Как образуется нейтронная звезда?

Своего рода астрономическая кухня общения астрономов, любителей астрономии и всех интересующихся астрономией. Можно задавать любые вопросы по астрономии и выносить свои суждения.

Модераторы: Ulmo, Булдаков Сергей

Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 07 апр 2011 17:23

Как образуется нейтронная звезда?
Это интересно, так как этот процесс показывает единство микромира и космоса.
Когда взрывается сверхновая, оболочка звезды разлетается, а ядро сжимается.
Ядра атомов разрушаются, остаются одни протоны, нейтроны и электроны. Процесс, который
идет дальше, называется бета-распад. Когда электрон приближается к протону на расстояние
порядка миллиферми (ферми = 10(-15) метра), между ними возникает слабое взаимодействие:
в протоне возникает кварковый ток, а электрон превращается в лептонный ток.. Эти два
тока обмениваются промежуточным бозоном W(+) (между прочим, масса этого бозона в 85 раз
больше массы самого протона!). В результате кварк аромата u в протоне превращается в кварк
аромата d, тем самым протон превращается в нейтрон (протон – это uud, а нейтрон - ddu),
а электрон превращается в электронное нейтрино. Нейтрино улетают, а нейтроны продолжают
сжиматься. Нейтроны - это фермионы, т.е. они подчиняются статистике Ферми-Дирака. У фермионов
полуцелый спин ( в отличие от бозонов, у которых спин целый или нулевой), поэтому на них
распространяется принцип запрета Паули: на одном энергетическом уровне может находиться
только одна частица. При сжатии они образуют квантовую систему ( это происходит, когда длина
свободного пробега нейтронов становится порядка длины волны де Бройля нейтрона)
и заполняют все возможные энергетические состояния - получается вырожденный нейтронный газ.
Этот газ будет создавать давление, и если это давление уравновесит силы гравитации, то возникнет
нейтронная звезда, если нет, то коллапс будет продолжаться до образования черной дыры.
Как устроена нейтронная звезда?
Ядро из нейтронов, протонов и электронов, плотность 10(15) г/см(3).
Мантия из сверхтекучей нейтронной и сверхпроводящей протонной жидкостей ( протоны и нейтроны
объединяются в т.н. куперовские пары и приобретают свойства бозонов, т е. в квантовых системах
заполняют самые нижние энергетические уровни).
Кора из ядер железа, образующих кристаллическую решетку.
Атмосфера – плазменная оболочка с плотностью 10(9) г/см(3).
Нейтронные звезды - это звезды с самыми сильными в природе магнитными полями.
Магнитная индукция этих полей составляет: В = 100 - 1000 МТл. Для сравнения индукция солнечного
магнитного поля: В = 0.1 Тл ( в пятнах В = 0.3 Тл).
Плотность энергии магнитного поля : w = мю(0)Н(2)/2 (Н - напряженность магнитного поля).
Для В = 1000 МТл, при пересчете по формуле Е = mс(2), получается: 4500 г/см(3) !!!
Когда внешнее магнитное поле превышает внутриатомное, полностью искажается структура атомов.
Соединяясь вместе, атомы в сверхсильных полях образуют полимерные цепочки, выстроенные вдоль
силовых линий – нитевидные кристаллы Рудермана.
Поверхности нейтронных звезд, нагретые до 10(6)К, состоят из нейтрального и кристаллизованного
вещества.
Радиус нейтронной звезды при массе, равной солнечной, 10 км.
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Александр » 07 апр 2011 18:20

Вы очень интересно, популярно и кратко описываете астропонятия! Спасибо большое!
Хотелось бы развития этой темы с вашей стороны. И о БВ, сверхновых, гравитаци.....
Александр Кременчуцкий.
Сайт Галактика.http://moscowaleks.narod.ru
Александр
Всегда на посту
 
Сообщения: 8335
Зарегистрирован: 09 мар 2006 22:06
Откуда: Москва
Благодарил (а): 109 раз.
Поблагодарили: 41 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение LEONID_OM » 07 апр 2011 20:58

А как наблюдают нейтронные звезды? Радиотелескопами? Или как?
Аватара пользователя
LEONID_OM
Статус: Бывалый
Статус: Бывалый
 
Сообщения: 425
Зарегистрирован: 07 ноя 2010 02:18
Откуда: Рязанский район Рязанской области
Благодарил (а): 19 раз.
Поблагодарили: 6 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 08 апр 2011 10:27

В 1967 г. нейтронные звезды были обнаружены в виде импульсных источников радиоизлучения – пульсаров.
Затем было установлено, что они проявляют себя также как рентгеновские пульсары и вспышечные источники
рентгеновского излучения - барстеры. Возможно, что они являются источниками гамма-всплесков. К 1984 г. было
открыто около 400 нейтронных звезд, из них около 20 рентгеновских пульсаров, 40 барстеров, а остальные обычные
радиопульсары. На сегодняшний день открыто около 1300 радиопульсаров.
Радиопульсар излучает потому, что в магнитосфере нейтронной звезды движутся, теряя энергию, быстрые
частицы, выброшенные звездой. Рентгеновский пульсар излучает не в результате выброса частиц, а в результате
их падения (аккреции) на нейтронную звезду в тесных двойных системах. Барстер – это вспыхивающий источник,
состоящий из красного карлика и старой нейтронной звезды , на поверхности которой происходит ядерная вспышка.
Ближайший к нам пульсар в Крабовидной туманности PSR 0531+21 виден в оптическом диапазоне, как звезда 16,5 величины.
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 15 апр 2011 16:10

Теория дает множество вариантов устройства нейтронных звезд. Фридолин Вебер на одной картинке привел сразу несколько вариантов. Первый вариант - обычная нейтронная звезда. Это значит, что она состоит из нейтронов, с небольшой добавкой протонов и электронов, в центре около 90% нейтронов. Может быть нейтронная звезда с пионным конденсатом внутри. Пионный конденсат, впервые предсказал Мигдал, в 59-м году. Может существовать «нуклеонная звезда», в центре у нее каонный конденсат. Может быть гиперонная звезда, у нее в центре гипероны. Может быть гибридная звезда, кварково-обычная. Она снаружи как обычная звезда, а внутри у нее кварковое ядро. Кроме кварков u и d, присутствует кварк s (strange – странный). Плотность настолько высока, что происходит деконфайнмент. Конфайнмент: кварки заперты в протонах, нейтронах, других частицах. При высокой плотности это исчезает: кварки могут двигаться в большом объеме. Это было предсказано в 64-м году Иваненко, до открытия нейтронных звезд. Наконец, могут быть полностью странные звезды —странная, то есть сделанная из кваркового вещества от центра до поверхности. У Виттена одна из самых цитируемых работ посвящена кварковым звездам.
Вложения
}untitled.jpg
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 07 июн 2011 08:08

ФОРМА ФИГУРЫ НЕЙТРОННОЙ ЗВЕЗДЫ
Если нейтронная звезда очень быстро вращается ее называют пульсаром. Как может сохранять практически шарообразную форму сверхплотное тело с плотностью до 200 млн. т/см3, имеющее диаметр 20 -30 км. и вращающееся со скоростью, к примеру, 30 оборотов в секунду? Ведь не вызывает сомнения та мысль, что форма любого тела ВСЕГДА определяется балансом внутренних и внешних сил. Даже прикидочный расчет показывает, что вещество на экваторе, за счет компенсации сил гравитации центробежными силами, "легче" вещества на полюсе на 5-6 порядков. Этой компенсации, конечно мало, что бы разорвать это тело быстрым вращением, но достаточно, что бы оно имело форму фигуры отличной от шаровидной. Если бы вещество пульсара было однородно плотным, то, вероятно, оно приняло бы форму эллипсоида вращения. И, пожалуй, в первом приближении на этом надо остановиться.

Но как показывают расчеты теоретиков, вещество пульсара крайне неоднородно и разность плотности вещества в глубоких недрах и на поверхности может достигать 4-5 порядков. Двигаясь дальше в стремлении определить, как все же может выглядеть пульсар, выделяем два кольца в теле эллипсоида одинаковой массы М1 и М2, расположенных, соответственно, на расстояниях R1 и R2 от оси вращения (R2 больше R1). Совершенно очевидно, что на массу М2 будут действовать значительно более мощные центробежные силы чем на массу М1. За счет большей компенсации гравитации, вещество находящееся на расстоянии R2, будет менее плотным чем на расстоянии R1. Поскольку выделенные массы одинаковые, а плотность их различная, то и занимаемые объемы тоже будут различными.

Из-за таких деформаций вещество на экваторе может находиться в атомарном (металлическом и даже газовом) состоянии. Если пульсар молодой и вращается очень быстро, то в его теле, в равновесном состоянии может находиться ограниченное количество вещества. И это предельное количество будет зависеть только от скорости вращения. По мере торможения вращения пульсара будет увеличиваться его возможность безвозвратного поглощения вещества из окружающего пространства.

http://www.astrogorizont.com/content/re ... noi_zvezdi

Исходя из этих соображений форма фигуры пульсара может иметь вот такой вид. Это похоже на сжатый с двух сторон тонкими предметами воздушный шарик. Так же эта гипотетическая форма похожа на эритроцит.
Вложения
img1273_pg871_big.jpg
img1273_pg871_big.jpg (47.14 КБ) Просмотров: 16433
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 30 июн 2011 16:37

У нейтронной звезды обнаружили углеродную атмосферу
Астрономам удалось обнаружить у нейтронной звезды углеродную атмосферу. Статья ученых вышла в журнале Nature, а ее краткое изложение приводит Nature News.
В рамках исследования ученых интересовала Кассиопея А, которая предположительно взорвалась около 330 лет назад. При этом до недавнего времени ученым не удавалось обнаружить компактный объект (черную дыру или нейтронную звезду), который должен был остаться после взрыва. Это удалось сделать только в 1999 году при помощи рентгеновской космической обсерватории "Чандра". Найденный объект оказался всего 20 километров в диаметре.
Дальнейшие наблюдения показали, что данный объект отличается от своих собратьев, в частности, особенностями в рентгеновском диапазоне электромагнитного излучения. Чтобы объяснить эти особенности, в рамках нового исследования ученые предположили, что нейтронная звезда укутана атмосферой (ее толщина составляет около 10 сантиметров) из углерода. У собратьев Кассиопеи А атмосфера состоит из водорода.
Исследователи предполагают, что этот факт связан с относительной молодостью объекта. В частности, высокая температура на поверхности приводит к термоядерным реакциям в атмосфере звезды, которые приводят в конечном счете к формированию углерода.
Совсем недавно астрофизики установили, что Кассиопея А может является источником необычной космической пыли. Изучив поляризацию электромагнитного излучения, ученые пришли к выводу, что одним из объяснений особенности поляризации может служить существование экзотического вида пыли, частицы которой покрыты металлическими иглами. Если данная теория подтвердится, то новый вид пыли заставит пересмотреть существующие представления о реликтовом излучении.

http://lenta.ru/news/2009/11/05/cassiopeia/


Кассиопея А оказалась сверхтекучей нейтронной звездой
"Внутренности" нейтронной звезды под названием Кассиопея А, вероятно, находятся в сверхтекучем состоянии. Такой вывод был сделан двумя группами теоретиков, анализировавшими данные наблюдений за этой звездой. Статьи ученых приняты к публикации в журналы Physical Review Letters и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Коротко о выводах астрофизиков пишет портал Nature News.
Нейтронные звезды образуются в результате взрыва сверхновых и представляют собой конечный этап жизни "исходных" светил. Эти объекты отличает очень малый размер - около 20-30 километров в диаметре - и чрезвычайно высокая плотность. Она настолько велика, что составляющие вещество протоны и электроны "слипаются" с образованием нейтронов.
Некоторые теоретики предполагают, что материя нейтронных звезд может пребывать в сверхтекучем состоянии - то есть ее вязкость становится нулевой. Сверхтекучие жидкости обладают рядом интересных свойств, и необычное предположение ученых хорошо объясняло некоторые особенности изменения температуры и магнитного поля нейтронных звезд. Однако фактических подтверждений гипотезы о сверхтекучести у специалистов не было.
В 2004 году две группы астрофизиков-теоретиков определили параметры падения температуры нейтронной звезды после того, как ее вещество перейдет в сверхтекучее состояние. Однако без данных непосредственных наблюдений исследователи не могли уточнить, при какой температуре происходит переход.
Необходимая ученым информация была получены в результате наблюдения Кассиопеи А с использованием орбитальной рентгеновской лаборатории Chandra. Анализировавшие полученные данные астрономы показали, что с 1999 года, когда была обнаружена эта звезда, ее температура снизилась на четыре процента. Изменения температуры других нейтронных звезд происходят настолько медленно, что их невозможно зарегистрировать на небольших промежутках времени.
Новые данные позволили теоретикам вычислить температуру перехода "внутренностей" Кассиопеи А в сверхтекучее состояние. Одна группа заключила, что это произошло при температуре 0,5 миллиарда кельвинов, а вторая - что температура перехода находится в пределах от 0,7 до 0,9 миллиарда кельвинов (ноль кельвинов соответствует минус 273,15 градуса Цельсия). Также специалисты описали процессы, приводящие к появлению вещества в необычном состоянии.

http://lenta.ru/news/2011/02/02/cassiopeia/

Остаток сверхновой Кассиопея А. Изображение Chandra X-ray Observatory, NASA
Вложения
}picture.jpg
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.

Re: Как образуется нейтронная звезда?

Непрочитанное сообщение Афанасьев » 06 сен 2011 08:13

Рука пульсара
Тогда как остальные пульсары стареют, пульсар PSR B1509-58 кажется молодым. Свет от взрыва сверхновой, в результате которой этот пульсар родился, дошел до Земли по крайней мере 1700 лет назад. Замагниченная 20-км нейтронная звезда делает 7 оборотов вокруг своей оси в секунду. Эта космическая динамо-машина является источником энергии ветра из заряженных частиц. Мощный ветер заставляет окружающую туманность светиться в рентгеновских лучах. Это как раз и продемонстрировано на этом изображении, сделанном по данным рентгеновской обсерватории Чандра. Фотоны низких энергий показаны на изображении в красном цвете, средних энергий — зеленом, высоких энергий — синем. Пульсар расположен на изображении в ярком центре синего пятна. Можно также заметить, что запутанная структура туманности напоминает руку. Пульсар PSR B1509-58 находится в 17 тысячах световых лет от нас в южном созведии Циркуль. С учетом этого расстояния, сегодняшнее изображение охватывает область размером 100 световых лет.


http://www.astronet.ru/db/msg/1244883
Вложения
}b1509_cxc_c.jpg
Афанасьев
Активный
Активный
 
Сообщения: 1810
Зарегистрирован: 29 мар 2011 09:49
Благодарил (а): 13 раз.
Поблагодарили: 23 раз.


Вернуться в Общение астрономов и любителей

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 7