Википедия

Нейтронные звезды

Нейтро́нная звезда́ — космическое тело, являющееся одним из возможных результатов эволюции звёзд, состоящее в основном из нейтронной сердцевины, покрытой сравнительно тонкой (около 1 км) корой вещества в виде тяжёлых атомных ядер и электронов.

image
Строение нейтронной звезды
Столкновение двух звёзд

Массы нейтронных звёзд сравнимы с массой Солнца, но типичный радиус нейтронной звезды составляет лишь 10—20 километров. Поэтому средняя плотность вещества такого объекта в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8⋅1017 кг/м3). Дальнейшему гравитационному сжатию нейтронной звезды препятствует давление ядерного вещества, возникающее за счёт взаимодействия нейтронов.

Многие нейтронные звёзды обладают чрезвычайно высокой скоростью осевого вращения, — до нескольких сотен оборотов в секунду, и чрезвычайно сильным магнитным полем — до 1011 Тл. По современным представлениям, нейтронные звёзды возникают в результате вспышек сверхновых звёзд.

Формирование

image
Упрощённая схема образования нейтронных звёзд

Любая звезда главной последовательности с начальной массой, более чем в 8 раз превышающей массу Солнца (M), может в процессе эволюции превратиться в нейтронную звезду. По мере эволюции звезды в её недрах выгорает весь водород, и звезда сходит с главной последовательности. Некоторое время энерговыделение в звезде обеспечивается синтезом более тяжёлых ядер из ядер гелия, но этот синтез заканчивается после того, как все более лёгкие ядра превратятся в ядра с атомным номером, близким к атомному номеру железа — элементам с наибольшей энергией связи ядер.

Когда все ядерное топливо в активной зоне израсходовано, активная зона поддерживается от гравитационного сжатия только давлением вырожденного электронного газа.

При дальнейшем сжатии внешних слоёв звезды, где ещё продолжаются термоядерные реакции синтеза, по мере выгорания лёгких ядер сжатие ядра звезды увеличивается, и масса ядра звезды начинает превышать предел Чандрасекара. Давление вырожденного электронного газа становится недостаточным для поддержания гидростатического равновесия, и ядро начинает быстро уплотняться, в результате чего его температура поднимается выше 5⋅109 K. При таких температурах происходит фотодиссоциация ядер железа на альфа-частицы под действием жёсткого гамма-излучения. При последующем увеличении температуры происходит слияние электронов и протонов в нейтроны в процессе электронного захвата. В соответствии с законом сохранения лептонного заряда при этом образуется мощный поток электронных нейтрино.

Когда плотность звезды достигает ядерной плотности 4⋅1017 кг/м3, давление вырожденного нейтронного идеального газа Ферми — Дирака останавливает сжатие. Падение внешней оболочки звезды на нейтронное ядро останавливается, и она отбрасывается от ядра звезды потоком нейтрино, так как при очень высоких температурах в схлопывающейся оболочке вещество оболочки становится непрозрачным для нейтрино, при этом звезда превращается в сверхновую. После рассеивания внешней оболочки от звезды остаётся звёздный остаток — нейтронная звезда.

Если масса этого остатка превышает 3 M, то коллапс звезды продолжается, и возникает чёрная дыра.

По мере того, как ядро массивной звезды сжимается во время взрыва сверхновой II типа, сверхновой Ib типа или Ic типа и коллапсирует в нейтронную звезду, она сохраняет бо́льшую часть своего исходного углового момента. Но поскольку радиус остатка звезды во много раз меньше радиуса родительской звезды, момент инерции остатка резко уменьшается, и в соответствии с законом сохранения момента импульса нейтронная звезда приобретает очень высокую угловую скорость вращения, которая постепенно уменьшается в течение очень длительного времени. Известны нейтронные звезды с периодами вращения от 1,4 мс до 30 мс.

Большой плотностью нейтронной звезды при малых размерах обусловлено её очень высокое ускорение свободного падения на поверхности с типичными значениями, лежащими в диапазоне от 1012 до 1013 м/с2, что более чем в 1011 раз больше, чем на поверхности Земли. При таком высоком тяготении нейтронные звезды имеют скорость убегания в диапазоне от 100 000 км/с до 150 000 км/с, то есть от трети до половины скорости света. Гравитация нейтронной звезды ускоряет падающее на неё вещество до огромных скоростей. Сила его удара, вероятно, достаточна для разрушения атомов падающего вещества и может превратить это вещество в нейтроны.

Общие сведения

image
Сравнение размеров нейтронной звезды (в верхнем левом углу) радиусом 10 км с белым карликом радиусом 6000 км, близким к земному

Среди нейтронных звёзд с надёжно измеренными массами большинство имеют массу в интервале от 1,3 до 1,5 масс Солнца, что близко к значению предела Чандрасекара. Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 0,1 до примерно 2,16 солнечных масс. Самые массивные нейтронные звёзды из известных — Vela X-1 (имеет массу не менее 1,88 ± 0,13 солнечных масс на уровне , что соответствует уровню значимости α ≈ 34 %), [англ.] (с оценкой массы 1,97 ± 0,04 солнечных), PSR J0348+0432 (с оценкой массы 2,01 ± 0,04 солнечных) и, наконец, PSR J0740+6620 (с оценкой массы по разным данным 2,14 или 2,17 солнечных). Гравитационному сжатию нейтронных звёзд препятствует давление вырожденного нейтронного газа. Максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова, которое сейчас неизвестно, так как уравнение состояния вещества при ядерных плотностях остаётся малоизученным. Существуют теоретические предположения, что при ещё большем увеличении плотности сверх ядерной плотности возможен переход вещества нейтронных звёзд в кварковые звёзды.

Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 1012—1013 Гс (для сравнения — у Земли около 1 Гс). Именно процессы в магнитосфере нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. С 1990-х годов некоторые нейтронные звёзды стали причислять к магнетарам — звёздам с магнитным полем порядка 1014 Гс и выше.

При напряжённости магнитного поля выше «критического» значения 4,414⋅1013 Гс, при котором энергия взаимодействия магнитного момента электрона с магнитным полем превышает его энергию покоя mec2, становятся существенны специфические релятивистские эффекты, поляризация физического вакуума и т. д.

К 2022 году открыто более 3200 нейтронных звёзд. Порядка 90 % из них — одиночные звёзды, остальные входят в кратные звёздные системы.

Всего же в нашей Галактике, по оценкам, могут находиться 108—109 нейтронных звёзд, приблизительно одна нейтронная звезда на тысячу обычных звёзд.

Для нейтронных звёзд характерна высокая скорость собственного движения (как правило, сотни км/с). В результате аккреции на поверхность нейтронной звезды межзвёздного газа нейтронная звезда может быть наблюдаема с Земли в разных спектральных диапазонах, включая оптический, на который приходится около 0,003 % всей излучаемой звездой энергии (соответствует 10 абсолютной звёздной величине).

Строение

image
Внутреннее строение нейтронной звезды. Плотность вещества в слоях указана в единицах ядерной плотности image (~2,8⋅1017 кг/м3)
image
Внутреннее строение нейтронной звезды. Плотность вещества в слоях указана в г/см3

В нейтронной звезде можно условно выделить пять слоёв: атмосфера, внешняя кора, внутренняя кора, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Атмосфера нейтронной звезды — очень тонкий слой плазмы (от десятков сантиметров у горячих звёзд, до миллиметров у холодных), в ней формируется тепловое излучение нейтронной звезды.

Внешняя кора состоит из ядер и электронов, её толщина достигает нескольких сотен метров. В тонком (не более нескольких метров) приповерхностном слое горячей внешней коры нейтронной звезды электронный газ находится в невырожденном состоянии, в более глубоких слоях электронный газ вырожденный, с увеличением глубины его вырождение становится релятивистским и ультрарелятивистским.

Внутренняя кора состоит из электронов, свободных нейтронов и атомных ядер с избытком нейтронов. С ростом глубины доля свободных нейтронов увеличивается, а доля атомных ядер уменьшается. Толщина внутренней коры может достигать нескольких километров.

Внешнее ядро состоит из нейтронов с небольшой примесью (несколько процентов) протонов и электронов. У нейтронных звёзд с малой массой внешнее ядро может простираться до центра звезды.

У массивных нейтронных звёзд есть и внутреннее ядро. Его радиус может достигать нескольких километров, плотность в центре ядра может превышать плотность атомных ядер в 10—15 раз. Состав и уравнение состояния вещества внутреннего ядра достоверно неизвестны. Существует несколько гипотез, три наиболее вероятные из которых — 1) кварковое ядро, в котором нейтроны распадаются на составляющие их верхние и нижние кварки; 2) гиперонное ядро из барионов, включающих в себя странные кварки; и 3) каонное ядро, состоящее из двухкварковых мезонов, включающих в себя странные (анти)кварки. Однако в настоящее время невозможно подтвердить или опровергнуть ни одну из этих гипотез.

Остывание нейтронных звёзд

В момент рождения нейтронной звезды в результате вспышки сверхновой её температура очень высока — порядка 1011 K (то есть на 4 порядка выше температуры в центре Солнца), но она очень быстро падает за счёт нейтринного охлаждения. Всего за несколько минут температура падает с 1011 до 109 K, за месяц — до 108 K. Затем нейтринная светимость резко снижается (она очень сильно зависит от температуры), и охлаждение происходит гораздо медленнее за счёт фотонного (теплового) излучения поверхности. Температура поверхности известных нейтронных звёзд, у которых её удалось измерить, составляет порядка 105—106 K (хотя ядро, видимо, гораздо горячее). До полного остывания нейтронных звёзд потребуется от 1016 до 1022 лет.

История открытия

image
Гравитационное отклонение света в поле гравитации нейтронной звезды. Из-за гравитационного отклонения света видно более половины поверхности.

Нейтронные звёзды — один из немногих классов космических объектов, которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.

Впервые мысль о существовании звёзд с увеличенной плотностью ещё до открытия нейтрона, сделанного Чедвиком в начале февраля 1932 года, высказал известный советский учёный Лев Ландау. Так, в своей статье «О теории звёзд», написанной в феврале 1931 года, но по неизвестным причинам запоздало опубликованной только 29 февраля 1932 года — более чем через год, он пишет: «Мы ожидаем, что всё это [нарушение законов квантовой механики] должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро».

В декабре 1933 года на съезде Американского физического общества (15—16 декабря 1933 года) астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки сделали первое строгое предсказание существования нейтронных звёзд. В частности, они обоснованно предположили, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. Теоретические расчёты показали, что излучение нейтронной звезды в оптическом диапазоне слишком слабое, чтобы её можно было обнаружить при помощи оптических астрономических инструментов того времени.

Интерес к нейтронным звёздам усилился в 1960-х годах, когда начала развиваться рентгеновская астрономия, так как теория предсказывала, что максимум их теплового излучения приходится на область мягкого рентгена. Однако неожиданно они были открыты в радионаблюдениях. В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Э. Хьюиша, открыла объекты, излучающие регулярные радиоимпульсы. В феврале 1968 года это открытие было опубликовано. Вскоре эти объекты получили название пульсаров. Уже в мае 1968 года Т. Голд объяснил их пульсирующее излучение узкой направленностью радиолуча от быстро вращающегося космического объекта — своеобразный «космический радиомаяк». Обычная звезда разрушилась бы от центробежных сил при столь высокой скорости вращения, поэтому Т. Голд заключил, что пульсары — это нейтронные звёзды. Пульсар PSR B1919+21 считается первой открытой нейтронной звездой.

В том же 1967 году, ещё до открытия пульсаров, проанализировав наблюдения источника излучения Скорпион X-1 в оптическом и рентгеновском диапазонах, И. С. Шкловский сделал правильный вывод, что излучение порождается аккрецией на нейтронную звезду. Однако это открытие не стало общепризнанным в то время, а было подтверждено лишь 10 лет спустя.

Классификация нейтронных звёзд

Взаимодействие нейтронной звезды с окружающим веществом определяют два основных параметра и, как следствие, их наблюдаемые проявления: период (скорость) вращения и величина магнитного поля. Со временем звезда расходует свою вращательную энергию, и её вращение замедляется. Магнитное поле также ослабевает. По этой причине нейтронная звезда за время своей жизни может менять свой тип. Ниже представлена номенклатура нейтронных звёзд в порядке убывания скорости вращения, согласно монографии В. М. Липунова. Поскольку теория магнитосфер пульсаров всё ещё в состоянии развития, существуют альтернативные теоретические модели (см. недавний обзор и ссылки там).

Эжектор (радиопульсар)

Сильные магнитные поля и малый период вращения. В простейшей модели магнитосферы магнитное поле вращается твердотельно, то есть с той же угловой скоростью, что и тело нейтронной звезды. На определённом радиусе image линейная скорость вращения поля приближается к скорости света. Этот радиус называется «радиусом светового цилиндра». За этим радиусом обычное дипольное магнитное поле существовать не может, поэтому линии напряжённости поля в этом месте обрываются. Заряженные частицы, двигающиеся вдоль силовых линий магнитного поля, через такие обрывы могут покидать нейтронную звезду и улетать в межзвёздное пространство. Нейтронная звезда данного типа «эжектирует» (от англ. eject — извергать, выталкивать) релятивистские заряженные частицы, которые излучают в радиодиапазоне. Эжекторы наблюдаются как радиопульсары.

«Пропеллер»

Скорость вращения уже недостаточна для эжекции частиц, поэтому такая звезда не может быть радиопульсаром. Однако скорость вращения всё ещё велика, и захваченное магнитным полем окружающее нейтронную звезду вещество не может упасть на поверхность, то есть аккреция вещества не происходит. Нейтронные звёзды данного типа практически не наблюдаемы и изучены плохо.

Аккретор (рентгеновский пульсар)

Скорость вращения снижается настолько, что веществу теперь ничего не препятствует падать на такую нейтронную звезду. Падая, вещество, уже будучи в состоянии плазмы, движется по линиям магнитного поля и ударяется о поверхность тела нейтронной звезды в районе её полюсов, разогреваясь при этом до десятков миллионов кельвинов. Вещество, нагретое до столь высоких температур, ярко светится в мягком рентгеновском диапазоне. Размер области, в которой происходит столкновение падающего вещества с поверхностью тела нейтронной звезды, очень мал — всего около 100 метров. Это горячее пятно из-за вращения звезды периодически затмевается телом звезды, поэтому наблюдаются регулярные пульсации рентген-излучения. Такие объекты и называются рентгеновскими пульсарами.

Георотатор

Скорость вращения таких нейтронных звёзд мала и не препятствует аккреции. Но размеры магнитосферы таковы, что плазма останавливается магнитным полем раньше, чем она будет захвачена гравитацией. Подобный механизм работает в магнитосфере Земли, из-за чего данный тип нейтронных звёзд и получил своё название.

Эргозвезда

Теоретически возможная устойчивая разновидность нейтронной звезды, имеющая эргосферу. Вероятно, эргозвезды возникают в процессе слияния нейтронных звёзд.

Примечания

  1. Магнитары. Большая российская энциклопедия. Дата обращения: 10 августа 2023. Архивировано 3 июня 2023 года.
  2. Bally, John; Reipurth, Bo. The Birth of Stars and Planets. — illustrated. — Cambridge University Press, 2006. — С. 207. — ISBN 978-0-521-80105-8.
  3. Haensel, Paweł; Potekhin, Alexander Y.; Yakovlev, Dmitry G. Neutron Stars. — Springer, 2007. — ISBN 978-0-387-33543-8.
  4. Дмитрий Трунин. Астрофизики уточнили предельную массу нейтронных звезд. N + 1. Дата обращения: 18 января 2018. Архивировано 25 марта 2019 года.
  5. H. Quaintrell и др. The mass of the neutron star in Vela X-1 and tidally induced non-radial oscillations in GP Vel (англ.) // Astronomy and Astrophysics. — EDP Sciences, апрель 2003. — No. 401. — P. 313—323. — arXiv:astro-ph/0301243. Архивировано 8 апреля 2019 года.
  6. Demorest P. B., Pennucci T., Ransom S. M., Roberts M. S. E., Hessels J. W. T. A two-solar-mass neutron star measured using Shapiro delay (англ.) // Nature. — 2010. — Vol. 467. — P. 1081—1083. — doi:10.1038/nature09466.
  7. «Сверхтяжёлая» нейтронная звезда отрицает теорию «свободных» кварков. РИА Новости (29 октября 2010). Дата обращения: 30 октября 2010. Архивировано 16 октября 2012 года.
  8. Рождению странных звёзд помогает тёмная материя? (Архивная копия от 18 ноября 2011 на Wayback Machine). Элементы большой науки, 2010.
  9. Peculiar Neutron Stars (англ.). Cosmic Reflections. Дата обращения: 12 марта 2023. Архивировано 12 марта 2023 года.
  10. Е. Шиховцев Визит нейтронной звезды (Архивная копия от 23 февраля 2014 на Wayback Machine). 2013.
  11. УФН, 1999.
  12. Мягкая или твёрдая? Спор о том, что находится внутри нейтронной звезды. Хабр. Дата обращения: 25 марта 2019. Архивировано 25 марта 2019 года.
  13. Как умирают звёзды. Дата обращения: 11 марта 2023. Архивировано 11 марта 2023 года.
  14. Hewish, A.; Bell, S. J.; Pilkington, J. D. H.; Scott, P. F.; Collins, R. A. (1968), Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source, Nature (англ.), 217 (5130): 709–713
  15. Gold, T. (1968), Rotating Neutron Stars as the Origin of the Pulsating Radio Sources, Nature (англ.), 218 (5143): 731–732
  16. Shklovsky, I. S. (April 1967), On the Nature of the Source of X-Ray Emission of SCO XR-1, The Astrophysical Journal (англ.), 148 (1): L1 – L4, doi:10.1086/180001
  17. de Freitas Pacheco, J. A.; Steiner, J. E.; Neto, A. D. (1977), The electromagnetic emission from Sco X-1, Astronomy and Astrophysics (англ.), 55: 111–116
  18. В. М. Липунов. Астрофизика нейтронных звёзд. — Наука. — 1987. — С. 90.
  19. Бескин В. С., Истомин Я. Н., Филиппов А. А. Радиопульсары — поиски истины // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2013. — Т. 183, № 10. — С. 179—194. — doi:10.3367/UFNr.0183.201302e.0179. Архивировано 29 октября 2013 года.
  20. arXiv.org Antonios Tsokaros, Milton Ruiz, Lunan Sun, Stuart L. Shapiro, Kōji Uryū 8 Jul 2019 Dynamically stable ergostars exist! Архивная копия от 11 августа 2019 на Wayback Machine

Литература

  • Шапиро С. Л., Тьюколски С. А. Чёрные дыры, белые карлики и нейтронные звёзды / Пер. с англ. под ред. Я. А. Смородинского. — М.: Мир, 1985. — Т. 1—2. — 656 с.
  • Попов С. Б., Прохоров М. Е. Астрофизика одиночных нейтронных звёзд: радиотихие нейтронные звёзды и магнитары. — ГАИШ МГУ, 2002.
  • Haensel P., Potekhin A. Y., Yakovlev D. G. Neutron Stars. — New York: Springer, 2007. — Т. 1. — 619 с. — ISBN 978-0-387-33543-8.
  • Яковлев Д. Г., Левенфиш К. П., Шибанов Ю. А. Остывание нейтронных звёзд и сверхтекучесть в их ядрах // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 1999. — Т. 169, № 8. — С. 825—868. — doi:10.3367/UFNr.0169.199908a.0825.
  • Потехин А. Ю. Физика нейтронных звёзд // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2010. — Т. 180. — С. 1279—1304.
  • Коккедэ Я. Теория кварков. — М.: Мир, 1971. — С. 27. — 341 с.
  • Попов С. Б. Суперобъекты. Звёзды размером с город. — М.: Литагент «Альпина», 2016.
  • Липунов В. М. Астрофизика нейтронных звезд. — М.: Русский мир, 2015. — 304 с. — ISBN 978-5-89577-196-9.

Ссылки

  • ASTROPHYSICS: ON OBSERVED PULSARS. scienceweek.com. Дата обращения: 6 августа 2004.
  • Norman K. Glendenning; R. Kippenhahn; I. Appenzeller; G. Borner; M. Harwit. Compact Stars. — 2nd. — 2000.
  • Kaaret; Prieskorn; in 't Zand; Brandt; Lund; Mereghetti; Gotz; Kuulkers; Tomsick. Evidence for 1122 Hz X-Ray Burst Oscillations from the Neutron-Star X-Ray Transient XTE J1739-285 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2006. — Vol. 657, no. 2. — P. L97. — doi:10.1086/513270. — Bibcode: 2007ApJ...657L..97K. — arXiv:astro-ph/0611716.
  • Hessels, Jason W. T; Ransom, Scott M; Stairs, Ingrid H; Freire, Paulo C. C; Kaspi, Victoria M; Camilo, Fernando. Neutron Stars for Undergraduates (англ.) // American Journal of Physics : journal. — 2003. — Vol. 72, no. 2004. — P. 892—905. — doi:10.1119/1.1703544. — Bibcode: 2004AmJPh..72..892S. — arXiv:nucl-th/0309041.
  • Silbar, Richard R; Reddy, Sanjay. Erratum: "Neutron stars for undergraduates" [Am. J. Phys. 72 (7), 892–905 (2004)] (англ.) // American Journal of Physics : journal. — 2005. — Vol. 73, no. 3. — P. 286. — doi:10.1119/1.1852544. — Bibcode: 2005AmJPh..73..286S. — arXiv:nucl-th/0309041.

Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Нейтронные звезды, Что такое Нейтронные звезды? Что означает Нейтронные звезды?

Nejtro nnaya zvezda kosmicheskoe telo yavlyayusheesya odnim iz vozmozhnyh rezultatov evolyucii zvyozd sostoyashee v osnovnom iz nejtronnoj serdceviny pokrytoj sravnitelno tonkoj okolo 1 km koroj veshestva v vide tyazhyolyh atomnyh yader i elektronov Stroenie nejtronnoj zvezdy source source source source Stolknovenie dvuh zvyozd Massy nejtronnyh zvyozd sravnimy s massoj Solnca no tipichnyj radius nejtronnoj zvezdy sostavlyaet lish 10 20 kilometrov Poetomu srednyaya plotnost veshestva takogo obekta v neskolko raz prevyshaet plotnost atomnogo yadra kotoraya dlya tyazhyolyh yader sostavlyaet v srednem 2 8 1017 kg m3 Dalnejshemu gravitacionnomu szhatiyu nejtronnoj zvezdy prepyatstvuet davlenie yadernogo veshestva voznikayushee za schyot vzaimodejstviya nejtronov Mnogie nejtronnye zvyozdy obladayut chrezvychajno vysokoj skorostyu osevogo vrasheniya do neskolkih soten oborotov v sekundu i chrezvychajno silnym magnitnym polem do 1011 Tl Po sovremennym predstavleniyam nejtronnye zvyozdy voznikayut v rezultate vspyshek sverhnovyh zvyozd FormirovanieUproshyonnaya shema obrazovaniya nejtronnyh zvyozd Lyubaya zvezda glavnoj posledovatelnosti s nachalnoj massoj bolee chem v 8 raz prevyshayushej massu Solnca M mozhet v processe evolyucii prevratitsya v nejtronnuyu zvezdu Po mere evolyucii zvezdy v eyo nedrah vygoraet ves vodorod i zvezda shodit s glavnoj posledovatelnosti Nekotoroe vremya energovydelenie v zvezde obespechivaetsya sintezom bolee tyazhyolyh yader iz yader geliya no etot sintez zakanchivaetsya posle togo kak vse bolee lyogkie yadra prevratyatsya v yadra s atomnym nomerom blizkim k atomnomu nomeru zheleza elementam s naibolshej energiej svyazi yader Kogda vse yadernoe toplivo v aktivnoj zone izrashodovano aktivnaya zona podderzhivaetsya ot gravitacionnogo szhatiya tolko davleniem vyrozhdennogo elektronnogo gaza Pri dalnejshem szhatii vneshnih sloyov zvezdy gde eshyo prodolzhayutsya termoyadernye reakcii sinteza po mere vygoraniya lyogkih yader szhatie yadra zvezdy uvelichivaetsya i massa yadra zvezdy nachinaet prevyshat predel Chandrasekara Davlenie vyrozhdennogo elektronnogo gaza stanovitsya nedostatochnym dlya podderzhaniya gidrostaticheskogo ravnovesiya i yadro nachinaet bystro uplotnyatsya v rezultate chego ego temperatura podnimaetsya vyshe 5 109 K Pri takih temperaturah proishodit fotodissociaciya yader zheleza na alfa chasticy pod dejstviem zhyostkogo gamma izlucheniya Pri posleduyushem uvelichenii temperatury proishodit sliyanie elektronov i protonov v nejtrony v processe elektronnogo zahvata V sootvetstvii s zakonom sohraneniya leptonnogo zaryada pri etom obrazuetsya moshnyj potok elektronnyh nejtrino Kogda plotnost zvezdy dostigaet yadernoj plotnosti 4 1017 kg m3 davlenie vyrozhdennogo nejtronnogo idealnogo gaza Fermi Diraka ostanavlivaet szhatie Padenie vneshnej obolochki zvezdy na nejtronnoe yadro ostanavlivaetsya i ona otbrasyvaetsya ot yadra zvezdy potokom nejtrino tak kak pri ochen vysokih temperaturah v shlopyvayushejsya obolochke veshestvo obolochki stanovitsya neprozrachnym dlya nejtrino pri etom zvezda prevrashaetsya v sverhnovuyu Posle rasseivaniya vneshnej obolochki ot zvezdy ostayotsya zvyozdnyj ostatok nejtronnaya zvezda Esli massa etogo ostatka prevyshaet 3 M to kollaps zvezdy prodolzhaetsya i voznikaet chyornaya dyra Po mere togo kak yadro massivnoj zvezdy szhimaetsya vo vremya vzryva sverhnovoj II tipa sverhnovoj Ib tipa ili Ic tipa i kollapsiruet v nejtronnuyu zvezdu ona sohranyaet bo lshuyu chast svoego ishodnogo uglovogo momenta No poskolku radius ostatka zvezdy vo mnogo raz menshe radiusa roditelskoj zvezdy moment inercii ostatka rezko umenshaetsya i v sootvetstvii s zakonom sohraneniya momenta impulsa nejtronnaya zvezda priobretaet ochen vysokuyu uglovuyu skorost vrasheniya kotoraya postepenno umenshaetsya v techenie ochen dlitelnogo vremeni Izvestny nejtronnye zvezdy s periodami vrasheniya ot 1 4 ms do 30 ms Bolshoj plotnostyu nejtronnoj zvezdy pri malyh razmerah obuslovleno eyo ochen vysokoe uskorenie svobodnogo padeniya na poverhnosti s tipichnymi znacheniyami lezhashimi v diapazone ot 1012 do 1013 m s2 chto bolee chem v 1011 raz bolshe chem na poverhnosti Zemli Pri takom vysokom tyagotenii nejtronnye zvezdy imeyut skorost ubeganiya v diapazone ot 100 000 km s do 150 000 km s to est ot treti do poloviny skorosti sveta Gravitaciya nejtronnoj zvezdy uskoryaet padayushee na neyo veshestvo do ogromnyh skorostej Sila ego udara veroyatno dostatochna dlya razrusheniya atomov padayushego veshestva i mozhet prevratit eto veshestvo v nejtrony Obshie svedeniyaSravnenie razmerov nejtronnoj zvezdy v verhnem levom uglu radiusom 10 km s belym karlikom radiusom 6000 km blizkim k zemnomu Sredi nejtronnyh zvyozd s nadyozhno izmerennymi massami bolshinstvo imeyut massu v intervale ot 1 3 do 1 5 mass Solnca chto blizko k znacheniyu predela Chandrasekara Teoreticheski zhe dopustimy nejtronnye zvyozdy s massami ot 0 1 do primerno 2 16 solnechnyh mass Samye massivnye nejtronnye zvyozdy iz izvestnyh Vela X 1 imeet massu ne menee 1 88 0 13 solnechnyh mass na urovne 1s chto sootvetstvuet urovnyu znachimosti a 34 angl s ocenkoj massy 1 97 0 04 solnechnyh PSR J0348 0432 s ocenkoj massy 2 01 0 04 solnechnyh i nakonec PSR J0740 6620 s ocenkoj massy po raznym dannym 2 14 ili 2 17 solnechnyh Gravitacionnomu szhatiyu nejtronnyh zvyozd prepyatstvuet davlenie vyrozhdennogo nejtronnogo gaza Maksimalnoe znachenie massy nejtronnoj zvezdy zadayotsya predelom Oppengejmera Volkova kotoroe sejchas neizvestno tak kak uravnenie sostoyaniya veshestva pri yadernyh plotnostyah ostayotsya maloizuchennym Sushestvuyut teoreticheskie predpolozheniya chto pri eshyo bolshem uvelichenii plotnosti sverh yadernoj plotnosti vozmozhen perehod veshestva nejtronnyh zvyozd v kvarkovye zvyozdy Magnitnoe pole na poverhnosti nejtronnyh zvyozd dostigaet znacheniya 1012 1013 Gs dlya sravneniya u Zemli okolo 1 Gs Imenno processy v magnitosfere nejtronnyh zvyozd otvetstvenny za radioizluchenie pulsarov S 1990 h godov nekotorye nejtronnye zvyozdy stali prichislyat k magnetaram zvyozdam s magnitnym polem poryadka 1014 Gs i vyshe Pri napryazhyonnosti magnitnogo polya vyshe kriticheskogo znacheniya 4 414 1013 Gs pri kotorom energiya vzaimodejstviya magnitnogo momenta elektrona s magnitnym polem prevyshaet ego energiyu pokoya mec2 stanovyatsya sushestvenny specificheskie relyativistskie effekty polyarizaciya fizicheskogo vakuuma i t d K 2022 godu otkryto bolee 3200 nejtronnyh zvyozd Poryadka 90 iz nih odinochnye zvyozdy ostalnye vhodyat v kratnye zvyozdnye sistemy Vsego zhe v nashej Galaktike po ocenkam mogut nahoditsya 108 109 nejtronnyh zvyozd priblizitelno odna nejtronnaya zvezda na tysyachu obychnyh zvyozd Dlya nejtronnyh zvyozd harakterna vysokaya skorost sobstvennogo dvizheniya kak pravilo sotni km s V rezultate akkrecii na poverhnost nejtronnoj zvezdy mezhzvyozdnogo gaza nejtronnaya zvezda mozhet byt nablyudaema s Zemli v raznyh spektralnyh diapazonah vklyuchaya opticheskij na kotoryj prihoditsya okolo 0 003 vsej izluchaemoj zvezdoj energii sootvetstvuet 10 absolyutnoj zvyozdnoj velichine StroenieVnutrennee stroenie nejtronnoj zvezdy Plotnost veshestva v sloyah ukazana v edinicah yadernoj plotnosti r0 displaystyle rho 0 2 8 1017 kg m3 Vnutrennee stroenie nejtronnoj zvezdy Plotnost veshestva v sloyah ukazana v g sm3 V nejtronnoj zvezde mozhno uslovno vydelit pyat sloyov atmosfera vneshnyaya kora vnutrennyaya kora vneshnee yadro i vnutrennee yadro Atmosfera nejtronnoj zvezdy ochen tonkij sloj plazmy ot desyatkov santimetrov u goryachih zvyozd do millimetrov u holodnyh v nej formiruetsya teplovoe izluchenie nejtronnoj zvezdy Vneshnyaya kora sostoit iz yader i elektronov eyo tolshina dostigaet neskolkih soten metrov V tonkom ne bolee neskolkih metrov pripoverhnostnom sloe goryachej vneshnej kory nejtronnoj zvezdy elektronnyj gaz nahoditsya v nevyrozhdennom sostoyanii v bolee glubokih sloyah elektronnyj gaz vyrozhdennyj s uvelicheniem glubiny ego vyrozhdenie stanovitsya relyativistskim i ultrarelyativistskim Vnutrennyaya kora sostoit iz elektronov svobodnyh nejtronov i atomnyh yader s izbytkom nejtronov S rostom glubiny dolya svobodnyh nejtronov uvelichivaetsya a dolya atomnyh yader umenshaetsya Tolshina vnutrennej kory mozhet dostigat neskolkih kilometrov Vneshnee yadro sostoit iz nejtronov s nebolshoj primesyu neskolko procentov protonov i elektronov U nejtronnyh zvyozd s maloj massoj vneshnee yadro mozhet prostiratsya do centra zvezdy U massivnyh nejtronnyh zvyozd est i vnutrennee yadro Ego radius mozhet dostigat neskolkih kilometrov plotnost v centre yadra mozhet prevyshat plotnost atomnyh yader v 10 15 raz Sostav i uravnenie sostoyaniya veshestva vnutrennego yadra dostoverno neizvestny Sushestvuet neskolko gipotez tri naibolee veroyatnye iz kotoryh 1 kvarkovoe yadro v kotorom nejtrony raspadayutsya na sostavlyayushie ih verhnie i nizhnie kvarki 2 giperonnoe yadro iz barionov vklyuchayushih v sebya strannye kvarki i 3 kaonnoe yadro sostoyashee iz dvuhkvarkovyh mezonov vklyuchayushih v sebya strannye anti kvarki Odnako v nastoyashee vremya nevozmozhno podtverdit ili oprovergnut ni odnu iz etih gipotez Ostyvanie nejtronnyh zvyozdV moment rozhdeniya nejtronnoj zvezdy v rezultate vspyshki sverhnovoj eyo temperatura ochen vysoka poryadka 1011 K to est na 4 poryadka vyshe temperatury v centre Solnca no ona ochen bystro padaet za schyot nejtrinnogo ohlazhdeniya Vsego za neskolko minut temperatura padaet s 1011 do 109 K za mesyac do 108 K Zatem nejtrinnaya svetimost rezko snizhaetsya ona ochen silno zavisit ot temperatury i ohlazhdenie proishodit gorazdo medlennee za schyot fotonnogo teplovogo izlucheniya poverhnosti Temperatura poverhnosti izvestnyh nejtronnyh zvyozd u kotoryh eyo udalos izmerit sostavlyaet poryadka 105 106 K hotya yadro vidimo gorazdo goryachee Do polnogo ostyvaniya nejtronnyh zvyozd potrebuetsya ot 1016 do 1022 let Istoriya otkrytiyaGravitacionnoe otklonenie sveta v pole gravitacii nejtronnoj zvezdy Iz za gravitacionnogo otkloneniya sveta vidno bolee poloviny poverhnosti Nejtronnye zvyozdy odin iz nemnogih klassov kosmicheskih obektov kotorye byli teoreticheski predskazany do otkrytiya nablyudatelyami Vpervye mysl o sushestvovanii zvyozd s uvelichennoj plotnostyu eshyo do otkrytiya nejtrona sdelannogo Chedvikom v nachale fevralya 1932 goda vyskazal izvestnyj sovetskij uchyonyj Lev Landau Tak v svoej state O teorii zvyozd napisannoj v fevrale 1931 goda no po neizvestnym prichinam zapozdalo opublikovannoj tolko 29 fevralya 1932 goda bolee chem cherez god on pishet My ozhidaem chto vsyo eto narushenie zakonov kvantovoj mehaniki dolzhno proyavlyatsya kogda plotnost materii stanet stol bolshoj chto atomnye yadra pridut v tesnyj kontakt obrazovav odno gigantskoe yadro V dekabre 1933 goda na sezde Amerikanskogo fizicheskogo obshestva 15 16 dekabrya 1933 goda astronomy Valter Baade i Fric Cvikki sdelali pervoe strogoe predskazanie sushestvovaniya nejtronnyh zvyozd V chastnosti oni obosnovanno predpolozhili chto nejtronnaya zvezda mozhet obrazovatsya v rezultate vzryva sverhnovoj Teoreticheskie raschyoty pokazali chto izluchenie nejtronnoj zvezdy v opticheskom diapazone slishkom slaboe chtoby eyo mozhno bylo obnaruzhit pri pomoshi opticheskih astronomicheskih instrumentov togo vremeni Interes k nejtronnym zvyozdam usililsya v 1960 h godah kogda nachala razvivatsya rentgenovskaya astronomiya tak kak teoriya predskazyvala chto maksimum ih teplovogo izlucheniya prihoditsya na oblast myagkogo rentgena Odnako neozhidanno oni byli otkryty v radionablyudeniyah V 1967 godu Dzhoselin Bell aspirantka E Hyuisha otkryla obekty izluchayushie regulyarnye radioimpulsy V fevrale 1968 goda eto otkrytie bylo opublikovano Vskore eti obekty poluchili nazvanie pulsarov Uzhe v mae 1968 goda T Gold obyasnil ih pulsiruyushee izluchenie uzkoj napravlennostyu radiolucha ot bystro vrashayushegosya kosmicheskogo obekta svoeobraznyj kosmicheskij radiomayak Obychnaya zvezda razrushilas by ot centrobezhnyh sil pri stol vysokoj skorosti vrasheniya poetomu T Gold zaklyuchil chto pulsary eto nejtronnye zvyozdy Pulsar PSR B1919 21 schitaetsya pervoj otkrytoj nejtronnoj zvezdoj V tom zhe 1967 godu eshyo do otkrytiya pulsarov proanalizirovav nablyudeniya istochnika izlucheniya Skorpion X 1 v opticheskom i rentgenovskom diapazonah I S Shklovskij sdelal pravilnyj vyvod chto izluchenie porozhdaetsya akkreciej na nejtronnuyu zvezdu Odnako eto otkrytie ne stalo obshepriznannym v to vremya a bylo podtverzhdeno lish 10 let spustya Klassifikaciya nejtronnyh zvyozdVzaimodejstvie nejtronnoj zvezdy s okruzhayushim veshestvom opredelyayut dva osnovnyh parametra i kak sledstvie ih nablyudaemye proyavleniya period skorost vrasheniya i velichina magnitnogo polya So vremenem zvezda rashoduet svoyu vrashatelnuyu energiyu i eyo vrashenie zamedlyaetsya Magnitnoe pole takzhe oslabevaet Po etoj prichine nejtronnaya zvezda za vremya svoej zhizni mozhet menyat svoj tip Nizhe predstavlena nomenklatura nejtronnyh zvyozd v poryadke ubyvaniya skorosti vrasheniya soglasno monografii V M Lipunova Poskolku teoriya magnitosfer pulsarov vsyo eshyo v sostoyanii razvitiya sushestvuyut alternativnye teoreticheskie modeli sm nedavnij obzor i ssylki tam Ezhektor radiopulsar Silnye magnitnye polya i malyj period vrasheniya V prostejshej modeli magnitosfery magnitnoe pole vrashaetsya tverdotelno to est s toj zhe uglovoj skorostyu chto i telo nejtronnoj zvezdy Na opredelyonnom radiuse RL c w displaystyle R text L c omega linejnaya skorost vrasheniya polya priblizhaetsya k skorosti sveta Etot radius nazyvaetsya radiusom svetovogo cilindra Za etim radiusom obychnoe dipolnoe magnitnoe pole sushestvovat ne mozhet poetomu linii napryazhyonnosti polya v etom meste obryvayutsya Zaryazhennye chasticy dvigayushiesya vdol silovyh linij magnitnogo polya cherez takie obryvy mogut pokidat nejtronnuyu zvezdu i uletat v mezhzvyozdnoe prostranstvo Nejtronnaya zvezda dannogo tipa ezhektiruet ot angl eject izvergat vytalkivat relyativistskie zaryazhennye chasticy kotorye izluchayut v radiodiapazone Ezhektory nablyudayutsya kak radiopulsary Propeller Skorost vrasheniya uzhe nedostatochna dlya ezhekcii chastic poetomu takaya zvezda ne mozhet byt radiopulsarom Odnako skorost vrasheniya vsyo eshyo velika i zahvachennoe magnitnym polem okruzhayushee nejtronnuyu zvezdu veshestvo ne mozhet upast na poverhnost to est akkreciya veshestva ne proishodit Nejtronnye zvyozdy dannogo tipa prakticheski ne nablyudaemy i izucheny ploho Akkretor rentgenovskij pulsar Skorost vrasheniya snizhaetsya nastolko chto veshestvu teper nichego ne prepyatstvuet padat na takuyu nejtronnuyu zvezdu Padaya veshestvo uzhe buduchi v sostoyanii plazmy dvizhetsya po liniyam magnitnogo polya i udaryaetsya o poverhnost tela nejtronnoj zvezdy v rajone eyo polyusov razogrevayas pri etom do desyatkov millionov kelvinov Veshestvo nagretoe do stol vysokih temperatur yarko svetitsya v myagkom rentgenovskom diapazone Razmer oblasti v kotoroj proishodit stolknovenie padayushego veshestva s poverhnostyu tela nejtronnoj zvezdy ochen mal vsego okolo 100 metrov Eto goryachee pyatno iz za vrasheniya zvezdy periodicheski zatmevaetsya telom zvezdy poetomu nablyudayutsya regulyarnye pulsacii rentgen izlucheniya Takie obekty i nazyvayutsya rentgenovskimi pulsarami Georotator Skorost vrasheniya takih nejtronnyh zvyozd mala i ne prepyatstvuet akkrecii No razmery magnitosfery takovy chto plazma ostanavlivaetsya magnitnym polem ranshe chem ona budet zahvachena gravitaciej Podobnyj mehanizm rabotaet v magnitosfere Zemli iz za chego dannyj tip nejtronnyh zvyozd i poluchil svoyo nazvanie Ergozvezda Teoreticheski vozmozhnaya ustojchivaya raznovidnost nejtronnoj zvezdy imeyushaya ergosferu Veroyatno ergozvezdy voznikayut v processe sliyaniya nejtronnyh zvyozd PrimechaniyaMagnitary neopr Bolshaya rossijskaya enciklopediya Data obrasheniya 10 avgusta 2023 Arhivirovano 3 iyunya 2023 goda Bally John Reipurth Bo The Birth of Stars and Planets illustrated Cambridge University Press 2006 S 207 ISBN 978 0 521 80105 8 Haensel Pawel Potekhin Alexander Y Yakovlev Dmitry G Neutron Stars Springer 2007 ISBN 978 0 387 33543 8 Dmitrij Trunin Astrofiziki utochnili predelnuyu massu nejtronnyh zvezd neopr N 1 Data obrasheniya 18 yanvarya 2018 Arhivirovano 25 marta 2019 goda H Quaintrell i dr The mass of the neutron star in Vela X 1 and tidally induced non radial oscillations in GP Vel angl Astronomy and Astrophysics EDP Sciences aprel 2003 No 401 P 313 323 arXiv astro ph 0301243 Arhivirovano 8 aprelya 2019 goda Demorest P B Pennucci T Ransom S M Roberts M S E Hessels J W T A two solar mass neutron star measured using Shapiro delay angl Nature 2010 Vol 467 P 1081 1083 doi 10 1038 nature09466 Sverhtyazhyolaya nejtronnaya zvezda otricaet teoriyu svobodnyh kvarkov neopr RIA Novosti 29 oktyabrya 2010 Data obrasheniya 30 oktyabrya 2010 Arhivirovano 16 oktyabrya 2012 goda Rozhdeniyu strannyh zvyozd pomogaet tyomnaya materiya Arhivnaya kopiya ot 18 noyabrya 2011 na Wayback Machine Elementy bolshoj nauki 2010 Peculiar Neutron Stars angl Cosmic Reflections Data obrasheniya 12 marta 2023 Arhivirovano 12 marta 2023 goda E Shihovcev Vizit nejtronnoj zvezdy Arhivnaya kopiya ot 23 fevralya 2014 na Wayback Machine 2013 UFN 1999 Myagkaya ili tvyordaya Spor o tom chto nahoditsya vnutri nejtronnoj zvezdy neopr Habr Data obrasheniya 25 marta 2019 Arhivirovano 25 marta 2019 goda Kak umirayut zvyozdy neopr Data obrasheniya 11 marta 2023 Arhivirovano 11 marta 2023 goda Hewish A Bell S J Pilkington J D H Scott P F Collins R A 1968 Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source Nature angl 217 5130 709 713 Gold T 1968 Rotating Neutron Stars as the Origin of the Pulsating Radio Sources Nature angl 218 5143 731 732 Shklovsky I S April 1967 On the Nature of the Source of X Ray Emission of SCO XR 1 The Astrophysical Journal angl 148 1 L1 L4 doi 10 1086 180001 de Freitas Pacheco J A Steiner J E Neto A D 1977 The electromagnetic emission from Sco X 1 Astronomy and Astrophysics angl 55 111 116 V M Lipunov Astrofizika nejtronnyh zvyozd Nauka 1987 S 90 Beskin V S Istomin Ya N Filippov A A Radiopulsary poiski istiny rus Uspehi fizicheskih nauk Rossijskaya akademiya nauk 2013 T 183 10 S 179 194 doi 10 3367 UFNr 0183 201302e 0179 Arhivirovano 29 oktyabrya 2013 goda arXiv org Antonios Tsokaros Milton Ruiz Lunan Sun Stuart L Shapiro Kōji Uryu 8 Jul 2019 Dynamically stable ergostars exist Arhivnaya kopiya ot 11 avgusta 2019 na Wayback MachineLiteraturaShapiro S L Tyukolski S A Chyornye dyry belye karliki i nejtronnye zvyozdy Per s angl pod red Ya A Smorodinskogo M Mir 1985 T 1 2 656 s Popov S B Prohorov M E Astrofizika odinochnyh nejtronnyh zvyozd radiotihie nejtronnye zvyozdy i magnitary GAISh MGU 2002 Haensel P Potekhin A Y Yakovlev D G Neutron Stars New York Springer 2007 T 1 619 s ISBN 978 0 387 33543 8 Yakovlev D G Levenfish K P Shibanov Yu A Ostyvanie nejtronnyh zvyozd i sverhtekuchest v ih yadrah rus Uspehi fizicheskih nauk Rossijskaya akademiya nauk 1999 T 169 8 S 825 868 doi 10 3367 UFNr 0169 199908a 0825 Potehin A Yu Fizika nejtronnyh zvyozd rus Uspehi fizicheskih nauk Rossijskaya akademiya nauk 2010 T 180 S 1279 1304 Kokkede Ya Teoriya kvarkov M Mir 1971 S 27 341 s Popov S B Superobekty Zvyozdy razmerom s gorod M Litagent Alpina 2016 Lipunov V M Astrofizika nejtronnyh zvezd M Russkij mir 2015 304 s ISBN 978 5 89577 196 9 SsylkiV rodstvennyh proektahZnacheniya v VikislovareMediafajly na Vikisklade ASTROPHYSICS ON OBSERVED PULSARS neopr scienceweek com Data obrasheniya 6 avgusta 2004 Norman K Glendenning R Kippenhahn I Appenzeller G Borner M Harwit Compact Stars 2nd 2000 Kaaret Prieskorn in t Zand Brandt Lund Mereghetti Gotz Kuulkers Tomsick Evidence for 1122 Hz X Ray Burst Oscillations from the Neutron Star X Ray Transient XTE J1739 285 angl The Astrophysical Journal journal IOP Publishing 2006 Vol 657 no 2 P L97 doi 10 1086 513270 Bibcode 2007ApJ 657L 97K arXiv astro ph 0611716 Hessels Jason W T Ransom Scott M Stairs Ingrid H Freire Paulo C C Kaspi Victoria M Camilo Fernando Neutron Stars for Undergraduates angl American Journal of Physics journal 2003 Vol 72 no 2004 P 892 905 doi 10 1119 1 1703544 Bibcode 2004AmJPh 72 892S arXiv nucl th 0309041 Silbar Richard R Reddy Sanjay Erratum Neutron stars for undergraduates Am J Phys 72 7 892 905 2004 angl American Journal of Physics journal 2005 Vol 73 no 3 P 286 doi 10 1119 1 1852544 Bibcode 2005AmJPh 73 286S arXiv nucl th 0309041

NiNa.Az

NiNa.Az - Абсолютно бесплатная система, которая делится для вас информацией и контентом 24 часа в сутки.
Взгляните
Закрыто