Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Сверхновые, нейтронные звезды и черные дыры. Одиночные и в парах.

       Этот пост - конспект к пятому занятию по программе дополнительного курса по астрономии для средней школы. Он содержит описание вспышек сверхновых, процессов образования нейтронных звезд (пульсаров) и черных дыр звездных масс как одиночных, так и в звездных парах. И несколько слов о коричневых карликах.





      1. Вспышки новых и сверхновых.
      Выгорание гелия в недрах звезд завершается вспышками красных гигантов, называемыми вспышками новых с образованием белых карликов или вспышками красных сверхгигантов, называемыми вспышками сверхновых с образованием нейтронных звезд или черных дыр и туманностей из сброшенных этими звездами своих оболочек. Зачастую массы сбрасываемых оболочек превышают массы "мумий" этих звезд - нейтронных звезд и черных дыр. Для понимания масштабов этого явления приведу видео вспышки сверхновой 2015F в удаленной от нас на 50 млн. св. лет галактике NGC 2442:



      Другой пример - сверхновая 1054 года в нашей Галактике, в результате вспышки которой образовались Крабовидная туманность и нейтронная звезда на расстоянии от нас в 6,5 тыс. св. лет. При этом масса образовавшейся нейтронной звезды ~ 2 солнечных масс, а масса сброшенной оболочки ~ 5 солнечных масс. Современники оценивали яркость этой сверхновой как примерно в 4 раза большую, чем у Венеры. Если бы такая сверхновая вспыхнула в тысячу раз ближе (6,5 св. лет), то она бы сверкала на нашем небе в 4000 раз ярче Луны, но в сотню раз слабее Солнца.

      2. Нейтронные звезды.
      Звезды больших масс (классов О, В, А) после выгорания водорода в гелий и в процессе выгорания гелия преимущественно в углерод входят в достаточно короткую стадию красного сверхгиганта и по завершении гелиево-углеродного цикла тоже сбрасывают оболочку и вспыхивают как "Сверхновые". Их недра тоже сжимаются под действием гравитации. Но давление вырожденного электронного газа уже не может остановить это гравитационное самосжатие. Поэтому температура в недрах этих звезд повышается и в них начинают идти термоядерные реакции, в результате которых образуются следующие элементы таблицы Менделеева. Вплоть до железа.

     Почему именно до железа? Потому, что образование ядер с большим атомным номером идет не с выделением энергии, а с поглощением ее. А взять ее от других ядер не так то просто. Конечно, элементы с большим атомным номером в недрах этих звезд образуются. Но в гораздо меньшем количестве, чем железо.

     А вот дальше эволюция расщепляется. Не слишком массивные звезды (классов А и частично В) превращаются в нейтронные звезды. В которых электроны буквально впечатываются в протоны и большая часть тела звезды превращается в огромное нейтронное ядро. Состоящее из соприкасающихся и даже вжатых друг в друга обычных нейтронов. Плотность вещества в котором порядка нескольких миллиардов тонн в кубическом сантиметре. А типичный размер нейтронной звезды - порядка 10-20 километров. Нейтронная звезда - второй устойчивый тип "мумии" умершей звезды. Их массы, как правило, лежат в интервале от 1,3 до 2-2,5 масс Солнца.

     Одиночные нейтронные звезды в оптике увидеть практически невозможно из-за их чрезвычайно низкой светимости. Но часть из них обнаруживают себя как пульсары. Что это такое? Практически все звезды обращаются вокруг своей оси и обладают достаточно сильным магнитным полем. Например, наше Солнце делает оборот вокруг своей оси примерно за месяц. Представьте себе, что его диаметр уменьшится сто тысяч раз. Ясно, что вращаться он будет гораздо быстрее. И магнитное поле такой звезды будет вблизи ее поверхности на много порядков сильнее солнечного. Большинство нейтронных звезд имеют период оборота вокруг своей оси в десятые - сотые доли секунды.

     А теперь представьте себе, что у такой звезды магнитная ось, как и у Земли, не совпадает с осью вращения. Жесткое излучение от такой звезды будет концентрироваться в узких конусах вдоль магнитной оси. И если этот конус будет с периодом вращения звезды "задевать" Землю, то эту звезду мы будем видеть как пульсирующий источник излучения. Наподобие вращаемого нашей рукой фонарика.

      Такой пульсар (нейтронная звезда) образовался сразу после вспышки сверхновой 1054 года, случившейся как раз во время визита кардинала Гумберта в Константинополь. По результатам которого произошел окончательный разрыв между католической и православной церквями. Сам пульсар совершает 30 оборотов в секунду. Сброшенная им оболочка массой ~ 5 масс Солнца выглядит как Крабовидная туманность:



А сам пульсар в наложении рентгена и оптики выглядит так:



      3. Черные дыры (звездных масс).
      Наконец, достаточно массивные звезды (классов О и частично В) заканчивают свой жизненный путь третьим типом "мумии" - черной дырой. Такой объект возникает, когда масса остатка звезды настолько велика, что давление соприкасающихся нейтронов в недрах этого остатка не может противостоять его гравитационному самосжатию.

     Напрямую одиночную черную дыру наблюдать невозможно. Ибо с ее поверхности (если она есть) никакая частица вырваться не может. Даже частица света - фотон.

      4. Нейтронные звезды и черные дыры в двойных звездных системах.
      Одиночные нейтронные звезды и черные дыры звездных масс практически не наблюдаемы. Но в случаях, если они являются одной из двух или более звезд в тесных звездных системах такие наблюдения становятся возможными. Поскольку своим тяготением могут "отсасывать" внешние оболочки остающихся пока нормальными звездами своих соседок.

      При таком "отсасывании" вокруг нейтронной звезды или черной дыры образуется аккреционный диск, вещество которого частично "сползает" к нейтронной звезде или черной дыре и частично отбрасывается от нее в двух струях-джетах. Это процесс удается зафиксировать. Пример - двойная звездная системв SS433, одна компонента которой либо нейтронная звезда, либо черная дыра. А вторая - пока обычная звезда:



5. Коричневые карлики.
      Звезды с массами заметно меньшей солнечной и вплоть до ~ 0,08 массы Солнца являются  красными карликами класса М. Они будут работать на водородно-гелиевом цикле в течение времени большего, чем возраст Вселенной. В объектах с массами меньше этого предела по ряду причин стационарный долго работающий термояд не возможен. Такие звезды называют коричневыми карликами. Температура их поверхности настолько низка, что в оптике они почти не видны. Но светят в ИК-диапазоне. По совокупности этих причин их часто называют недозвездами.

      Диапазон масс коричневых карликов - от 0,012 до 0,08 солнечных масс. Объекты с массой меньшей 0,012 массы Солнца (~ 12 масс Юпитера) могут быть только планетами. Газовыми гигантами. Излучающими за счет медленного гравитационного самосжатия заметно больше энергии, чем они получают от родительских звезд. Так, Юпитер по сумме всех диапазонов излучает примерно вдвое больше энергии, чем он получает от Солнца.

Tags: Астрономия-11
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Чем могу быть полезен?

    Политические, экономические и светские события обсасывают многие блогеры. На этой поляне я практикую воздержание. Не потому, что нечего сказать.…

  • Перелом 10-й недели...

    Уже десятую неделю катится по России волна звонков о заложенных бомбах в вокзалах, ТРЦ, школах и далее везде. Почти в двух сотнях городов 75…

  • Наконец-то вред марихуаны доказан...

    Медики из штата Колорадо (США) утверждают, что зафиксировали первый в мире смертельный случай, вызванный передозировкой марихуаны. Исследование…

promo moralg август 15, 08:00 11
Buy for 20 tokens
То, что и алмаз и графит состоят из атомов углерода - все мы знаем еще со школы. Но с тех пор мы узнали про графен, являющийся "простыней" из слоя углерода толщиной в один атом, про нанотрубки, являющиеся свернутыми в трубки листами графена, а также про фуллерены, оказавшиеся…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic
    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 12 comments