Гравитация в неутронните звезди. Бяло джудже, неутронна звезда, черна дупка
Хипотезата за съществуването на неутронни звезди беше представена от астрономите V. Baad и F. tsvikki веднага след откриването на неутрон през 1932 г. Но потвърждава тази хипотезна наблюдения само след отварянето на пулсарите през 1967 година.
Неутронните звезди се образуват в резултат на гравитационния колапс на нормалните звезди с маси няколко пъти по-слънчеви. Плътността на неутронната звезда е близо до плътността на атомното ядро, т.е. В 100 милиона пъти по-висока от плътността на конвенционалното вещество. Ето защо, с огромната му маса, неутронната звезда има радиуса на всички добре. 10 км.
Благодарение на малкия радиус на неутронната звезда, силата на тежестта на повърхността му е изключително голяма: около 100 милиарда пъти по-висока от земята. От колапс тази звезда държи "налягането на дегенерацията" на плътно неутронно вещество, което не зависи от неговата температура. Обаче, ако масата на неутронната звезда става над 2 слънчева енергия, тогава силата на гравитацията ще надвиши това налягане и звездата няма да може да устои на колапса.
Неутронните звезди имат много силно магнитно поле, достигащо на повърхността 10 12 -10 13 GC (за сравнение: земята е около. 1 GS). С неутронни звезди се свързват небесни предмети два различни вида.
Пулсар
(Радиапулса). Тези обекти стриктно редовно излъчват импулси на радиовълни. Радиационният механизъм не е напълно ясен, но се смята, че въртящата се неутронна звезда излъчва радар в посоката, свързана с нейното магнитно поле, оста на симетрията на която не съвпада с оста на въртене на звездата. Следователно, въртенето причинява въртене на радиол, периодично насочено към земята.
Рентгеново двойно.
С неутронни звезди, включени в двойна система с масивна нормална звезда, също са свързани с пулсиращи рентгенови източници. В такива системи газът от повърхността на нормалната звезда пада върху неутронната звезда, ускорявайки се огромна скорост. Когато неутронната звезда удари повърхността на неутронната звезда, има 10-30% от моята енергия, докато с ядрени реакции този показател не достига 1%. Нагрята до висока температура повърхността на неутронната звезда става източник на рентгено излъчване. Въпреки това, спадът на газа не се случва равномерно по цялата повърхност: силното магнитно поле на неутронната звезда улавя падащия йонизиран газ и го изпраща магнитни полюсикъдето той пада като във фуния. Следователно само зоните на поляците са силно нагрят, които на въртящата се звезда се превръщат в източници на рентгенови импулси. Радиопроизводителите от такава звезда вече не са получени, тъй като радиовълните се абсорбират в околния му газ.
Структура.
Плътността на неутронната звезда расте с дълбочина. Под слоя на атмосферата дебелината само на няколко сантиметра е течна метална обвивка с дебелина от няколко метра, а по-ниска - твърда кора от километър. Същността на кората прилича на обичайния метал, но много по-гъст. Във външната част на кората е предимно желязо; С дълбочината на състава му увеличава дела на неутроните. Където плътността достига добре. 4h 10 11 g / cm 3, делът на неутроните се увеличава толкова много, че някои от тях вече не са част от ядрата, но образуват солидна среда. Там веществото е подобно на "морето" на неутроните и електроните, в които е приложена ядрата на атомите. И при плътност прибл. 2H 10 14 g / cm 3 (плътността на атомното ядро) обикновено изчезва от отделни ядки и остава твърда неутронна "течност" с смес от протони и електрони. Вероятно неутроните и протоните се държат едновременно като суперфлуидна течност, подобна на течни хелий и свръхпроводящи метали в земните лаборатории.
Веществата на такъв обект надвишават плътността на атомното ядро \u200b\u200bняколко пъти (което за тежка ядра е средно 2,8 ° 10 17 kg / m³). По-нататъшното гравитационно свиване на неутронната звезда предотвратява натиска ядрена материявъзникване поради взаимодействието на неутроните.
Много неутронни звезди имат изключително висока скорост на въртене - до няколко сто сто частици в секунда. Неутронните звезди възникват в резултат на огнища на свръхнови.
Общ
Сред неутронните звезди с надеждно измерени маси, мнозинството влиза в интервала от 1,3 до 1.5 маси на слънцето, което е близо до стойността на границата на Чанрей. Теоретично, неутронните звезди са разрешени с маси от 0.1 до около 2.16 слънчеви маси. Най-масивните неутронни звезди от известни - Vela X-1 (има маса от най-малко 1,88 ± 0.13 слънчеви маси на ниво 1σ, което съответства на нивото на значимост α≈34%), PSR J1614-2230 bg (с Масова оценка 1, 97 ± 0.04 слънчева) и PSR J0348 + 0432 BG (с масова оценка от 2.01 ± 0.04 слънчева енергия). Гравитацията в неутронните звезди е изравнена от натиска на дегенеративния неутронния газ. Максималната стойност на масата на неутронната звезда се определя от границата на Openemeimer-Volkova, която зависи от (до лошото известно) уравнение на състоянието на веществото в ядрото на звездите. Има теоретични предпоставки за факта, че с още по-голяма плътност неутронните звезди се пренасят в кварк.
До 2015 г. бяха отворени повече от 2500 неутронни звезди. Около 90% от тях са единични. Общо 10,8 -10 9 неутронни звезди могат да съществуват в нашата галактика, т.е. някъде на една до хиляда обикновени звезди. За неутронни звезди се характеризира висока скорост (като правило, стотици km / s). В резултат на натрупването на веществото на облака, неутронната звезда може да бъде видима от Земята в различни спектрални диапазони, включително оптични, което представлява около 0.003% излъчвана енергия (съответства на 10 звезди).
Структура
В неутронната звезда могат да бъдат разграничени пет слоя: атмосферата, външната кора, вътрешната кора, външното ядро \u200b\u200bи вътрешното ядро.
Атмосферата на неутронната звезда е много тънък слой плазма (от десетки сантиметри при топли звезди до милиметри в студ), формира се термично излъчване на неутронна звезда.
Външната кора се състои от йони и електрони, дебелината му достига няколкостотин метра. Тънък (не повече от няколко метра) Близкият слой на гореща неутронна звезда съдържа не-дегенериран електронен газ, по-дълбоки слоеве - дегенериран електронен газ, с нарастваща дълбочина става релативистична и ултрарелативистична.
Вътрешната кора се състои от електрони, свободни неутрони и атомни ядра с излишен неутрон. С нарастващата дълбочина делът на свободните неутрони се увеличава и делът на атомните ядра намалява. Дебелината на вътрешната кора може да достигне няколко километра.
Външното ядро \u200b\u200bсе състои от неутрони с малка смес (няколко процента) протони и електрони. В неутронните звезди с ниска маса външното ядро \u200b\u200bможе да се простира в центъра на звездата.
Масивните неутронни звезди имат вътрешно ядро. Радиусът му може да достигне няколко километра, плътността в центъра на ядрото може да надвишава плътността на атомните ядра от 10-15 пъти. Съставът и уравнението на състоянието на вътрешното ядро \u200b\u200bе надеждно неизвестно. Има няколко хипотези, три най-вероятни от тях 1) кварк, в която неутроните се раздават в компонентите на горните и долните кваркети; 2) хипертон ядро \u200b\u200bот бариери, включително странни кварки; и 3) кодонът, състоящ се от двуцветни мезони, включително странни (анти) кварки. Понастоящем обаче е невъзможно да се потвърди или опровергае някоя от тези хипотези.
Охлаждане на неутронни звезди
По време на раждането на неутронна звезда (в резултат на супернова светкавица), температурата му е много висока - около 10 11 k (т.е. 4 порядъка по-висока от температурата в центъра на слънцето), \\ t Но това пада много бързо поради охлаждане на неутрен. Само за няколко минути температурата пада от 10 11 до 10 9 k, за един месец - до 10 8 K. След това происклитеността на неутрино намалява рязко (много зависи от температурата) и охлаждането се среща много по-бавно за фотона (термична) повърхностна емисия. Температурата на повърхността на известни неутронни звезди, в която успя да се измерва, е около 10 5 -10 6 k (въпреки че ядрото, очевидно, е много горещо).
Откриване на историята
Неутронните звезди са един от малкото класове космически обекти, които са теоретично предсказани преди отварянето на наблюдателите.
За първи път идеята за съществуването на звезди с повишена плътност дори преди откриването на неутрон, направен от Jeedwich в началото на февруари 1932 г., е изразено известен съветски учен Ландау. Така в статията му "върху теорията на звездите", написана през февруари 1931 г. и по неизвестни причини, закъсня за 29 февруари 1932 г. (повече от година по-късно), пише: "Очакваме всичко това [нарушение на законите на квантовата механика] трябва да се прояви, когато плътността на материята става толкова голяма, че атомните ядра ще влязат в близък контакт, образувайки едно гигантско ядро. "
"Витло"
Скоростта на въртене вече е недостатъчна за изхвърлянето на частиците, така че такава звезда не може да бъде радиоингулс. Въпреки това, скоростта на въртене е все още голяма, а метната звезда на матрака, която е заловена от магнитното поле, не може да падне, т.е. натрупването на веществото не се случва. Неутронните звезди от този тип практически няма наблюдавани прояви и слабо проучени.
Акретор (рентгенов пулсар)
Скоростта на въртене се намалява толкова много, че веществото сега не пречи на нещо да падне върху такава неутронна звезда. Падане, веществото, което вече е в състояние на плазмата, се движи по линиите магнитно поле И тя удари твърдата повърхност на тялото на неутронната звезда в района на нейните полюси, нагряване до десетки милиони степени. Веществото, което се загрява до такова високи температуриЯрко свети в рентгеновия диапазон. Районът, в който предизвикателството на инцидентното вещество се наблюдава с повърхността на тялото на неутронното звездство, е много малко - само около 100 метра. Тази гореща точка поради въртенето на звезда периодично изчезва от изгледа, поради което се наблюдават редовни пулсации на рентгеново лъчение. Такива обекти се наричат \u200b\u200bрентгенови пулсари.
Георотатор
Скоростта на въртене на такива неутронни звезди е малка и не предотвратява натрупването. Но размерът на магнитосферата е такава, че плазмата спира магнитното поле, преди да бъде заловено чрез гравитация. Такъв механизъм работи в земната магнитосфера, поради което този тип неутронства звезди и получи името си.
. \\ T
- Дмитрий Трънин. Астрофизиката изясни граничната маса на неутронните звезди (Neopr.) . Nplus1.ru. Дата на обжалване 18 януари 2018 г.
- H. Quaintrell et al. Масата на неутронната звезда в VELA X-1 и дигитално предизвика не-радиални трептения в GP Vel // Астрономия и астрофизика. - април 2003 г. - № 401. - стр. 313-323. - ARXIV: ASTRO-PH / 0301243.
- P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts & J. W. T. Hessels. Неутронна звезда с две слънчева маса, използвана с помощта на Shapiro закъснение (английски) // Природа. - 2010. - Vol. 467. - стр. 1081-1083.
Концепция за неутронни звезди
Концепцията за неутронни звезди не е нова: първото предположение за тяхното съществуване е направено от талантливи астрономи от Фриц Цвикс и Уолтър Бард от Калифорния през 1934 година. (Няколко по-рано през 1932 г. Възможността за съществуването на неутронни звезди е била предсказана от известния съветски учен Л. Д. Ландау.) В края на 30-те години той стана тема на изследване на други американски учени Oppenheimer и Volkova. Интересът на тези физици към този проблем е причинен от желанието да се определи последният етап от еволюцията на масивната горяща звезда. Тъй като ролята и значението на Supernova е разкрито по едно и също време, беше предложено неутронната звезда да бъде остатъкът от експлозията на свръхва. За съжаление, с началото на Втората световна война, вниманието на учените преминаха към военните нужди и подробно изследване на тези нови и в висока степен Бяха прекъснати мистериозни предмети. След това, в 50-те години, изследването на неутронните звезди се възобновява чисто теоретично, за да се установи дали имат връзка с проблема с раждането химически елементи В централните зони на звездите.Те остават единственият астрофизичен обект, чието съществуване и свойства са предвидени дълго преди тяхното откритие.
В началото на 60-те години откриването на космически източници на рентгеново лъчение беше много инцентирано от тези, които смятаха неутронните звезди като възможни източници на небесни рентгенови лъчи. До края на 1967 година. беше открит нов клас Небесни предмети - пулсар, което накара учените да объркт. Това откритие беше най-много важно събитие В изследването на неутронните звезди, тъй като тя отново повдигна въпроса за произхода на космическото рентгеново лъчение. Говорейки за неутронните звезди, трябва да се има предвид, че техните физически характеристики установени теоретично и много хипотетични, защото физически условияСъществуващите в тези органи не могат да бъдат възпроизведени в лабораторни експерименти.
Свойства на неутронните звезди
Гравитационните сили са от решаващо значение за свойствата на неутронните звезди. Според различни оценки, диаметрите на неутронните звезди съставляват 10-200 км. И това незначително пространство на космическите концепции "nabe" с такъв въпрос на вещество, което може да бъде небесно тяло, подобно на слънцето, с диаметър около 1,5 милиона км, а от теглото почти една трета от милион пъти по-тежък от земята! Естествената последица от такава концентрация на веществото е невероятно висока плътност на неутронната звезда. Всъщност се оказва толкова плътно, което дори може да бъде солидно. Силата на неутронната звезда е толкова голяма, че човек тежи там около един милион тона. Изчисленията показват, че неутронните звезди са много великолепни. Смята се, че магнитното поле на неутронната звезда може да достигне 1 mln. Милион Гаус, докато на земята е 1 Гаус. Радиус на неутронните звезди Приемат се около 15 км, а масата е около 0,6 - 0,7 маса на Слънцето. Външният слой е магнитосфера, състояща се от почистена електронна и ядрена плазма, която е проникнала с мощно магнитно поле на звездите. Тук се раждат радиосигнали, които са отличителен знак на пулсарите. Ултра-бързо заредени частици, движещи се по спиралата по магнитни електропроводи, водят до различни видове радиация. В някои случаи радиацията възниква в радиопредаването на електромагнитния спектър, в друга - радиация при високи честоти.Неутронна плътност на звездите
Почти веднага при магнитосферата плътността на веществото достига 1 / cm3, което е 100 000 пъти плътността на желязото. След това външният слой има метални характеристики. Този слой "супертьордско" вещество в кристална форма. Кристалите се състоят от ядра атоми с атомна маса 26 - 39 и 58 - 133. Тези кристали са изключително малки: да покриете разстояние от 1 см, трябва да построите около 10 милиарда кристала в един ред. Плътността в този слой е повече от 1 милион по-високи, отколкото във външната, или по друг начин, 400 милиарда пъти плътността на желязото.Преместване в центъра на звездата, пресичаме третия слой. Тя включва област от твърд кадмиев тип ядки, но също така богат на неутрони и електрони. Плътността на третия слой е 1000 пъти повече от предишния. Проникване в неутронната звезда по-дълбоко, постигаме четвъртия слой, докато плътността се увеличава леко - около пет пъти. Въпреки това, с такава плътност, ядрото вече не може да поддържа своята физическа цялост: те се разпадат в неутрони, протони и електрони. Повечето от веществото обитават под формата на неутрони. На всеки електрон и протон представляват 8 неутрона. Този слой по същество може да се счита за неутронна течност, "замърсени" електрони и протони. Под този слой е ядрото на неутронното звезди. Тук плътността е около 1,5 пъти повече, отколкото в надлежащия слой. Въпреки това, дори такова малко увеличение на плътността води до факта, че частиците в ядрото се движат много по-бързо, отколкото във всеки друг слой. Кинетичната енергия на неутронно движение, смесена с малко количество протони и електрони, е толкова голямо, че не се появяват неластични сблъсъци на частици. В процеса на сблъсък, всички известни в ядрена физика Частици и резонанси, които имат повече от хиляда. По всяка вероятност, настояще голям номер Все още ни е известен с частици.
Температура на неутронна звезда
Температурите на неутронните звезди са сравнително високи. Това трябва да се очаква, ако смятате как те възникват. За първите 10 - 100 хиляди години от съществуването на звездата температурата на ядрото намалява до няколкостотин милиона градуса. След това новата фаза се случва, когато температурата на звездното ядро \u200b\u200bбавно намалява поради емисиите на електромагнитно излъчване. Неутронна звездаИзчисленията показват, че когато експлозията е свръхнова с M ~ 25m, остава плътно неутронно ядро \u200b\u200b(неутронна звезда) с маса от ~ 1,6 метра. В звездите с остатъчна маса m\u003e 1,4 м, под свръхнова, налягането на дегенериращия електронен газ също не е в състояние да балансира гравитационните сили и звездата е компресирана преди състоянието на ядрената плътност. Механизмът на този гравитационен колапс е същият, както когато експлозията е свръхнова. Налягането и температурата вътре в звездата достига до такива стойности, в които електроните и протоните са "пресовани" взаимно и в резултат на реакцията
след изтласкване на неутрино се образуват неутрони, които заемат много по-малък обем от фаза от електроните. Така наречената неутронна звезда се случва, чиято плътност достига 10 14 - 10 g / cm3. Характерният размер на неутронната звезда е 10 - 15 км. В известен смисъл, неутронната звезда е гигантска атомна ядро. Допълнителна гравитационна компресия предотвратява натиска на ядрената част, произтичаща от взаимодействието на неутроните. Също така е налягането на дегенерация, както преди в случай на бяло джудже, но налягането на дегенерацията на значително по-плътния неутрон газ. Това налягане може да държи масите до 3.2 м.
Неутрино, генерирани по време на колапса, доста бързо охлаждаше неутронната звезда. Според теоретичните оценки температурата спада от 10 11 до 10 9 k по време на ~ 100 s. Върху скоростта на охлаждане леко намалява. Въпреки това, тя е достатъчно висока за астрономическия мащаб. Намаляване на температурата от 10 9 до 10 8 k се среща за 100 години и до 10 6 K - на милион години. Откриване на неутронни звезди оптични методи са доста трудни поради малкия размер и ниска температура.
През 1967 г. Университетът в Кеймбридж е открит космически източници на периодична електромагнитна радиация - пулсари. Периодите на повторение на импулс на пулса са в диапазона от 3.3 · 10 -2 до 4.3 p. Според съвременните идеи, пулсарите въртящи неутронни звезди с маса от 1 - 3м и диаметър 10 - 20 км. Само компактни обекти, които имат свойства на неутронните звезди, могат да поддържат тяхната форма, без да унищожават такива скорости. Запазването на ъгловия импулс и магнитното поле по време на образуването на неутронна звезда води до раждане на бързо въртящи се пулсари със силно магнитно поле B ~ 10 12 g.
Смята се, че неутронната звезда има магнитно поле, оста на което не съвпада с оста на въртене на звездата. В този случай радиацията на звездата (радио вълна и видима светлина) се плъзга на земята като лъчи на фара. Когато лъчът пресича земята, пулсът е регистриран. Радиацията на неутронната звезда се дължи на факта, че заредените частици от повърхността на звезда се движат по електропроводите на магнитното поле, излъчването електромагнитни вълни. Този механизъм на радио емисия на пулсара, първо предложен от злато, е показан на фиг. 39.
Ако лъчният лъч падне върху наблюдателя на Земята, тогава радиолескопът закрепва кратки импулси на радио емисии с период, равен на периода на въртене на неутронната звезда. Формата на импулса може да бъде много сложна, поради геометрията на магнитосферата на неутронната звезда и е характерна за всеки пулсар. Периодите на въртене на пулсарните стриктно постоянни и точствия на измерването на тези периоди достигат 14-цифрена цифра.
В момента Pulsars са открити в двойни системи. Ако Pulsar се върти в орбита около втория компонент, трябва да се наблюдават вариациите на периода на пулсара поради доплеров ефекта. Когато Пулсър се приближи до наблюдателя, регистрираният период на пулса, дължащ се на ефекта доплер, намалява и когато пулсарът се отстранява от нас, периодът му се увеличава. Въз основа на този феномен, пулсари, включени в състава двойна звезда. За първия открит PSR 1913 + 16 Pulsar, който е част от двойната система, орбиталният период на лечение е 7 часа 45 минути. Собствен период на лечение на PSR 1913 + 16 Pulsar е 59 ms.
Емисията на пулсара трябва да доведе до намаляване на скоростта на въртене на неутронната звезда. Такъв ефект също беше открит. Неутронната звезда, която е част от двойната система, може да бъде източник на интензивно рентгеново лъчение.
Структурата на неутронната звезда с тегло 1,4 м и радиусът от 16 км е показана на фиг. 40.
Аз съм тънък външен слой от плътно опаковани атоми. В райони II и III, ядрата са разположени под формата на кубична решетка, центрираща обем. IV регионът се състои главно от неутрони. В региона V, веществото може да се състои от божури и хиперонов, образувайки ядро \u200b\u200bна непринудена звезда. Понастоящем се изясняват отделни подробности за структурата на неутронната звезда.
Образуването на неутронни звезди не винаги е следствие от избухването на Supernova. Друг механизъм за образуване на неутронни звезди по време на еволюцията на белите джуджета в тясно двойно звездни системи. Потокът от субстанция със спътник на звездите на бял джудже постепенно увеличава масата на бялото джудже и при достигане критична маса (лимитът на Chandracekar) бялото джудже се превръща в неутронна звезда. В случая, когато потокът на веществото продължава и след образуването на неутронна звезда, масата му може значително да се увеличи и в резултат на гравитационен колапс, той може да се превърне в черна дупка. Това съответства на така наречения "тихо" колапс.
Компактните двойни звезди могат да се проявят като рентгенови източници. Той също така възниква поради натрупване на веществото, попадащо от "нормалната" звезда до по-компактна. При натрупването на веществото върху неутронна звезда с В\u003e 10 10 g, веществото попада в областта на магнитните полюси. Рентгеновата радиация се модулира чрез въртене около оста. Такива източници се наричат \u200b\u200bрентгенови пулсари.
Има рентгенови източници (наречени кариери), в които периодично, от няколко часа преди деня се появяват радиационни изблици. Характерното време на пръскането се увеличава - 1 сек. Продължителността на избухването от 3 до 10 секунди. Интензивността по време на избухването може да бъде 2-3 порядъка надвишаването на ослността в спокойното състояние. Понастоящем са известни няколко стотици такива източници. Смята се, че в резултат на това възникват радиационни изблици термонуклейни експлозии Вещества, натрупани на повърхността на неутронна звезда в резултат на натрупване.
Добре известно е, че при ниски разстояния между нуклеоните (<
0.3·10 -13 см) ядерные силы притяжения сменяются силами
оттал-кивания, т. е. противодействие ядерного вещества на малых расстояниях
сжимающей силе тяготения увеличивается. Если плотность вещества в центре
нейтронной звезды превышает ядерную плотность ρ яд
и достигает 10 15 г/см 3 , то в центре звезды наряду с
нуклонами и электронами образуются также мезоны, гипероны и другие более
массивные частицы. Исследования поведения вещества при плотностях, превышающих
ядерную плотность, в настоящее время находятся в начальной стадии и имеется
много нерешенных проблем. Расчеты показывают, что при плотностях вещества
ρ > ρ отрова е възможна такива процеси като появата на пионната конденза, преходът на неутронизираното вещество в твърдо кристално състояние, образуването на хаперон и quark gluon плазма. Възможно е образуването на суперфлуид и свръхпроводящи състояния на неутронното вещество.
В съответствие със съвременните идеи за поведението на веществото при плътности при 10 2 - 10 3 пъти надвишаването на ядрената (а именно такива плътности това е речтаКогато се обсъжда вътрешната структура на неутронната звезда), вътре в звездата се образуват атомни ядки близо до границата на стабилност. По-дълбоко разбиране може да бъде постигнато в резултат на изследване на състоянието на веществото в зависимост от плътността, температурата, стабилността на ядрената част в екзотичните съотношения на протонния номер към броя на неутроните в NP / NN, счетоводство за слаби процеси, включващи неутрино. Понастоящем единствената възможност за проучвания в плътността на големите ядрени са ядрените реакции между тежките йони. Въпреки това, експерименталните данни за сблъсъка на тежките йони не са достатъчно информация, тъй като постижимите стойности на n p / n n за целевото ядро \u200b\u200bи за ускореното ядро \u200b\u200bна зачервяване са малки (~ 1 - 0.7).
Точните измервания на периодите на радиолузари показват, че скоростта на въртене на неутронната звезда постепенно се забавя. Това се дължи на прехода кинетична енергия Въртене на звезда в емисионната енергия на пулсара и с неутрино излъчването. Малките промени в разклащането на периодите на радио болести се обясняват с натрупването на напрежения в повърхностния слой на неутронната звезда, придружени от "напукване" и "грешки", което води до промяна в скоростта на въртене на звездата . Наблюдаваните времеви характеристики на радиауларите съдържат информация за свойствата на "кора" на неутронна звезда, физически условия в нея и за суперфуцидността на неутронното вещество. В напоследък Намерени са значителен брой ра-диопуларисти с периоди на по-малки 10 държави-членки. Това изисква усъвършенстване на идеи за процесите, които се случват в неутронни звезди.
Друг проблем е изследването на неутрино процесите в неутронните звезди. Емисионният неутрино е един от механизмите на енергийната загуба с неутронна звезда в рамките на 10 5 - 10 6 години след образуването му.
Това са нашият психически експеримент. Изкуствено добавихме вещество за бяло джудже, но не трябва да се считат за такова предположение е абсолютно неправдоподобно. Както знаете, в червените гиганти се образуват бели джуджета. Те се състоят от вещество, за което термоядното изгаряне на водород и вероятно хелий, зад. На повърхността има и превръщане на водород в хелий. Във външните слоеве на непосредствена субстанция има темалидна реакция с водород и евентуално с хелий и масата на бялото ядро \u200b\u200bна червения гигант се увеличава. Както в нашия психически експеримент, бялото джудже се натрупва все повече и повече вещества (). Какво се случва, когато масата му надвишава 1,4 слънчева, лимитът на свещтакса, когато гравитационният колапс започва: той се забавя и се оказва от бяло джудже в неутронна звезда?
Някои учени смятат, че преди да се случи неутронната звезда, случаят не достига тук, защото преди това се случва, възниква въглеродна експлозия. Това е известно сега много малко. Нека бялото джудже, което е централното ядро \u200b\u200bна червения гигант, се състои главно от въглерод. Смята се, че още преди началото на гравитационния колапс, въглеродът влиза в термоядрената реакция и експлозията разпространява звездата към Shatongi - не се оформя неутронната звезда. В такава свръхнови в останките облак, ние не откриваме неутронната звезда: от там те не продължават с пулсари. И наистина, пулсарите не бяха открити в нито мястото на суперновата тихо накуска, нито на мястото на свръхнови, въпреки че и двата мъглявина са по-млади от рака. Обезщетението Orbital Einstein е открило в съзвездието на Касиопея останките на свръхнова, които триста години остават незабелязани, скрити от облака на земните наблюдатели звезден прах. Очевидно тук неутронната звезда също отсъства. Има ли някакво пълно унищожаване на звездата в резултат на взрива на въглерод?
Дали всички масивни звезди завършват съществуването си от въглеродна експлозия? Днес тя определено не е известна на никого. Възможно е също след началото на термонуклейната реакция, въглеродът изгаря сравнително спокойно, без експлозия. Тогава бялото джудже в центъра на червения гигант придобива маса и, както в нашия психически експеримент, се срути в неутронна звезда. Освободената енергия, както в "железната катастрофа", се излъчва в пространството, което ни представя величествената гледка към експлозията на свръхнова. Може би това се случи в случая на експлозия на супернов от 1054 г., когато се появи мъглявината. Историята тук може да бъде така.
Имаше звезда с маса, равна на пет слънчеви. В дълбините си тя изгори водород и когато ядреното гориво приключи, звездата се превърна в червен гигант. В центъра на звездата започва изгарянето на хелий и когато хелий изгори, се образува въглеродно ядро. Централната част на звездата започва да бъде въглеродно ядро, заобиколена от хелий обвивка, а плътността на веществото беше толкова голяма, както в бялото джудже. На повърхността на хелийната обвивка, превръщането на водород в хелий продължава и на границата между хелий и въглерод хелий се превръща в въглерод. Масата на това ядро, което по същество е бялото джудже, се е увеличило през цялото време, а когато през 1054 г. достига 1,4 слънчеви маси, възникна гравитационен колапс, който не може да предотврати изгарянето на въглерода. В същото време пуснати голямо количество Енергия, която изтича в пространството на външната обвивка на звездите. Днес го виждаме като мъглявина. Бялата джудже за по-малко от една минута се превърна в неутронна звезда, която радиосигналите приемат радиосигналите, взети от нас от пулсара в crabovoid мъглявина до днес.
Какво от трите варианта съответстват на експлозиите на Supernova? "Желязната катастрофа", когато железното ядро, образувано вътре в звездата, попада под действието на гравитационните сили? Бяла джуджеКой, като тумор на рака, поглъща звездите, докато масата на нея достигне критичната стойност, на която се случва колапсът? Или в експлозия на въглерод, гладна звезда за смърдънка дори преди бялото джудже да има време да се превърне в неутронна звезда?
В други галактики има два вида Supernova.
Те се различават по интензивността на светлинното огнище. Вероятно експлозията на Supernova може да отговори на някой от изброените по-горе механизми. Масивните звезди са оформени железни ядро, звездите с маса от 10 до 1.4 слънчева светлина умират след образуването в центъра на белите джуджета, независимо дали поради въглерод взрив или поради появата на неутронна звезда.
Само звезди с маса под 1,4 слънчева енергия, както и тези, които имат време да се отърват от допълнителната маса чрез формирането на планетарните мъглявини или от звездния вятър, тихо завършват съществуването им. Те се превръщат в бели джуджета, в които няма ядрени реакции и които са в устойчиво равновесие.
Експеримент с неутронна звезда
Неутронните звезди имат собствени проблеми с равновесие. Нека прекараме друг психически експеримент. Помислете за пулсара в мъглявината на раци, което вероятно е неутронна звезда с маса, равна на слънчевата. Представете си, че в нашия космически експеримент можем да увеличим масата на неутронната звезда, постепенно добавянето на неутронно вещество върху повърхността му. И се оказва отново, че с увеличаване на масата на радиуса на звездата намалява: знак, че силата на гравитацията все повече се поема над налягане. Когато нарастващата маса на неутронната звезда достига около две слънчеви, ще се появи гравитационен колапс, който продължава секунда. Може ли нещо да спре? Може ли въпросът да отиде в някаква нова форма на вещество, в което налягането, увеличаването, ще се противопостави на силата на гравитацията, както и случаят с белите джуджета, където след превръщането на веществото на звездите в неутронните вещества е в състояние да установи равновесие? Физиката днес е склонна да приеме, че нищо не може да спре гравитационния срив на неутронната звезда.
Силата на гравитацията се увеличава и скоро налягането спира да играе всяка важна роля: неутронната звезда се намалява до незначителни малки размери. В съседство на компактен обект с огромна маса, гравитацията е изключително силна; Какво се случва тук е описано вътре обща теория Относителността на Алберт Айнщайн. По-специално, общата теория на относителността твърди, че тежестта влияе върху разпространението на светлината. Гравитационното поле на слънцето действа върху лъчите на звездите, достигащи наблюдателя на Земята, като обектив (фиг. 11.2). Разстоянието между звездите се оказа, че е от различни страни на слънчевия диск, изглежда е малко увеличен. Този ефект е изключително малък; Това е почти в границата на точността на измерването, достъпна за нас. Въпреки това, тя може да се наблюдава по време на пълно sun Eclipse.Когато луната покрива слънчев диск, и звездите се появяват в небето през деня. В тези няколко минути, което трае този небесен изглед, можете да измерите кривината на светлинните лъчи, преминаващи близо до слънцето. Оказа се, че тази кривина съответства на прогнозите за общата теория на относителността.
Фиг. 11.2. Отклонение от светлинни лъчи близо до слънцето. Две отдалечени фиксирани звезди изпращат светлина във всички посоки. Техните лъчи А и В, преминаващи близо до слънцето, се показват с твърди линии. В гравитационното поле на слънчевите лъчи са усукани. Наблюдателят на Земята, светлината изглежда идва в посоките, показани от тирето линии: му се струва, че звездите ще бъдат допълнителни от другия, отколкото по това време, когато се наблюдават в небето далеч от слънцето. Слънцето, така, действа върху лъчите като обектив, който се движи през годината в небето и "увеличава" част от небето в квартала си (един, разбира се, който не е затворен от самия слънчев диск). Този ефект е много малък и може да бъде измерен само по време на пълно слънчево затъмнение.
Ефектът от кривината на светлинните лъчи в областта на гравитацията играе много важна роля, когато същността на нашата неутронна звезда, вече не се държи с нея, падна в центъра си. Ще се опитаме да си представим този процес в бавно движение. Първо, неутронната звезда все още е в равновесие. На повърхността си кривината на светлинните лъчи става вече забележима, тъй като силата на гравитацията е много висока тук. Изходящи от повърхността на светлинния лъч се движат по извита траектория, докато не напусне повърхността за достатъчно голямо разстояние, където тежестта не е толкова силна и по-нататък отива по права линия (фиг. 11.3, а).
Фиг. 11.3. Отклонение на светлината близо до разгъване на неутронна звезда. В близост до звездната повърхност, траекторията на светлинния лъч е усукана (а). Колкото по-малък е радиусът на звездата, толкова по-силен е кривината (b), така че светлината може да направи няколко завъртания около звездата (б), преди да влезе в пространството. Радиусът на звездата е станал по-малък от радиуса на Schwarzschald (D). Лекият лъч, идващ от повърхността, е усукан толкова много, че се връща обратно към звездата. На фигурата (d) скалата се увеличава по отношение на (в) приблизително два пъти (вляво) и за яснота на правилната цифра се увеличава няколко пъти. Инсултът показва радиуса на Schwarzschild.
Когато започва масата на неутронната звезда и се срутват, гравитационното поле на повърхността се увеличава още повече. Кривирането на светлинните лъчи става толкова силно, че лъчът светлина се отклонява в "хоризонталната" посока, отива няколко пъти, преди да напусне пространството (). Светлината става все по-трудна за преодоляване на привличането на звездата и когато по време на разпадането на звездата, която ще приемем, сега има маса, равна на три слънчеви, достигайки радиус от 8,85 километра, светлината вече не може да влезе в космоса . Лекият лъч, вариращ от повърхността, се усуква в тежестта толкова много, че се връща към повърхността (). Светлоотградената светлина, която се връща обратно, като камъните, изхвърлени на земята. Никоя радиация не прекъсва в външния свят, за да предаде новината за тъжната съдба на нашата звезда. Подобен обект се нарича черна дупка.
Черни дупки
Както видяхме, тялото, подложено на достатъчно значима компресия, след известно време престава да освобождава светлинните лъчи. Радиусът, в който започва да се случва, първо изчислява Карл Шварцшилд. Очевидно може да се счита за най-великия астрофизист на първата половина на ХХ век. Той принадлежи на фундаменталния принос към много секции на астрофизиката. След като Айнщайн формулира уравненията на общата теория на относителността, малко преди смъртта си, получи първите точни решения за тях, описвайки по-специално и свойствата на черни дупки. Шварцшилд е директор на обсерваториите в Готтинген и Потсдам; През 1916 г. на 43-годишна възраст той е починал от болестта, която е получил на фронтовете на Първата световна война. Прахът му почива централно гробище В Gotingen.
Радиусът, към който е необходимо да стиснете тялото, така че светлината да не може да влезе в космоса, се нарича радиус на Шварцшад. Това е около три километра за слънцето. Ако стиснете слънцето на този или по-малък радиус, светлината му няма да излезе. Най-общо казано, радиусът на Schwarzschald може да бъде изчислен за всяко тяло. Колкото по-малко телесното тегло, толкова по-малко и радиуса на Schwarzschild. За количеството вещество, от което се състои лицето, радиусът на Schwarzschald е толкова малък, че ако е изразен в сантиметри, той ще се окаже нула и още двадесет и една нула след запетая и се появяват само числата, различни от нула. Ако стиснем маса, равна на масата на човек, до такъв малък радиус, тогава светлината няма да остави външното пространство.
Обръщайки се в черна дупка, небесното тяло не изчезва от вселената. Тя се усеща от външния свят поради тежестта си. Черната дупка абсорбира светлинни лъчи, преминавайки близо до нея и отклонява лъчите, които идват от него на по-значимо разстояние. Черната дупка може да влезе в гравитационно взаимодействие с други тела: тя може да запази планетите или да образува двойна система с друга звезда.
Но досега всичко нашият психически експеримент. Има ли черни дупки в действителност? Много е трудно да си представим, че неутронната звезда има толкова голямо количество вещество, че масата му се е увеличила до границата, която идва гравитационният колапс. В рентгеновите двойни звезди, например, потокът от вещество, идващ в неутронна звезда, е толкова малък, че за целия живот на звездата, която дава масата му, масата на неутронната звезда се увеличава доста леко. Но какво знаем за появата на неутронни звезди? Само фактът, че пулсарът в мъглявината на раци е оформен след експлозия на супернов. И какво знаем за експлозиите на Supernova? Може ли да се случи това, че понякога след външната обвивка е все още масата остава, достатъчна не само за образуването на неутронна звезда, но и за по-нататъшен колапс в черна дупка? Що се отнася до някои рентгенови двойно, има силно подозрение, че компактният обект, от който рентгеновата радиация не е неутронна звезда, а черна дупка. Вещество, което идва от сателитна звезда, може дори преди да стане невидимо в купата на черната дупка, да се затопли до такава степен, че ще започне да излъчва рентгенова радиация. В движение видими звездиДефинирано с помощта на доплеров ефект (виж), можете да изчислите масата на рентгеновия източник (виж). Смята се, че X-1 X-1, масата на компактния обект надвишава три слънчеви маса. Този компактен обект вече не може да бъде неутронна звезда; Дали е черна дупка? Въпреки това, методите за определяне на масата не са твърде точни. Ето защо, досега съществуването на черни дупки не е доказано.
Докато черните дупки се намират научна литератураДа, и в широк печат, много по-често, отколкото в природата. Днес е модерно да се привлекат черни дупки, за да обяснят тези явления, които не могат да намерят друго тълкуване на черните дупки, което да носи отговорност за всички, които не са разбрани досега космически явления. В книжарницата в Лондон видях книгата "черни дупки", поставена в книгите на окултизма. Английската книга, очевидно, добре усети ситуацията, която се преструваше в съвременната астрофизика.
Най-вероятно звездата завършва живота си като уважително охлаждане бяло джудже или като неутронна звезда, която за първи път изпраща радиопулси, а също и ако веществото идва от някъде, се наблюдава като рентгенов източник.
Ако до края на звездата тя остава значителна маса, твърде голяма, за да се образува стабилно бяло джудже и твърде много, така че неутронната звезда може да бъде в равновесие, след това остатъците му се срутват в черна дупка.
На 23 февруари 1987 г. в голям облак на Маглан се е случил огнище на супернова. Въпреки че не принадлежи Млечна пътекаНо това е от него на разстояние от "общо" 120 000 светлинни години. Тази звезда е на треперещото небе, което се приема преди Той избухна още преди неандертал да се появи на земята. Когато това издание се подготви, все още не беше ясно дали на мястото на експлозия е оставено неутронна звезда, от която могат да се приемат сигналите на пулсара, или ядрото на свръхнова, включено в черна дупка.
Умиращите звезди се превръщат в компактни обекти, в които веществото е свързано завинаги. Въпреки това, преди да изхвърлят част от тяхната маса в космоса, това е вещество, което може да служи като нови звезди. И тогава веществото, от което се състоят нашите собствени тела, поне веднъж се вари в дълбините на някаква звезда. Но почти винаги след звездата, компактен обект остава и в крайна сметка, всеки въпрос във Вселената ще бъде фокусиран в охладени бели джуджета, неутронни звезди и черни дупки, около които се лекуват нахални студени планети. Изглежда, че Вселената очаква доста тъжно бъдеще.
Забележки:
Тук и навсякъде в тази книга, ако не е посочено, ние използваме абсолютната скала на температурите, чиято нула съответства на -273 ° Celsius. За да се преместите от абсолютна температура до температура на мащаба по Целзий, е необходимо да се вземат 273 градуса. Така температурата на повърхността на слънцето по Целзий е 5530 °
Сънуването за експлозията на Супернова някъде наблизо не е много разумно. Според Мелвин Рурман от университета Колумбия в Ню Йорк човечеството ще трябва да бъде лошо, ако експлозията на Supernova ще се случи на разстояние от 30 светлинни години от нас. Космическите лъчи на високата енергия ще унищожат озоновия щит в нашата атмосфера, ултравиолетовата радиация на слънцето ще спре да се задържа в атмосферата и ще унищожи всичко жив на земята.
За работата си върху теорията на белите джуджета, Chandrayekar през 1983 г. се присъжда Нобелова награда във физиката.
Този процес се нарича гравитационен колапс.