Белые карлики, нейтронные звёзды, пульсары и чёрные дыры
Список вопросов теста
Вопрос 1
- Какие звёзды называют белыми карликами?
Варианты ответов
- А) Звёзды, которые имеют огромные размеры (во много раз больше Солнца) и очень маленькую плотность (в сотни и тысячи раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли), средняя температура 4 000 — 5 000 К
Б) Небольшие горячие звезды (средняя температура 10 000 К); многие из них меньше Земли и даже Луны, но они имеют громадную плотность порядка 10 7 г/см 3 .
Вопрос 2
Нейтронные звёзды — это.
Варианты ответов
- А) … это звёзды размер, которых соизмерим с размером Солнца и имеющие температуру поверхности 6 000 К.
Б) … это небольшие невидимые звёзды (радиус около 10 км), с очень огромной плотностью (10 18 -10 19 г/см 3 ). Вокруг такой звезды вращается диск, состоящий из вещества и испускающий электромагнитные волны рентгеновского диапазона.
В) … это небольшие (радиус около 10 км), сверхплотные звезды (10 12 – 10 17 г/см 3 ). Недра таких звезд состоят из нейтронов, образовавшихся в результате слияния протонов с электронами под влиянием сверхвысокого сжатия.
Вопрос 3
Черные дыры — это .
Варианты ответов
- А) … это звёзды размер, которых соизмерим с размером Солнца и имеющие температуру поверхности 6 000 К.
Б) … это небольшие невидимые звёзды (радиус около 10 км), с очень огромной плотностью (10 18 -10 19 г/см 3 ). Вокруг такой звезды вращается диск, состоящий из вещества и испускающий электромагнитные волны рентгеновского диапазона.
В) … это небольшие (радиус около 10 км), сверхплотные звезды (10 12 – 10 17 г/см 3 ). Недра таких звезд состоят из нейтронов, образовавшихся в результате слияния протонов с электронами под влиянием сверхвысокого сжатия.
Вопрос 4
Затменно-переменная звезда — это такая двоичная звезда, двойственность которой…
Варианты ответов
- А) …обнаруживается по периодическому раздвоению или колебанию спектральных линий в спектре звезды.
- Б) …может быть замечена при наблюдении в телескоп или даже невооружённым глазом.
- В) …проявляется в периодическом изменении видимого блеска звезды.
Вопрос 5
Звёзды, которые меняют свой блеск при пульсациях и изменениях температуры поверхности называются .
Варианты ответов
- затменно-переменными звёздами
- пульсирующими переменными звёздами
- кратными звёздами
Вопрос 6
Полярная звезда относится к .
Варианты ответов
- цефеидам
- кратным звездам
- затменно-переменным звездам
Вопрос 7
- Блеск новой звезды увеличивается в следствие того, что…
Варианты ответов
- …звезда сбрасывает, расширяясь, внешнюю оболочку.
- . звезда очень сильно сжимается
- . постепенно рассеиваются в пространстве её вешние слои.
- . внешняя оболочка через некоторое время возвращается обратно (падает на звезду).
Вопрос 8
Варианты ответов
- . представляет собой грандиозную катастрофу, происходящую с некоторыми звёздами, в недрах таких звезд происходят взрывы колоссальной мощности, разрушающие её
- …является обычным событием для многих звезд
- . быстро вращающиеся нейтронные звёзды, периодически испускающие импульсы радиоизлучения
Вопрос 9
Когда наблюдалась вспышка сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке?
Варианты ответов
- 1 января 2018 г
- 1 января 1900
- 24 февраля 1987 г
Вопрос 10
Взрыв белого карлика, входящего в состав двойной ситсемы, вследствие перетекания вещества из обычной звезды на белый карлик, т.к. его масса близка к критической, то в его недрах происходит взрыв.
Источник
Астрономы уточнили размер нейтронных звезд и усомнились в существовании их кварковых «близнецов»
Новости партнеров
Каков размер нейтронных звезд? Предыдущие оценки радиуса варьировались от восьми до шестнадцати километров. Астрофизикам из Университета Гете во Франкфурте (Германия) удалось определить размер нейтронных звезд с точностью до 1,5 километров с помощью сложного статистического подхода, основанного на измерении гравитационных волн. Отчет исследователей представлен в Physical Review Letters.
Нейтронные звезды – самые плотные объекты во Вселенной с массой, превышающей Солнце, но уплотненные в относительно маленькую сферу. Уже более 40 лет определение размеров нейтронных звезд является Святым Граалем ядерной физики, находка которого предоставит важную информацию о фундаментальном поведении ядерных плотностей.
Данные об обнаружении гравитационных волн от слияния нейтронных звезд (GW170817) вносят важный вклад в решение этой головоломки. В конце 2017 года профессор Лучиано Реццолла вместе со своими учениками Элиасом Мостом и Лукасом Вейхом уже использовали их, чтобы ответить на давний вопрос о максимальной массе, которую могут иметь нейтронные звезды перед тем, как коллапсировать в черную дыру. После первого важного результата эта же команда с помощью профессора Юргена Шаффнера-Белича приступила к установке более жестких ограничений на размер нейтронных звезд.
Суть в том, что уравнение состояния, которое описывает вещество внутри нейтронных звезд, неизвестно. Физики выбрали статистические методы для определения размеров нейтронных звезд в узких пределах. Они рассчитали более двух миллиардов теоретических моделей, решив для них уравнение Эйнштейна, и объединили этот большой набор данных с ограничениями, исходящими из обнаружения гравитационных волн GW170817.
В результате исследователи определили радиус типичной нейтронной звезды в пределах разницы 1,5 километров: он составляет от 12 до 13,5 километров, что может быть дополнительно уточнено будущими обнаружениями гравитационных волн.
«Тем не менее, у задачи могло быть не одно решение», – комментирует Юрген Шаффнер-Белич. Возможно, что при сверхвысоких плотностях вещество резко меняет свойства и приближается к так называемому «фазовому переходу». Это похоже на то, что происходит с водой, когда она замерзает и переходит из жидкого в твердое состояние. В случае нейтронных звезд этот переход предположительно превращает обычную материю в «кварковую», создавая звезды, которые будут иметь ту же массу, что и их «близнец» – нейтронная звезда, но они будут намного меньше и, следовательно, еще более компактны.
Хотя нет доказательств их существования, они могут быть правдоподобным решением, и исследователи из Франкфурта учли эту возможность, несмотря на дополнительные осложнения. Усилие оправдалось: звезды-близнецы оказались статистически маловероятны. Это важный вывод, который теперь позволяет ученым потенциально исключить существование этих очень компактных объектов. Будущие наблюдения гравитационных волн покажут, имеют ли нейтронные звезды экзотических близнецов.
Источник
Нейтронная звезда
Нейтро́нная звезда́ — астрономический объект, являющийся одним из конечных продуктов эволюции звёзд, состоящий из нейтронной сердцевины и сравнительно тонкой (∼1 км) коры вырожденного вещества, содержащей тяжёлые атомные ядра. Масса нейтронной звезды практически такая же, как и у Солнца, но радиус составляет около 10 км. Поэтому средняя плотность вещества такой звезды в несколько раз превышает плотность атомного ядра (которая для тяжёлых ядер составляет в среднем 2,8·10 17 кг/м³). Считается, что нейтронные звезды рождаются во время вспышек сверхновых.
Содержание
Общие сведения
Массы большинства известных нейтронных звёзд близки к 1,44 массы Солнца, что равно значению предела Чандрасекара. Теоретически же допустимы нейтронные звёзды с массами от 1,4 до примерно 2,5 солнечных масс, однако эти значения в настоящее время известны весьма неточно. Самые массивные нейтронные звёзды из открытых — Vela X-1 (имеет массу не менее 1,88±0,13 солнечных масс на уровне 1σ, что соответствует уровню значимости α≈34 %) [1] и PSR J1614-2230 (англ.) (с оценкой массы 1,97±0,04 солнечных) [2] [3] [4] . Силы тяготения в нейтронных звёздах уравновешиваются давлением вырожденного нейтронного газа, максимальное значение массы нейтронной звезды задаётся пределом Оппенгеймера — Волкова, численное значение которого зависит от (пока ещё плохо известного) уравнения состояния вещества в ядре звезды. Существуют теоретические предпосылки того, что при ещё большем увеличении плотности возможно перерождение нейтронных звезд в кварковые. [5]
Магнитное поле на поверхности нейтронных звёзд достигает значения 10 12 —10 13 Гс (для сравнения — у Земли около 1 Гс), именно процессы в магнитосферах нейтронных звёзд ответственны за радиоизлучение пульсаров. Начиная с 1990-х годов, некоторые нейтронные звёзды отождествлены как магнетары — звёзды, обладающие магнитными полями порядка 10 14 Гс и выше. Такие поля (превышающие «критическое» значение 4,414·10 13 Гс, при котором энергия взаимодействия электрона с магнитным полем превышает его энергию покоя mec²) привносят качественно новую физику, так как становятся существенны специфические релятивистские эффекты, поляризация физического вакуума и т. д.
История открытия
Нейтронные звёзды — одни из немногих астрономических объектов, которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.
В 1933 году астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки предположили, что нейтронные звёзды могут образовываться в результате взрыва сверхновой. Теоретические расчеты того времени показали, что излучение нейтронных звёзд слишком слабо, и их невозможно обнаружить. О нейтронных звёздах на время забыли. В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Э. Хьюиша, открыла объекты, излучающие регулярные импульсы радиоволн. Этот феномен был объяснён как узко направленный радиолуч от быстро вращающегося объекта — своеобразный «космический маяк». Но обычные звёзды разрушились бы от столь высокой скорости вращения. На роль таких маяков могли подходить только нейтронные звезды. Пульсар PSR B1919+21 считается первой открытой нейтронной звездой.
Классификация нейтронных звёзд
Существует два параметра, характеризующих взаимодействие нейтронных звёзд с окружающим веществом и как следствие их наблюдательные проявления: период вращения и величина магнитного поля. Со временем звезда расходует свою вращательную энергию, и её период вращения увеличивается. Магнитное поле тоже ослабевает. По этой причине нейтронная звезда за время своей жизни может менять свой тип. Ниже представлена номенклатура нейтронных звёзд в порядке убывания скорости вращения. [6]
Эжектор (радиопульсар)
Сильные магнитные поля и малый период вращения. Магнитное поле вращается твердотельно, то есть с той же угловой скоростью, что и сама нейтронная звезда. На определённом радиусе 
линейная скорость вращения поля начинает превосходить скорость света. Этот радиус называется радиусом светового цилиндра. За этим радиусом обычное дипольное поле существовать не может, поэтому линии напряжённости поля в этом месте обрываются. Заряженные частицы, двигающиеся вдоль линий магнитного поля, через такие обрывы могут покидать нейтронную звезду и улетать на бесконечность. Нейтронная звезда данного типа эжектирует (от фр. éjecter — извергать, выталкивать) релятивистские заряженные частицы, которые излучают в радиодиапазоне. Для наблюдателя эжекторы выглядят как радиопульсары.
Пропеллер
Скорость вращения уже недостаточна для эжекции частиц, поэтому такая звезда не может быть радиопульсаром. Однако она всё ещё велика, и захваченная магнитным полем окружающая нейтронную звезду материя не может упасть, то есть аккреция вещества не происходит. Нейтронные звёзды данного типа практически не имеют наблюдательных проявлений, и изучены плохо.
Аккретор (рентгеновский пульсар)
Скорость вращения снижается до такой степени, что веществу теперь ничего не мешает падать на такую нейтронную звезду. Плазма, падая, движется по линиям магнитного поля и ударяется о твёрдую поверхность в районе полюсов нейтронной звезды, разогреваясь до десятков миллионов градусов. Вещество, нагретое до столь высоких температур, светится в рентгеновском диапазоне. Область, в которой происходит столкновение падающего вещества с поверхностью звезды, очень мала — всего около 100 метров. Это горячее пятно из-за вращения звезды периодически пропадает из вида, что наблюдатель воспринимает как пульсации. Такие объекты 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 срабатывает в магнитосфере Земли, из-за чего данный тип и получил своё название.
Источник
Нейтронная звезда
Или их еще называют пульсарами, магнетарами, радиопульсарами, рентгеновскими пульсарами
Нейтронная звезда — очень быстро вращающееся тело, оставшееся после взрыва сверхновой звезды. При диаметре 20 километров это тело имеет массу сравнимую с солнечной, один грамм нейтронной звезды весил бы в земных условиях более 500 миллионов тонн! Такая огромная плотность возникает от вдавливания электронов в ядра, от чего они объединяются с протонами и образуют нейтроны. По сути, нейтронные звезды по свойствам, включая плотность и состав, очень похожи на атомные ядра. Но есть существенная разница: в ядрах нуклоны притягивает сильное взаимодействие, а в звездах – сила гравитации.
Что из себя представляет
Состав нейтронных звёзд
Состав этих объектов (по понятным причинам) изучен пока только в теории и математических расчетах. Однако, известно уже многое. Как и следует из названия, состоят они преимущественно из плотно упакованных нейтронов.
Атмосфера нейтронной звезды имеет толщину всего несколько сантиметров, но в ней сосредоточено все её тепловое излучение. За атмосферой находится кора, состоящая из плотно упакованных ионов и электронов. В середине находится ядро, состоящее из нейтронов. Ближе к центру достигается максимальная плотность вещества, которая в 15 раз больше ядерной. Нейтронные звезды — самые плотные объекты во вселенной. Если попытаться и далее увеличивать плотность вещества произойдет коллапс в черную дыру, или образуется кварковая звезда.
Магнитное поле
Нейтронные звёзды имеют скорости вращения до 1000 оборотов в секунду. При этом электропроводящие плазма и ядерное вещество вырабатывают магнитные поля гигантских величин.
Для примера — магнитное поле Земли -1 гаусс, нейтронной звезды — 10 000 000 000 000 гаусс. Самое сильное поле, созданное человеком, будет в миллиарды раз слабее.
Типы нейтронных звезд
Пульсары
Это обобщающее название для всех нейтронных звезд. Пульсары имеют четко определенный период вращения, который не меняется очень долгое время. Благодаря этому свойству их прозвали «маяками вселенной»
Частицы узким потоком на очень высоких скоростях вылетают через полюса, становясь источником радиоизлучения. Из-за несовпадения осей вращения, направление потока постоянно меняется, создавая эффект маяка. И, как у каждого маяка, у пульсаров своя частота сигнала, по которой его можно идентифицировать.
Практически все обнаруженные нейтронные звёзды существуют в двойных рентгеновских системах или в качестве одиночных пульсаров.
Магнетары
При рождении очень быстро крутящейся нейтронной звезды, общие вращение и конвекция создают громадное магнитное поле. Это происходит за счёт процесса «активного динамо». Это поле превышает величины полей обычных пульсаров в десятки тысяч раз. Действие динамо заканчивается через 10 – 20 секунд, и происходит охлаждение атмосферы звезды, но магнитное поле успевает возникнуть заново за этот срок. Оно неустойчиво, и быстрая смена его структуры порождает выброс гигантского количества энергии. Получается, что магнитное поле звезды разрывает её саму. Кандидатов на роль магнетаров в нашей галактике насчитывается около десятка. Появление его возможно из звезды, превосходящей минимум в 8 раз массу нашего Солнца. Размеры же их порядка 15 км в диаметре, при массе около одной солнечной. Но достаточного подтверждения существования магнетаров пока не получено.
Рентгеновские пульсары.
Они считаются другой фазой жизни магнетара и излучают исключительно в рентгеновском диапазоне. Излучение возникает в результате взрывов, имеющих определённый период.
Некоторые нейтронные звёзды появляются в двойных системах или же приобретают компаньона, захватив его в свое гравитационное поле. Такой компаньон будет отдавать своё вещество агрессивной соседке. Если компаньон нейтронной звезды по массе не меньше Солнца, то возможны интересные явления – барстеры. Это рентгеновские вспышки, продолжительностью в секунды или минуты. Но они способны усилить светимость звезды до 100 тыс. солнечных. Перенесённые с компаньона водород и гелий наслаиваются на поверхности барстера. Когда слой становится очень плотным и горячим, запускается термоядерная реакция. Мощность такого взрыва невероятна: на каждом квадратном сантиметре звезды выделяется мощь, эквивалентная взрыву всего земного ядерного потенциала.
При наличии компаньона-гиганта, вещество теряется им в виде звёздного ветра, а нейтронная звезда втягивает его своей гравитацией. Частицы летят по силовым линиям по направлению к магнитным полюсам. При несовпадении магнитной оси и оси вращения, яркость звезды будет переменной. Получается рентгеновский пульсар.
Миллисекундные пульсары.
Они тоже связаны с двойными системами и обладают самыми короткими периодами (меньше 30 миллисекунд). Вопреки ожиданиям, они оказываются не самыми молодыми, а достаточно старыми. Старая и медленная нейтронная звезда поглощает материю компаньона-гиганта. Падая на поверхность захватчика, материя придаёт ей вращательную энергию, и вращение звезды усиливается. Постепенно компаньон превратится в белого карлика, потеряв в массе.
Экзопланеты у нейтронных звезд
Первую экзопланету открыли при исследовании радиопульсара. Так как нейтронные звезды очень стабильны, возможно очень точно отслеживать находящиеся рядом планеты с массами, намного меньшими массы Юпитера.
Очень легко отыскалась планетная система у пульсара PSR 1257+12, удалённого от Солнца на 1000 световых лет. Рядом со звездой три планеты, имеющие массы 0,2, 4,3 и 3,6 масс Земли с периодами обращений в 25, 67 и 98 суток. Позже нашлась ещё одна планета с массой Сатурна и периодом обращения 170 лет. Также известен пульсар с планетой немного массивнее Юпитера.
На самом деле парадоксально, что возле пульсара существуют планеты. Нейтронная звезда рождается в результате взрыва сверхновой, и та теряет основную часть своей массы. Оставшаяся часть уже не обладает достаточной гравитацией для удержания спутников. Вероятно, найденные планеты образовались уже после катаклизма.
Исследования
Число известных нейтронных звёзд около 1200. Из них 1000 считаются радиопульсарами, а остальные определены как рентгеновские источники. Изучать эти объекты невозможно, послав к ним какой-либо аппарат. В кораблях «Пионер» были отправлены послания разумным существам. И местоположение нашей Солнечной системы указано именно с ориентацией на ближайшие к Земле пульсары. От Солнца линиями показаны направления на эти пульсары и расстояния до них. А прерывистость линии обозначает период их обращения.
Ближайший к нам нейтронный сосед расположен в 450 световых годах. Это двойная система – нейтронная звезда и белый карлик, период её пульсации 5,75 миллисекунды.
Вряд ли возможно оказаться рядом с нейтронной звездой и остаться в живых. Можно только фантазировать на эту тему. Да и как представить выходящие за границы разума величины температуры, магнитного поля и давления? Но пульсары ещё помогут нам в освоении межзвёздного пространства. Любое, даже самое дальнее галактическое путешествие, окажется не гибельным, если будут работать стабильные маяки, видимые во всех уголках Вселенной.
Источник