Gravitace v neutronových hvězdách. Bílý trpaslík, neutronová hvězda, černá díra
Hypotéza o existenci neutronových hvězd byla předložena astronomy V. BAAD a F. Tsvikki ihned po otevření neutronu v roce 1932. Potvrzuje tato pozorování hypotéza pouze po otevření pulzarů v roce 1967.
Neutronové hvězdy jsou tvořeny v důsledku gravitačního kolapsu normálních hvězd s hmotami několikrát více solární. Hustota neutronové hvězdy je blízká hustotě atomového jádra, tj. Ve 100 milionůkrát vyšší než hustota konvenční látky. Proto s obrovskou hmotností má neutronová hvězda poloměr všech OK. 10 km.
Vzhledem k malému poloměru neutronové hvězdy je pevnost gravitace na jeho povrchu extrémně velká: asi 100 miliard krát vyšší než na Zemi. Z kolapsu tato hvězda drží "tlak degenerace" hustou neutronovou látku, která nezávisí na jeho teplotě. Pokud se však hmota neutronové hvězdy stává nad 2 solární, pak síla gravitace překročí tento tlak a hvězda nebude schopna odolat kolapsu.
Neutronové hvězdy mají velmi silné magnetické pole dosahující na povrchu 10 12 -10 13 GC (pro srovnání: pozemek je cca. 1 gs). S neutronovými hvězdami nebeské objekty dva různé typy.
Pulsary.
(Radiopulsary). Tyto objekty jsou přísně pravidelně emitují pulsy rádiových vln. Radiační mechanismus není zcela jasný, ale má se za to, že rotující neutronová hvězda vyzařuje radar ve směru spojeném se svým magnetickým polem, jehož osa symetrie se neshoduje s osou otáčení hvězdy. Rotace proto způsobuje rotaci radiolu, periodicky vedeno k zemi.
X-ray Double.
S neutronovými hvězdami zahrnutými ve dvojitém systému s masivní normální hvězda jsou také spojeny s pulzujícími rentgenovými zdroji. V takových systémech plyn z povrchu normální hvězdy spadá na neutronovou hvězdu, zrychlení obrovská rychlost. Když neutronová hvězda narazila na povrch neutronové hvězdy, je 10-30% své dolní energie, zatímco s jadernými reakcemi tento ukazatel nedosáhne 1%. Vyhřívaný na vysokou teplotu povrchu neutronové hvězdy se stává zdrojem rentgenového záření. Pokles plynu však nedochází rovnoměrně po celém povrchu: silné magnetické pole neutronové hvězdy zachycuje padající ionizovaný plyn a pošle to magnetické Polácikde spadne do nálevky. Proto jsou silně ohřívány pouze oblasti pólů, které na rotační hvězdě se stanou zdroje rentgenových pulzů. Radioimpuls z takové hvězdy již nedostávají, protože rádiové vlny jsou absorbovány v okolním plynu.
Struktura.
Hustota neutronové hvězdy roste s hloubkou. Pod vrstvou atmosféry je tloušťka pouze několika centimetrů kapalný kovový plášť s tloušťkou několika metrů a pod - pevnou kůrovou kilometrovou tloušťkou. Podstata kůry se podobá obvyklému kovu, ale mnohem hustější. Ve vnější části kůry je to především železo; S hloubkou své kompozice zvyšuje podíl neutronů. Kde hustota dosáhne OK. 4H 10 11 g / cm3, podíl neutronů se zvyšuje tolik, že některé z nich nejsou součástí jader, ale tvoří pevné médium. Látka je zde podobná "moři" neutronů a elektronů, do kterých je nukleika atomů uzavřena. A v hustotě cca. 2H 10 14 g / cm3 (hustota atomového jádra) obecně zmizí jednotlivé jádry a zůstává pevná neutronová "kapalina" s příměsí protonů a elektronů. Pravděpodobně neutrony a protony se chovají ve stejnou dobu jako superfluidní kapalina, podobně jako kapalné hélium a supravodivých kovů v pozemních laboratořích.
Látky takového předmětu překračují hustotu atomového jádra několikrát (což je pro těžké jádro v průměru 2,8 ° 10 17 kg / m³). Další gravitační kontrakce neutronové hvězdy zabraňuje tlaku jaderná záležitostvzhledem k interakci neutronů.
Mnoho neutronových hvězd má extrémně vysokou rychlost otáčení - až několik set turnovů za sekundu. Neutronové hvězdy vznikají v důsledku vypuknutí supernovae.
Všeobecné
Mezi neutronovými hvězdami s spolehlivými měřenými hmotami vstupuje většina intervalu od 1,3 do 1,5 hmotnostu Slunce, který je blízký hodnotě limitu chandray. Teoreticky jsou neutronové hvězdy povoleny s hmotami od 0,1 do asi 2,16 solárních hmot. Nejmasitější neutronové hvězdy ze známého - Vela X-1 (má hmotnost nejméně 1,88 ± 0,13 solárních hmot na úrovni 1σ, což odpovídá úrovni významnosti α≈34%), PSR J1614-2230 CS (s Hmotnostní odhad 1, 97 ± 0,04 solární), a PSR J0348 + 0432 CS (s hmotnostním odhadem 2,01 ± 0,04 solární). Gravitace v neutronových hvězd se vyrovnává tlakem degenerovaného neutronového plynu. Maximální hodnota hmotnosti neutronové hvězdy je stanovena limitem Openemeimer-Volkova, která závisí na (pokud je to špatně známá) rovnice stavu látky ve hvězdu jádra. Existují teoretické předpoklady pro skutečnost, že s ještě větší rostoucí hustotou jsou neutronové hvězdy znovuzrozené v Quarku.
Do roku 2015 bylo otevřeno více než 2500 neutronových hvězd. Asi 90% z nich je svobodné. Celkem 10,8 -10 9 neutronových hvězd může existovat v naší galaxii, to je někde na jedné až tisíce obyčejných hvězd. Pro neutronové hvězdy je charakterizována vysoká rychlost (zpravidla stovky km / s). V důsledku akreční látky mraku může být neutronová hvězda viditelná ze Země v různých spektrálních rozsahech, včetně optických, což představuje přibližně 0,003% emitované energie (odpovídá 10 hvězdy).
Struktura
V neutronové hvězdě lze rozlišit pět vrstev: atmosféra, vnější kortex, vnitřní kůra, vnější jádro a vnitřní jádro.
Atmosféra neutronové hvězdy je velmi tenká vrstva plazmy (z desítek centimetrů při horkých hvězdách do milimetrů v chladném), je tvořena tepelným zářením neutronové hvězdy.
Vnější kůra se skládá z iontů a elektronů, jeho tloušťka dosáhne několika set metrů. Tenký (ne více než pár metrů) Vrstva povrchová vrstva horké neutronové hvězdy obsahuje negenerovaný elektronový plyn, hlubší vrstvy - degenerovaný elektronický plyn, s rostoucí hloubkou se stává relativistickým a ultrarelativistickým.
Vnitřní kůra se skládá z elektronů, volných neutronů a atomových jader s přebytkem neutronů. S rostoucí hloubkou se zvyšuje podíl volných neutronů a podíl atomových jader se snižuje. Tloušťka vnitřní kůry může dosáhnout několika kilometrů.
Vnější jádro se skládá z neutronů s malou příměsí (několik procent) protonů a elektronů. V nízkých hvězdě neutronů, vnější jádro může rozšířit do středu hvězdy.
Masivní neutronové hvězdy mají vnitřní jádro. Jeho poloměr může dosáhnout několika kilometrů, hustota ve středu jádra může překročit hustotu atomových jader 10-15 krát. Složení a rovnice stavu vnitřního jádra je spolehlivě neznámé. Existuje několik hypotéz, ze tří pravděpodobností, z nichž jsou 1) quark jádro, ve kterém neutrony rozpadají do složek jejich horních a nižších kvarků; 2) jádro hypertonu z barionů, včetně podivných kvarků; a 3) kodon, skládající se ze dvoubarevných mesonů, včetně podivných (anti) kvarků. V současné době je však nemožné potvrdit nebo vyvrátit všechny tyto hypotézy.
Chlazení neutronové hvězdy
V době narození neutronové hvězdy (v důsledku supernova blesku) je jeho teplota velmi vysoká - asi 10 11 K (to znamená, že 4 řády vyšší než teplota ve středu slunce), Ale spadá velmi rychle kvůli chlazení neutrinu. Za pouhých pár minut se teplota klesne od 10 11 do 10 9 k, v měsíci - do 10 8 K. Potom se neutrinová svítivost prudce klesá (je velmi mnoho závisí na teplotě) a chlazení se vyskytuje mnohem pomalejší splatnost na photon (termální) emisí povrchu. Teplota povrchu známých neutronových hvězd, ve kterém se podařilo měřit, je asi 10 5 -10 6 K (i když jádro, zřejmě je mnohem horký).
Historie Otevírání
Neutronové hvězdy jsou jedním z mála tříd vesmírných objektů, které byly teoreticky předpovězeny před otevřením pozorovatelů.
Poprvé, myšlenka existence hvězd se zvýšenou hustotou ještě před otevřením neutronu vyrobeného Jeedwichem na začátku února 1932 byl vyjádřen známý sovětský vědec Landau. Takže ve svém článku "na teorii hvězd", napsaný v únoru 1931 a z neznámých důvodů, byl pozdě na 29. února 1932 (více než jeden rok později), píše: "Očekáváme vše [porušení zákonů z kvantové mechaniky] by se mělo projevit, když se hustota hmoty stává tak velkým, že atomová jádra přijde do úzkého kontaktu, tvoří jeden obrovský jádro. "
"Vrtule"
Rychlost otáčení je již nedostatečná pro vyhození částic, takže taková hvězda nemůže být Radiehulsar. Rychlost otáčení je však stále velká a volumetronová hvězda matrace, která je zachycena magnetickým polem, nemůže spadnout, to znamená, že klade látky nedochází. Neutronové hvězdy tohoto typu nemají prakticky žádné pozorované projevy a špatně studované.
Accresor (X-ray pulsar)
Rychlost otáčení se sníží tolik, že látka nyní nebrání nic, co by mohlo spadnout na takovou neutronovou hvězdu. Padající, látka, která je již ve stavu plazmy, pohybuje se podél linií magnetické pole A udeří pevný povrch těla neutronové hvězdy v oblasti pólů, zahřívání na desítky milionů stupňů. Ohřívaná látka vysoké teplotyJasně svítí v rozsahu x-ray. Oblast, ve které proběhne výzva incidenční látky s povrchem neutronového hvězda těla, je velmi malý - pouze asi 100 metrů. Toto horké místo v důsledku otáčení hvězdy periodicky zmizí z pohledu, proto jsou pozorovány pravidelné pulzace rentgenového záření. Takové objekty se nazývají x-ray pulsars.
Georotator
Rychlost otáčení takových neutronových hvězd je malá a nebrání akreční. Velikost magnetosféry je však taková, že plazma zastaví magnetické pole před tím, než je zachycena gravitací. Takový mechanismus pracuje v Země magnetosféře, což je důvod, proč tento typ neutronových hvězd a obdržel své jméno.
Poznámky
- Dmitry Trunin. Astrofyzika objasnila limitní hmotnost neutronových hvězd (Neopr.) . Nplus1.ru. Datum odvolání 18. ledna 2018.
- H. Quaintrell et al. Hmotnost neutronové hvězdy ve Velu X-1 a Tidale indukovala neadražné oscilace v GP vel // astronomie a astrofyzika. - Duben 2003. - № 401. - P. 313-323. - ARXIV: ASTRO-PH / 0301243.
- P. B. Demorest, T. Pennucci, S. M. Ransom, M. S. E. Roberts & J. W. T. T. Hessels. Dvousolární hmota neutronová hvězda zmařená pomocí Shapiro Delay (English) // Příroda. - 2010. - Vol. 467. - P. 1081-1083.
Koncepce neutronových hvězd
Koncept neutronových hvězd není NOVA: První předpoklad možnosti jejich existence byla provedena talentovaným astronomem Fritz Zwicks a Walter Baard z Kalifornie v roce 1934. (Několik dříve v roce 1932. Možnost existence neutronových hvězd byla předpovězena známým sovětským vědcem L. D. Landau.) Koncem třicátých let se stal předmětem výzkumu dalších amerických vědců Oppenheimer a Volkova. Zájem těchto fyziků k tomuto problému byl způsoben touhou určit konečnou fázi vývoje masivní hořitelné hvězdy. Vzhledem k tomu, že role a význam Supernove bylo odhaleno přibližně ve stejnou dobu, bylo navrženo, že neutronová hvězda může být zbytkem výbuchu Supernova. Bohužel, se začátkem druhé světové války, pozornost vědců přepnula na vojenské potřeby a podrobnou studii těchto nových a v vysoký stupeň Tajemné předměty byly pozastaveny. V 50. letech, studie neutronových hvězd pokračovaly čistě teoreticky, aby se zjistilo, zda mají vztah k problému narození chemické prvky V centrálních oblastech hvězd.Zůstávají jediným astrofyzickým objektem, jejichž existence a vlastnosti byly předvídány dlouho před jejich objevením.
Na počátku 60. let, otevření kosmických zdrojů rentgenového záření byl velmi incredován těmi, kteří považovali neutronové hvězdy, jak je to možné zdroje nebeských rentgenových paprsků. Do konce roku 1967. byl objeven nová třída Nebeské objekty - pulsy, což vedlo vědce zmatku. Tento objev byl nejvíce důležitou událostí Ve studii neutronových hvězd, jak to opět zvedl otázku původu kosmického rentgenového záření. Mluvíme o neutronových hvězdách, je třeba mít na paměti, že jejich fyzikální vlastnosti teoreticky a velmi hypotetické, protože fyzikální podmínkyStávající v těchto orgánech nelze reprodukovat v laboratorních experimentech.
Vlastnosti neutronových hvězd
Gravitační síly jsou klíčové pro vlastnosti neutronových hvězd. Podle různých odhadů tvoří průměry neutronových hvězd 10-200 km. A tento nevýznamný prostor vesmírných pojmů "Nabe" takovou záležitostí látky, která může být nebeské tělo, podobné slunci, o průměru asi 1,5 milionu km a hmotnostně téměř třetina milionukrát těžší než země! Přirozený důsledek takové koncentrace látky je neuvěřitelně vysoká hustota neutronové hvězdy. Ve skutečnosti se ukazuje, že je tak hustá, že by mohla být dokonce pevná. Síla neutronové hvězdy je tak velká, že člověk váží asi milion tun. Výpočty ukazují, že neutronové hvězdy jsou velmi velkolepé. Odhaduje se, že magnetické pole neutronové hvězdy může dosáhnout 1 mln. Milion Gauss, zatímco na Zemi je 1 Gauss. Poloměr neutronových hvězd Přijímáno asi 15 km a hmotnost je asi 0,6 - 0,7 hmoty Slunce. Vnější vrstva je magnetosféra sestávající z vyčištěné elektronické a jaderné plazmy, která je proniknuta silným magnetickým polem hvězd. Je to tady, že se narodí rádiové signály, které jsou výrazné znamení pulsarů. Ultra-rychlé nabité částice, pohybující se podél helixu podél magnetických vedení, vyvolávají různé druhy záření. V některých případech se radiace dochází v rádiovém pásmu elektromagnetického spektra, v jiném záření při vysokých frekvencích.Hustota neutronové hvězdy
Téměř okamžitě pod magnetosféru, hustota látky dosáhne 1 t / cm3, což je 100 000 násobek hustoty železa. Dále má vnější vrstva kovové vlastnosti. Tato vrstva "Superterald" látky v krystalické formě. Krystaly se skládají z jaderových atomů s atomová hmotnost 26 - 39 a 58 - 133. Tyto krystaly jsou extrémně malé: Pro pokrytí vzdálenosti 1 cm, musíte budovat asi 10 miliard krystalů do jednoho řádku. Hustota v této vrstvě je vyšší než 1 milion vyšší než na vnější nebo jinak, 400 miliard napsanů hustoty železa.Pohybujte se dále do středu hvězdy, překročíme třetí vrstvu. Zahrnuje oblast tvrdého typu kadmia jader, ale také bohatá na neutrony a elektrony. Hustota třetí vrstvy je 1 000 krát více než předchozí. Penetrající do neutronové hvězdy hlubší, dosáhneme čtvrté vrstvy, zatímco hustota se mírně zvyšuje - asi pětkrát. S takovou hustotou však nukleus již nemůže udržovat svou fyzickou integritu: rozpadají se do neutronů, protonů a elektronů. Většina látky přebývá ve formě neutronů. Na každém elektronovém a protonovém popisu pro 8 neutronů. Tato vrstva je v podstatě považována za neutronovou kapalinu, "kontaminované" elektrony a protony. Pod touto vrstvou je jádro Neutron Star. Zde je hustota asi 1,5 krát více než v překrývající se vrstvě. Nicméně i takový malý nárůst hustoty vede k tomu, že částice v jádře se pohybují mnohem rychleji než v jakékoli jiné vrstvě. Kinetická energie neutronového pohybu smíšeného s malým množstvím protonů a elektronů je tak velká, že neustálé kolize částic se neustále vyskytují. V procesu kolize všichni známy nukleární fyzika Částice a rezonance, které mají více než tisíc. Vší pravděpodobnosti, přítomné velké číslo Není nám to známo částicemi.
Teplota neutronové hvězdy
Teploty neutronových hvězd jsou relativně vysoké. To by mělo být očekáváno, pokud zvažujete, jak vznikají. Za prvních 10 - 100 tisíc let existence hvězdy se teplota jádra klesá na několik set milionů stupňů. Pak nastane nová fáze, když teplota hvězdy jádro pomalu klesá v důsledku emisí elektromagnetického záření. Neutronová hvězdaVýpočty ukazují, že když výbuch je supernova s \u200b\u200bm ~ 25m, hustá neutronová jádra zůstane (neutronová hvězda) s hmotností ~ 1,6 m. Ve hvězdách se zbytkovou hmotností M\u003e 1,4 m, pod supernovou, tlak degenerovaného elektronického plynu není schopen rovněž vyrovnat gravitační síly a hvězda je stlačena před stavem jaderné hustoty. Mechanismus tohoto gravitačního kolapsu je stejný jako při výbuchu je supernova. Tlak a teplota uvnitř hvězdy dosahuje takových hodnot, ve kterých jsou elektrony a protony navzájem tlačeny a v důsledku reakce
po ejekčních neutrinech jsou vytvořeny neutrony, zabírají mnohem menší fázový objem než elektrony. Došlo k tzv. Neutronové hvězdy, jejíž hustota dosahuje 10 14 až 10 g / cm3. Charakteristická velikost neutronové hvězdy je 10 - 15 km. V určitém smyslu je neutronová hvězda gigantické atomové jádro. Další gravitační komprese zabraňuje tlaku jaderné hmotnosti, vyplývající z interakce neutronů. Je to také tlak degenerace, jako dříve v případě bílého trpaslíku, ale tlak degenerace výrazně hustějšího neutronového plynu. Tento tlak je schopen držet hmotnosti do 3,2m.
Neutrinové generované v době kolapsu, rychle ochlazené neutronovou hvězdu. Podle teoretických odhadů se teplota klesne od 10 11 do 10 9 k během ~ 100 s. Mírně snižuje rychlost chlazení. Je však dostatečně vysoká pro astronomické měřítko. Snížení teploty od 10 9 do 10 8 K se vyskytuje za 100 let a do 10 6 K - na milion let. Detekce neutronové hvězdy Optické metody jsou poměrně obtížné z důvodu malé velikosti a nízké teploty.
V roce 1967, University of Cambridge Hewish a Bell otevřely kosmické zdroje periodického elektromagnetického záření - pulsars. Období opakování pulsových pulzních pulzů leží v rozmezí od 3,3 · 10 -2 až 4,3 s. Podle moderních nápadů se pulsary otáčejí neutronové hvězdy mající hmotnost 1 - 3M a průměr 10 - 20 km. Pouze kompaktní objekty, které mají vlastnosti neutronových hvězd, si mohou udržet svůj tvar, ne zničit v takových rychlostech. Zachování úhlového hybnosti a magnetického pole během tvorby neutronové hvězdy vede k narození rychle rotujících pulsů se silným magnetickým polem B ~ 10 12 GS.
Předpokládá se, že neutronová hvězda má magnetické pole, jehož osa se neshoduje s osou otáčení hvězdy. V tomto případě se záření hvězdy (rádiové vlny a viditelné světlo) sklouzne na zem jako paprsky majáku. Když paprsek překročí zemi, je puls zaregistrován. Záření neutronové hvězdy dochází v důsledku skutečnosti, že nabité částice z povrchu hvězdy se pohybují na elektrickém vedení magnetického pole, vyzařování elektromagnetické vlny. Tento mechanismus rozhlasové emise pulsaru, nejprve navržený zlatem, je znázorněn na Obr. 39.
Pokud se radiační paprsek spadne na pozorovatele Země, pak rádiový dalekohled upevňuje krátké pulzy rozhlasové emise s obdobím rovným období otáčení neutronové hvězdy. Tvar impulsu může být velmi složitý v důsledku geometrie magnetosféry neutronové hvězdy a je charakteristická pro každý pulzární. Pulsární rotační období striktně konstantní a přesnost měření těchto období dosahují 14místné číslice.
V současné době jsou pulsy objeveny ve dvou systémech. Pokud se pulzární otáčí na oběžné dráze kolem druhé složky, měly by být pozorovány varianty pulsarního období kvůli dopplerovému účinku. Když se Pulsar blíží k pozorovateli, registrované rádiové pulsní období v důsledku Dopplerova účinku se snižuje, a když je pulsar odstraněn z nás, jeho období se zvyšuje. Na základě tohoto jevu, pulsars zahrnuty do kompozice dvojitý hvězda. Pro první objevený PSR 1913 + 16 Pulsar, který je součástí dvojitého systému, orbitální léčebná doba byla 7 hodin 45 minut. Vlastní období léčby PSR 1913 + 16 Pulsar je 59 ms.
Emise pulsaru by mělo vést ke snížení rychlosti otáčení neutronové hvězdy. Takový účinek byl také objeven. Neutronová hvězda, která je součástí dvojitého systému, může být zdrojem intenzivního rentgenového záření.
Struktura neutronové hvězdy o hmotnosti 1,4 m a poloměr 16 km je znázorněna na OBR. 40.
I je tenká vnější vrstva těsně balených atomů. V oblastech II a III jsou jádra umístěna ve formě objemově středního krychlového mříže. IV region sestává hlavně z neutronů. V regionu v, látka se může skládat z pivoňky a hyperonov, tvořící jádro neutronové hvězdy. Samostatné detaily struktury neutronové hvězdy jsou v současné době vyjasněny.
Tvorba neutronových hvězd není vždy důsledkem vypuknutí supernovy. Další mechanismus pro tvorbu neutronových hvězd během evoluce bílých trpaslíků v těsné dvojité hvězdné systémy. Průtok hvězdy-společní látka na bílém trpaslíku postupně zvyšuje hmotnost bílého trpaslíku a po dosažení kritické množství (Limit Chandracekar) Bílý trpaslík se změní na neutronovou hvězdu. V případě, kdy tok látky pokračuje a po tvorbě neutronové hvězdy se její hmotnost může významně zvýšit a v důsledku gravitačního kolapsu se může proměnit v černou otvoru. To odpovídá takzvanému "tichému" kolapsu.
Kompaktní dvojité hvězdy se mohou projevit jako rentgenové zdroje. Vzniká také v důsledku akreční látky pádu z "normální" hvězdy na kompaktnější. S akreční látky na neutronové hvězdě s b\u003e 10 10 gs, látka spadá do oblasti magnetických pólů. Rentgenové záření je modulováno otáčením kolem osy. Takové zdroje se nazývají x-ray pulsars.
Existují rentgenové zdroje (nazývané brzdo), ve kterých periodicky, od několika hodin před den, vyskytují radiační výbuchy. Charakteristická doba úvodníku se zvyšuje - 1 sec. Doba trvání výbuchu od 3 do 10 sekund. Intenzita v době výbuchu může být 2-3 řády velikosti překročení světelnosti v klidném stavu. V současné době je známo několik stovek těchto zdrojů. Předpokládá se, že výjimky radiace dochází jako výsledek termonukleární výbuchy Látky akumulované na povrchu neutronové hvězdy v důsledku akretice.
Je dobře známo, že při nízkých vzdálenostech mezi nukleony (<
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 jed je možné takové způsoby, jako je výskyt pionu kondenzátu, přechod neutronizované látky do pevného krystalického stavu, tvorba hyperonne a kvarkové plazmy gluonové plazmy. Je možné tvorba superfluidních a supravodivých stavů neutronové látky.
V souladu s moderními představami o chování látky při hustotách v 10 2 - 10 3krát vyšší než jaderné (konkrétně takové hustoty to je řečKdyž je diskutována vnitřní struktura neutronové hvězdy), atomová jádra v blízkosti hranice stability jsou tvořeny uvnitř hvězdy. Hlubší porozumění lze dosáhnout v důsledku studie stavu látky v závislosti na hustotě, teplotě, stabilitě jaderné hmoty v exotických poměrech čísla protonu k počtu neutronů v jádru np / nn, účetnictví Pro slabé procesy zahrnující neutrinos. V současné době je jediná možnost studia v hustotě velkých jaderných jaderných jaderných jaderných reakcí mezi těžkými ionty. Experimentální údaje o kolizi těžkých iontů však nejsou dostatečné informace, protože dosažitelné hodnoty N P / N N pro cílové jádro a pro splachovací zrychlené jádro jsou malé (~ 1 - 0,7).
Přesná měření období radioulsariánů ukázalo, že rychlost otáčení neutronové hvězdy se postupně zpomaluje. To je způsobeno přechodem kinetická energie Rotace hvězdy do emisní energie pulsaru as emisí neutrinů. Malé skok-třes změny období rádiových onemocnění jsou vysvětleny akumulací napětí v povrchové vrstvě neutronové hvězdy, doprovázená "praskání" a "závady", což vede ke změně rychlosti otáčení hvězdy . Pozorované časové charakteristiky radioulsars obsahují informace o vlastnostech "kůry" neutronové hvězdy, fyzikálních podmínek uvnitř IT a přibližně superfluidity neutronové látky. V poslední dobou Byl nalezen významný počet ra-diopoulsariánů s obdobím menších 10 ms. To vyžaduje zdokonalení myšlenek o procesech vyskytujících se v neutronových hvězdách.
Dalším problémem je studium neutrinových procesů v neutronových hvězdách. Emisní neutrino je jedním z mechanismů ztráty energie s neutronovou hvězdou během 10 5 až 10 6 let po jeho formování.
To jsou náš mentální experiment. Umělě jsme přidali látku na bílý trpaslík, ale nemělo by být považováno za takový předpoklad je naprosto nepravděpodobný. Jak víte, jsou vytvořeny bílé trpaslíci uvnitř červených obrů. Skládají se z látky, pro kterou je termonukleární spalování vodíku a pravděpodobně helium, za sebou. Na povrchu je také konverze vodíku v heliu. Ve vnějších vrstvách hrozící látky je termální reakce s vodíkem a možná s heliem a hmotnost bílého trpasličí jádra červeného obra se zvyšuje. Stejně jako v našem duševním experimentu se bílý trpaslík akumuluje stále více a více látek (). Co se stane, když jeho hmota překročí 1,4 solární, limit Candraxar, kdy začne gravitační kolaps: zpomaluje se a vypne se z bílého trpaslíka v neutronové hvězdy?
Někteří vědci věří, že předtím, než dojde k neutronové hvězdě, případ nedosáhne zde, protože před tím, než se stane, dojde k výbuchu uhlíku. To je nyní známo velmi málo. Nechť bílý trpaslík, který je centrální jádro červeného obra, sestává hlavně z uhlíku. Předpokládá se, že ještě před začátkem gravitačního kolapsu, uhlík vstoupí do termonukleární reakce a výbuch se rozprostírá hvězda na Shatongi - neutronová hvězda není tvořena. V takových supernově v zůstatku mraku nezjistíme neutronovou hvězdu: odtamtud nepokračují pulsary. A opravdu, pulsary nebyly zjištěny v místě supernova tiše, ani na místě supernovae, i když obě mlhovina jsou mladší než krab. Orbitální Einsteinová observatoř se nachází v souhvězdí Cassiopeia pozůstatky supernové, které tři sta let zůstalo bez povšimnutí, skryté před pozemskými pozorovatelskými mrakem hvězdný prach. Zřejmě, zde je neutronová hvězda také chybí. Existuje nějaká úplná zničení hvězdy v důsledku výbuchu uhlíku?
Dokončí všechny masivní hvězdy svou existenci uhlíkovým výbuchem? Dnes to rozhodně není známo. Je také možné, že po zahájení termonukleární reakce se uhlík spálí poměrně klidně, bez výbuchu. Pak bílý trpaslík ve středu červeného obra získává hmota, a jako v našem duševním experimentu se zhroutí v neutronové hvězdě. Vydaná energie, stejně jako na "železné katastrofu", je emitována do prostoru, který nám představuje majestátní pohled na výbuch Supernova. Možná je to to, co se stalo v případě výbuchu Supernova 1054, kdy vznikl krabí mlhovina. Příběh zde může být takový.
Byla tam hvězda s hmotností rovnou pěti slunným. Ve svých hloubkách spálila vodík a když skončilo jaderné palivo, hvězda se změnila v červený obří. Ve středu hvězdy začalo spalování helia, a když helium vypálil, vznikl uhlíkový jádro. Střední část hvězdy začala být uhlíkovým jádrem, obklopen skořápkou helium a hustota látky byla stejně velká jako v bílém trpaslíku. Na povrchu helium skořepiny se pokračuje konverze vodíku v héliu, a na hranici mezi heliem a uhlíkem, helium se změnilo na uhlík. Hmotnost tohoto jádra, která je v podstatě bílým trpaslíkem, po celou dobu se zvýšila a když v roce 1054 dosáhla 1,4 slunečních hmot, došlo k gravitačnímu kolapsu, což by nemohlo zabránit spalování uhlíku. Zároveň vydal velké množství Energie, která běžela do prostoru vnějšího plášti hvězd. Dnes to vidíme jako krabí mlhovina. Bílý trpaslík za méně než minutu se změnil v neutronovou hvězdu, kterou rádiové signály vezmou rádiové signály, které USA přijaly od Pulsaru v mlhovině CrabíOid na tento den.
Jaké tři možnosti skutečně odpovídá výbuchům Supernova? "Železná katastrofa" Když železné jádro vytvořené uvnitř hvězdy klesl pod akci gravitačních sil? Bílý trpaslíkKterý, jako nádor rakoviny, pohltí hvězdy, dokud hmota dosáhne kritické hodnoty, při které se kolaps koná? Nebo uhlíkový výbuch, hladovění hvězda k smbitům ještě před bílým trpaslíkem má čas proměnit v neutronové hvězdy?
V jiných galaxiích jsou dva typy Supernova.
Liší se intenzitou ohniska světla. Pravděpodobně, výbuch Supernova může reagovat na některou z výše uvedených mechanismů. Masivní hvězdy jsou tvořeny železné jádro, hvězdy s hmotností 10 až 1,4 solární zemře po formování v centru bílých trpaslíků, ať už v důsledku výbuchu uhlíku, nebo v důsledku výskytu neutronové hvězdy.
Pouze hvězdy s hmotností menší než 1,4 sluneční, stejně jako ti, kteří mají čas zbavit se extra masy prostřednictvím tvorby planetových mlhovin nebo hvězdy větrem, tiše dokončují svou existenci. Otočí se v bílých trpaslíků, ve kterých ne jaderné reakce a které jsou v udržitelné rovnováze.
Mysl experiment s neutronovou hvězdou
Neutronové hvězdy mají své vlastní problémy s rovnováhou. Utratme další mentální experiment. Zvažte pulsar v krabě mlhoviny, což je pravděpodobně neutronová hvězda s hmotností rovnou solárním. Představte si, že v našem kosmickém experimentu můžeme zvýšit hmotnost neutronové hvězdy, postupně přidávat neutronovou látku na jeho povrch. A opět se ukáže, že se zvýšením hmotnosti poloměru hvězdy klesne: znamení, že pevnost gravitace je stále více převzata tlak. Když rostoucí hmota neutronové hvězdy dosáhne přibližně dvou slunečných, dojde k gravitačním kolapsu, trvá na druhé straně. Může to něco zastavit? Může záležitost jít do nové formy látky, ve které se tlak, zvyšování, odolávat sílu gravitace, jak bylo tomu v případě bílých trpaslíků, kde po otáčení látky hvězd v neutronové hmoty bylo schopno navázat rovnováhu? Fyzika Dnes je nakloněna předpokládat, že nic nemůže zastavit gravitačního kolapsu neutronové hvězdy.
Síla gravitace se zvyšuje a brzy se tlak zastaví jakoukoliv významnou roli: neutronová hvězda je snížena na zanedbatelné malé velikosti. V sousedství kompaktního objektu s obrovskou hmotností je gravitace extrémně silná; Co se zde děje, je popsáno v rámci obecná teorie Relativnost Alberta Einsteinu. Zejména celková teorie relativity tvrdí, že gravitace ovlivňuje šíření světla. Gravitační pole Slunce působí na paprsky hvězd, které dosáhnou pozorovatele Země, jako je čočka (obr. 11.2). Distanční vzdálenost mezi hvězdami se ukázala být na různých stranách solárního disku, že je trochu zvětšená. Tento účinek je extrémně malý; Je téměř na limitu přesnosti měření, která je k dispozici. Lze však pozorovat během úplného sun Eclipse.Když měsíc pokrývá sluneční disk, a hvězdy se objevují na obloze během dne. V těch pár minutách, který trvá tento nebeský pohled, můžete měřit zakřivení světelných paprsků kolem slunce. Ukázalo se, že toto zakřivení odpovídá předpovědi obecné teorie relativity.
Obr. 11.2. Odchylka světelných paprsků v blízkosti slunce. Dva vzdálené pevné hvězdy posílat světlo ve všech směrech. Jejich paprsky A a B, procházející v blízkosti slunce, jsou zobrazeny pevnými liniemi. V gravitačním poli sluneční paprsky jsou zkroucené. Pozorovatel na Zemi se zdá, že světlo přichází v pokynech ukázaných pomlčkovými liniemi: Zdá se mu, že hvězdy budou dále od druhého než v té době, kdy jsou pozorovány na obloze daleko od slunce. Slunce, tedy působí na paprsky, jako je objektiv, který se pohybuje v průběhu roku na obloze a "zvyšuje" sekci nebe v jeho sousedství (jeden, samozřejmě, která není uzavřena samotným slunečným diskem). Tento efekt je velmi malý a může být měřen pouze během kompletního zatmění solární.
Účinek zakřivení světelných paprsků v oblasti gravitace hraje velmi důležitou roli, když látka naší neutronové hvězdy, už se s ním nedrží, spadala do středu. Budeme se snažit představit tento proces v pomalém pohybu. Nejprve je neutronová hvězda stále v rovnováze. Na jeho povrchu se zakřivení světelných paprsků stává již patrné, protože pevnost gravitace je zde velmi vysoká. Odcházející od povrchu světelného paprsku se pohybuje podél zakřivené trajektorie, dokud nepůjde povrch pro dostatečně velkou vzdálenost, kde gravitace není tak silná, a dále jde v přímém směru (obr. 11.3, a).
Obr. 11.3. Odchylka světla v blízkosti kolapsingové neutronové hvězdy. V blízkosti hladiny hvězdy je trajektorie světelného paprsku zkroucena (a). Čím menší je poloměr hvězdy, silnější zakřivení (b), takže světlo může dělat několik otáček kolem hvězdy (b), než se dostane do prostoru. Poloměr hvězdy se stal méně než poloměr Schwarzschald (D). Světelný paprsek z povrchu je zkroucený tolik, že se vrací zpět do hvězdy. Na obrázku (d) je stupnice zvýšena s ohledem na (c) přibližně dvakrát (vlevo) a pro jasnost na správném obrázku se zvyšuje několikrát. Linka zdvihu ukazuje poloměr Schwarzschild.
Když se zvyšuje hmotnost neutronové hvězdy a kolaps začíná, gravitační pole na povrchu se zvyšuje ještě více. Zakřivení světelných paprsků se stává tak silný, že paprsek světla se odchýlil v "horizontálním" směru, několikrát jde o hvězdu před opuštěním prostoru (). Světlo je stále mnohem těžší překonat přitažlivost hvězdy, a když během kolapsu hvězdy, které předpokládáme, má nyní hmota rovnou třem slunným, dosahuje poloměru 8,85 kilometrů, světlo se již nemůže dostat do vesmíru . Světelný paprsek od povrchu je zkroucený v gravitačním poli tolik, že se vrací zpět na povrch (). Light-Photon-emited Light Quanta se vrátí zpět, protože kameny vyhozené na zemi. Žádné záření se neporušuje do vnějšího světa, aby sdělil zprávy o smutném osudu naší hvězdy. Podobný objekt byl nazýván černou díru.
Černé díry
Jak jsme viděli, tělo vystaveno dostatečně významnému kompresi, po přestávce přestane uvolnit světelné paprsky od sebe. Poloměr, ve kterém se začne vyskytnout, poprvé vypočítal Karl Schwarzschild. Zdá se, že to může být považováno za největší astrofyzikant první poloviny dvacátého století. Patří do základních příspěvků mnoha částech astrofyziky. Po Einstein formuloval jeho rovnice obecné teorie relativity, Karl Schwarzschild, krátce před jeho smrtí, obdržel první přesná řešení pro ně, zejména popisující, zejména a vlastnosti černých otvorů. Schwarzshild byl ředitelem pozorovatelů v Gottingenu a Potsdamu; V roce 1916, ve věku 43 let zemřel z nemoci, kterou dostal na frontách první světové války. Jeho prach spočívá na centrální hřbitov V Gottingenu.
Poloměr, ke kterému je nutné stisknout tělo tak, aby světlo z ní nemůže jít do vesmíru, se nazývá poloměr Schwarzschald. Je to asi tři kilometry pro slunce. Pokud stisknete slunce na tento nebo menší poloměr, pak jeho světlo nevypadne ven. Obecně řečeno, Schwarzschald Radius lze vypočítat pro všechny tělo. Čím menší je tělesná hmotnost, tím menší a poloměr Schwarzschild. Pro množství látky, ze kterého se osoba spočívá v poloměru Schwarzschald, je tak malý, že pokud je vyjádřena v centimetrech, bude to po čárosti nulu nulová a další dvacet jedna nula a zobrazí se pouze čísla než nula. Pokud mačkáme hmotu rovnou hmotě osoby, k takovému malému poloměru, pak světlo nezanechá vnější prostor.
Otáčením do černé díry, nebeské tělo nezmizí z vesmíru. Samotné se cítil venkovní svět kvůli své gravitaci. Černá díra absorbuje světelné paprsky, kolem něj kolem sebe, a vychýlí paprsky, které pocházejí z ní v podstatnější vzdálenosti. Černá díra může vstoupit do gravitační interakce s jinými těly: může udržet planety nebo vytvořit dvojitý systém s jinou hvězdou.
Ale zatím to byl celý náhodný mentální experiment. Jsou ve skutečnosti černé díry? Je velmi obtížné si představit, že neutronová hvězda má takové velké množství látky, že jeho hmotnost se zvýšila na limit, což přichází gravitační kolaps. Například v rentgenových dvou hvězdách, například tok látky přicházející do neutronové hvězdy je tak malá, že pro celou životnost hvězdy, která dává svou hmotu, hmotnost neutronové hvězdy se mírně zvyšuje. Ale co víme o vzniku neutronových hvězd? Skutečnost, že pulsar v krabě mlhovině byl vytvořen po explozi supernové. A co víme o výbuchech Supernova? Mohlo by se stát, že někdy po exteriéru je stále hmotnost zůstává, dostatečná nejen pro tvorbu neutronové hvězdy, ale také pro další kolaps v černé díře? Pokud jde o nějaký rentgenový dvojitý, je silný podezření, že kompaktní objekt, ze kterého rentgenového záření není neutronová hvězda, ale černá díra. Látka, která pochází ze satelitní hvězdy, může ještě předtím, než se stane neviditelnou v misce černé díry, zahřát do takové míry, že začne emitovat rentgenové záření. V pohybu viditelné hvězdyDefinováno pomocí Dopplerového efektu (viz), můžete vypočítat hmotnost rentgenového zdroje (viz). Předpokládá se, že X-1 X-1, hmotnost kompaktního objektu přesahuje tři solární hmotnosti. Tento kompaktní objekt již nemůže být neutronová hvězda; Je to černá díra? Metody určování hmotnosti však nejsou příliš přesné. Proto, takže existence černých otvorů není rozhodně prokázáno.
Zatímco černé díry se nacházejí vědecká literaturaAno, a v širokém tisku, mnohem častěji než v přírodě. Dnes je módní přilákat černé díry vysvětlit tyhle jevy, které nemohou najít další interpretaci černých děr, které zodpovídají za všechno, co dosud pochopte prostor jevy. V knihkupectví v Londýně jsem viděl knihu "Černé díry", umístěné v sekci knihy okultismu. Anglický kniha serviceman, zřejmě, dobře cítil situaci, která předstírala v moderní astrofyzice.
S největší pravděpodobností, hvězda skončí svůj život jako uctivý chladicí bílý trpaslík nebo jako neutronová hvězda, která poprvé vysílá rádiové pulsy a také v případě, že látka pochází někde, je pozorována jako rentgenový zdroj.
Pokud do konce hvězdy zůstává významná hmotnost, příliš velká za vzniku stálého bílého trpaslíku, a příliš mnoho, takže neutronová hvězda může být v rovnováze, pak je to zůstává kolaps do černé díry.
Dne 23. února 1987 nastal vypuknutí Supernova ve velkém mraku Magtellane. I když nepatří Milky Path.Ale je to z ní ve vzdálenosti "Celkem" 120 000 světelných let. Tato hvězda je na třásnicích obloze To explodoval i před tím, než se na Zemi objevil Neandrtálství. Když se toto vydání připravovalo, ještě nebylo jasné, zda byla neutronová hvězda ponechána na místě výbuchu, ze kterého lze provést pulzární signály, nebo jádro supernova zapojeno do černé díry.
Deying hvězdy se mění na kompaktní předměty, ve kterých je látka přidružena navždy. Než však vyhazují část své hmotnosti do vesmíru, je to látka, která může sloužit jako nové hvězdy. A pak látka, ze které se naše vlastní těla sestávají, alespoň jednou vařená v hlubinách nějaké hvězdy. Ale téměř vždy po hvězdě, kompaktní objekt zůstane a nakonec bude veškerá záležitost ve vesmíru zaměřena na chlazené bílé trpaslíky, neutronové hvězdy a černé díry, kolem které jsou léčeni insolentními studenými planetami. Zdá se, že vesmír očekává spíše smutnou budoucnost.
Poznámky:
Tady a všude v této knize, pokud není specifikováno, používáme absolutní měřítko teplot, z nichž nula odpovídá -273 ° C. Pro přechod z absolutní teploty na teplotu na stupnici Celsia je nutné trvat 273 stupňů. Teplota povrchu SUN CELSIUS je tedy 5530 °
Snění o výbuchu Supernova někde poblíž není příliš rozumné. Podle Melvin Ruderman z Columbia University v New Yorku v New Yorku bude muset být lidstvo špatné, pokud se supernova exploze dojde ve vzdálenosti 30 světelných let od nás. Prostorové paprsky vysoké energie zničí ozonový štít v naší atmosféře, ultrafialové záření slunce přestane přetrvávat v atmosféře a ničí všechno naživu na Zemi.
Pro svou práci na teorii bílých trpaslíků, Chandrayekar v roce 1983 se uděluje Nobelova cena ve fyzice.
Tento proces se nazývá gravitační kolaps.