в 50 тысячах световых лет от Земли.

Основной выброс энергии длился всего несколько секунд, но за это время нейтронная звезда высвободила столько же энергии, сколько Солнце излучает за миллион лет. Через 10 минут после основного импульса приборы зарегистрировали вторую, более слабую вспышку, но ученые долгое время не могли разгадать ее природу.

Команда астрофизиков из США под руководством Брайана Метцгера (Brian Metzger) из Центра вычислительной астрофизики при Институте Флэтайрон в Нью-Йорке проанализировала астрономические данные за 20 лет наблюдений, выполненных космическими телескопами, и выяснила, что второй сигнал тоже исходил от магнетара SGR 1806-20. Он ознаменовал собой рождение тяжелых элементов.

По мнению исследователей, в условиях этой вспышки за считаные минуты произошел r-процесс, что привело к образованию тяжелых элементов, включая золото, платину и урана. Масса только одного такого «урожая» составила 2×10^24 килограмма, что эквивалентно массе 27 лун.

Ученые оценили, что подобные вспышки могут производить до 10 процентов всех тяжелых элементов в Млечном Пути. Это объясняет загадку, почему в молодых галактиках золота и платины оказалось намного больше, чем должно быть по расчетам. Магнетары начинают «работать» раньше, чем успевают сталкиваться нейтронные звезды. Они активны уже в начале жизни галактик и успевают произвести такое количество тяжелых элементов, которое невозможно объяснить одними столкновениями.

Как же работает этот процесс? При мощной вспышке магнетар сбрасывает часть своей коры – слой сверхплотного материала. Выброшенное вещество, насыщенное нейтронами, образует облако, где атомные ядра «захватывают» нейтроны быстрее, чем успевают распадаться. Так рождаются нестабильные тяжелые изотопы, которые со временем превращаются в стабильные элементы: золото, платину, уран. Распад этих изотопов сопровождается всплеском гамма-излучения. Именно этот «светящийся след» зафиксировали в 2004 году.

Чтобы уточнить вклад магнетаров в производство тяжелых элементов, нужны новые наблюдения. Задача непростая, ведь мощные вспышки случаются в Млечном Пути раз в несколько десятилетий, а во всей видимой Вселенной – примерно раз в год. Уловить момент помогут телескопы нового поколения, такие как NASA Compton Spectrometer and Imager, запуск которого запланирован на 2027 год.

SGR 1806–20 – это нейтронная звезда с невероятно мощным магнитным полем, известная как магнетар. Она была обнаружена в 1979 году и идентифицирована как источник мягкого гамма-излучения.

SGR 1806–20 находится на расстоянии примерно 14,5 килопарсек (50000 световых лет) от Земли, на противоположной стороне Млечного Пути, в созвездии Стрельца. Её диаметр не превышает 20 километров, а период вращения составляет 7,5 секунд, что соответствует скорости вращения 30000 километров в час.

SGR 1806–20 считается одним из самых намагниченных объектом из всех известных, с магнитным полем свыше 10^15 гаусс (10^11 Тесла) по интенсивности. Для сравнения, магнитное поле Солнца составляет от 1 до 5 гаусс, а Земли – от 0,25 до 0,65 гаусс.

В 2004 году, через 50 тысяч лет после произошедшего на поверхности SGR 1806–20 звёздного землетрясения, на Землю достигло излучение от взрыва. С точки зрения гамма-излучения, взрыв имел абсолютную величину около -29. Это было самое яркое событие, которое когда-либо наблюдалось на нашей планете из источников за пределами Солнечной системы.

За одну десятую секунды магнетар выделил больше энергии (1,0×10^40 Дж), чем Солнце за 150 тысяч лет (1,85 × 10^39 Дж). Считается, что этот взрыв был самым мощным из всех, которые наблюдались в нашей галактике с момента сверхновой SN 1604, которую наблюдал Иоганн Кеплер в 1604 году.

Гамма-лучи, попавшие в ионосферу Земли, вызвали дополнительную ионизацию, что привело к временному расширению ионосферы. Аналогичный взрыв в пределах 3 парсеков (10 световых лет) от Земли мог бы разрушить озоновый слой и был бы сравним с ядерным взрывом мощностью 12 килотонн на расстоянии 7,5 километров.

Ближайший к Земле известный магнетар – это 1E 1048,1–5937, расположенный на расстоянии 9 тысяч световых лет в созвездии Киль.

SGR 1806–20 находится в ядре радиотуманности G10.0–0.3 и является частью открытого скопления, названного в его честь – скопления 1806–20, одного из крупнейших регионов H II в Млечном Пути.

Скопление 1806–20 состоит из нескольких необычных звёзд, включая как минимум две богатые углеродом звёзды Вольфа-Райе (WC9d и WCL), два голубых гипергиганта и LBV 1806–20, одну из самых ярких и массивных звёзд в галактике.

Объект – радиопульсар PSR J1808-2024 и источник гамма-всплесков GRB 790107, который назвали так в астрономической базе данных «Simbad» Страсбургского университета, заинтересовал ученых впервые 7 января 1979 года. Тогда советский космический эксперимент "Конус" по изучению космических всплесков гамма-излучения зафиксировал от объекта всплеск. После, в ходе дальнейшего наблюдения, также были зафиксированы всплески. В 2004 году ученые обратили внимание на появление в нем новых гамма-вспышек, а 27 декабря этого года произошла вспышка, которую до этого ученые никогда не наблюдали. Излучение от нее, двигавшееся со скоростью света 300000 км/с, достигло Земли.

Исследователи выясняли, что источником вспышки стала звезда, масса которой равна массе Солнца. Ее размер около 20 км, напряженность магнитного поля – 10^15 Гаусс, при том, что магнитное поле Земли – 0,6 Гаусса. Эта звезда нейтронная – то, что остается после коллапса обычной звезды.

Нейтронные звезды обладают очень сильным магнитным полем и очень высокой угловой скоростью вращения вокруг собственной оси (SGR 1806-20 делает полный оборот за 7,5 секунд). Магнитное поле магнетаров может провоцировать взрыв звезды. Среди нескольких миллионов "обычных" нейтронных звезд только 12 нейтронных звезд магнетаров.

Вспышка SGR 1806-20, произошедшая 27 декабря, была в миллиарды раз мощнее обычной вспышки гамма-повторителей. Настолько мощный взрыв был отмечен впервые. Ведущие астрономические центры и спутники зафиксировали такой вселенский катаклизм. Ученые определили, что мощность вспышки составила 10^40 Ватт, такую энергию Солнце излучает за 150 тысяч лет. А продолжительность вспышки составила примерно 0.2 секунды. В оптическом диапазоне источник был ярче полной Луны. Вещество, выброшенное при вспышке, было хорошо видно в радиоволнах. За «послесвечением» стали следить в США, Австралии, Нидерландах и Индии.

Расстояние, на котором произошел взрыв, составило примерно 50000 световых лет от Земли. Несмотря на огромное расстояние, взрыв отразился на жителях планеты. Так, многие люди в этот день испытали проблемы со здоровьем. Кроме того, наблюдали сбои в работе различных технических приборов. Некоторые исследователи также связывают землетрясение в Индийском океане именно с этим катаклизмом.