Коротко и по существу — механизмы рождения, поддержания и проявления сильных полей у нейтронных звёзд (магнетаров) и почему их эмиссия разная.
1) Рождение и начальное усиление поля
- Магнитный “замороз” при коллапсе: при сжатии ядра сохраняется магнитный поток, поэтому поле растёт примерно как площадь:
$B_{\mathrm{NS}}\sim B_{\mathrm{core}}{\left(\frac{R_{\mathrm{core}}}{R_{\mathrm{NS}}}\right)}^2.$ - Динамо в протонейтронной звезде: быстрый поворот + интенсивная конвекция (секунды после коллапса) + дифференциальное вращение дают эффективный α–Ω/турбулентный динамо и могут поднять $B$ до $10^{14}-10^{16}$ G.
- Магниторотационные механизмы (MRI, оборачивание поля) быстро трансформируют полевую энергию в тороидальное поле — особенно при больших угловых скоростях.
- “Фоссильные” поля: сильное поле может быть унаследовано от магнитного ядра предшественника и просто усилено при сжатии.
2) Энергетика и масштаб поля
- Магнитная энергия порядка
$E_B\sim \frac{B^2}{8\pi }\cdot \frac{4\pi R^3}{3}=\frac{B^2{R}^3}{6}.$ При $B\sim 10^{15}$ G и $R\sim 10^6$ cm получается $E_B\sim 10^{46-48}$ эрг — достаточно для гигантских вспышек магнетаров.
- Оценка дипольного поля по шпонту вращения:
$B_{\mathrm{dip}}\simeq 3.2\times 10^{19}\sqrt{P\dot{P}}\mathrm{G}.$
3) Регулирование и эволюция поля (внутренние процессы)
- Омическое распадание (рассеяние тока): время порядка
${\tau }_{\mathrm{Ohm}}\sim \frac{4\pi \sigma L^2}{c^2},$ где $\sigma$ — проводимость, $L$ — характерный масштаб (внешняя кора — $10^4-10^6$ лет и более в зависимости от условий).
- Галли-эффект (Hall drift): невязкое перенесение поля в коре/крусте, не диссипирует энергию напрямую, но переносит её на мелкие шкалы, где она быстро рассеивается; время масштабируется как
${\tau }_H\propto \frac{n_e{L}^2}{B}.$ Для магнетаров ${\tau }_H\sim 10^3-10^5$ лет (в коре/крусте).
- Амперболическая диффузия (ambipolar diffusion) в сверхплотном ядре: перенос поля и высвобождение тепла; чувствительна к супергидродинамике, нейтронной/протонной сверхтекучести — типичные времена $10^4-10^6$ лет.
- Магнитно-механическая обратная связь: напряжения в коре (магнитные силы) могут вызвать трещины коры, пластические деформации, изменение проводимости и перераспределение поля.
- Суперпроводимость/сверхтекучесть в ядре меняет характер токов и темпы эволюции (например, квантованная магнитная воронка в протонной сверхпроводимости).
4) Топология поля и её роль
- Полоидное (внешнее) поле контролирует радиоспин-даун и внешнюю эмиссию; тороидальное/внутреннее поле хранит много энергии и может не проявляться в измерениях $P,\dot{P}$.
- Сильное внутреннее тороидальное поле создаёт большие напряжения в коре и обеспечивает источники для вспышек и отопления, даже если внешнее дипольное поле умеренное.
5) Почему разнообразие эмиссионного поведения
- Разные начальные условия: скорость вращения в момент рождения, интенсивность и длительность конвекции/динамо, наличие фоссильного поля → разные $B$ и топологии.
- Топология: объёмное тороидальное поле даёт мощные внутренние разряды и частые вспышки; чисто дипольная конфигурация — больше спокойный радиопульсарный тип.
- Магнитное расщепление/скручивание магнетосферы: торсионные “скрутки” (twists) вызывают токи в магнетосфере, повышают постоянную X‑лучевую светимость и создают условия для реконифигураций и коротких вспышек. Раскручивание сопровождается сериями вспышек и изменением спектра.
- Кора vs ядро: если энергия рассеивается преимущественно в коре → долгосрочное нагревание и устойчивый яркий мягкий X‑лучевой поток; если энерговыделение локализовано в коре → пластические или разрушающие события (корочные разломы) и короткие жёсткие вспышки/гигантские флейры.
- Возраст и охлаждение: молодые объекты активнее (достаточно энергии и подвижности поля); старые — поле рассеивается, активность снижается, спектр меняется.
- Дополнительные факторы: химический состав поверхности/оболочки, присутствие остаточного (fallback) диска, наклон магнитной оси, окружение — влияют на наблюдаемые спектры и временные профили.
6) Наблюдательные следствия и связи
- Магнетары: $L_X$ часто превышает ${\dot{E}}_{\mathrm{rot}}$ → питание магнитной энергии. Короткие и гигантские вспышки объясняются внезапной перестройкой поля/разрывом коры.
- Разнообразие классов (AXP, SGR, транзиенты) — естественный результат вариаций полевой энергии, топологии и эволюции (Hall/Ohm/ambipolar).
Короткий итог: сильные поля формируются сочетанием фоссильного усиления при сжатии и быстрого динамо/MRI в протозвезде; их дальнейшая эволюция и проявления управляются взаимодействием полевых топологий, диссипативных процессов (Ohm, Hall, ambipolar), механики коры и магнетосферных токов. Разнообразие эмиссионного поведения объясняется вариациями начальных условий, внутренней топологии поля, темпами распада и локализацией высвобождения энергии.