Zvezdy, kvarkovye i neitronnye
15.04.2002 15:35 | M. E. Prohorov/GAISh, Moskva
Chem massivnee zvezda tem zharche ona gorit, tem sil'nee svetit i men'she zhivet. V hode termoyadernyh reakcii vodorod v centrah takih zvezd prevrashaetsya v gelii, zatem gelii v tak nazyvaemye elementy uglerodnogo cikla (sobstvenno uglerod, kislorod, azot i t.d.), oni v svoyu ochered' prevrashayutsya v eshe bolee tyazhelye elementy (magnii, kremnii i t.d.) vplot' do zheleza (podrobnee ob etom vy mozhete prochitat' zdes' ili zdes'). I kogda dostatochno massivnaya (s massoi bol'she 8-10 mass Solnca) zvezda zavershaet svoyu evolyuciyu v ee centre obrazuetsya yadro sostoyashee iz tyazhelyh elementov, struktura kotorogo pohozha na lukovicu samye tyazhelye nahodyatsya vnutri i okruzheny obolochkami iz bolee legkih. V nekotoryi moment eto yadro teryaet ustoichivost' i nachinaet katastroficheski szhimat'sya kollapsirovat' (podrobnee sm. zdes'). Central'naya chast' yadra prevrashaetsya v sverhplotnyi ob'ekt - neitronnuyu zvezdu - o kotoroi i budet idti rech' dal'she, a obolochka zvezdy i vneshnie chasti yadra s vysokoi skorost'yu vybrasyvayutsya v prostranstvo. Takoi sbros obolochki, soprovozhdayushiisya chrezvychaino sil'nym i bystrym uvelicheniem svetimosti zvezdy (nekotoroe vremya ona odna svetit kak celaya galaktika), nazyvaetsya vzryvom sverhnovoi zvezdy.
Neitronnaya zvezda nazyvaetsya tak ne zrya. V svobodnom sostoyanii neitron (n) yavlyaetsya neustoichivoi chasticei i v srednem cherez 15 minut on raspadaetsya na proton, elektron i antineitrino
|
Massa neitrona prevyshaet summu mass pokoya protona i elektrona, a ostatok energii idet v kineticheskuyu energiyu dvizheniya chastic i na neitrino. Odnako, esli pomestit' neitron v holodnyi i ochen' plotnyi gaz protonov i elektronov (tak nazyvaemyi vyrozhdennyi gaz), to "vse mesta" dlya chastic na kotorye "hotel by" raspast'sya neitron okazyvayutsya zanyaty i on stanovitsya ustoichivym. Dlya togo, chtoby sozdalis' opisannye usloviya, neobhodimo ochen' vysokoe davlenie, kotoroe v nedrah neitronnoi zvezdy sozdaetsya ee sobstvennoi gravitaciei. Za isklyucheniem vneshnih sloev neitronnoi zvezdy (kory) ee veshestvo sostoit v osnovnom iz neitronov i ochen' nebol'shogo kolichestva protonov i elektronov. Davlenie v centre neitronnoi zvezdy stol' vysoko, chto plotnost' veshestva tam mozhet v neskol'ko raz (do 10-15) prevyshat' plotnost' atomnyh yader. (Atomnye yadra tozhe sostoyat iz neitronov i protonov, tol'ko oni uderzhivayutsya ryadom drug s drugom yadernymi silami, a ne gravitaciei, kak v neitronnoi zvezde).
Kak vedet sebya veshestvo pri takih vysokih plotnostyah nam
izvestno ne ochen' horosho, segodnya ob
etom vydvinut ryad gipotez: veshestvo mozhet ostavat'sya neitronnym, v nem mogut
nachat' rozhdat'sya bolee tyazhelye chasticy
(giperony) ili obrazovat'sya kondensat
- ili K-mezonov. Eshe
odnoi, ochen' populyarnoi na segodnya gipotezoi, yavlyaetsya prevrashenie neitronnoi
materii v kvarkovuyu. Soglasno etoi modeli pri plotnostyah dostigayushihsya v
centrah neitronnyh zvezd neitrony okazyvayutsya raspolozhennymi vplotnuyu drug k
drugu (na rasstoyanii ih klassicheskih radiusov). Kazhdyi neitron (a takzhe proton)
sostoit iz treh kvarkov. Pri ne stol' vysokih plotnostyah kvarki uderzhivayutsya
vnutri neitrona, no v centre neitronnoi zvezdy oni teper' poluchayut vozmozhnost'
perehodit' v sosednii neitron, to est' svobodno peremeshat'sya po vsei oblasti
vysokoi plotnosti. Gruppirovka kvarkov po tri v nuklony
ischezaet i veshestvo mozhno rassmatrivat' kak kvarkovyi gaz ili zhidkost'. Kak
pokazyvayut issledovaniya krome obychnyh u (verhnego) i d
(nizhnego) kvarkov v takom gaze v bol'shom kolichestve
budut prisutstvovat' s-kvarki (strannye). V
protonah i neitronah s-kvarkov
net, zato oni vhodyat v sostav bolee tyazhelyh chastic -
i 
giperonov.
Iz-za etogo kvarkovye zvezdy chashe nazyvayut strannymi.
Poslednee vremya teoriei strannyh zvezd zanimayutsya ochen' mnogie uchenye, odnako, mnogie ih svoistva ostayutsya do konca ne ponyatnymi. Ne yasno, naprimer, yavlyaetsya li perehod neitronnoi materii v kvarkovuyu obratimym, to est' kak vedet sebya kvarkovoe veshestvo pri snizhenii davleniya. I zdes' vyskazyvayutsya pryamo protivopolozhnye idei: chto pri ponizhenii davleniya i plotnosti kvarki budut ob'edinyat'sya v nuklony (neitrony), ili chto odnazhdy obrazovavshis' v centre neitronnoi zvezdy strannoe veshestvo budet sohranyat' svoi svoistva i pri nizkom davlenii.
[Neskol'ko desyatiletii nazad v nauchno-populyarnoi literature ochen' populyarnym bylo govorit' o spichechnom korobke veshestva belogo karlika, kotoryi na Zemle vesil by 100 tonn. Takoi zhe korobok neitronnogo veshestva vesil by neskol'ko milliardov tonn. Odnako nigde v etoi kartine ne govorilos' o tom, chto korobok, v kotorom soderzhalos' by takoe zvezdnoe veshestvo, dolzhen byl byt' gorazdo prochnee spichechnogo. Esli poslednee iz vyskazannyh predpolozhenii verno, to strannoe kvarkovoe veshestvo (plotnost' kotorogo takaya zhe kak u neitronnogo) mozhno bylo by hranit' bez vsyakogo sosuda.]
Drugoi vopros - budet li strannaya zvezda celikom sostoyat' iz kvarkovogo veshestva ili kvarkovoe yadro mozhet byt' pokryto koroi (vozmozhno dostatochno tolstoi) iz neitronnogo ili obychnogo veshestva. V poslednem sluchae otlichit' ee ot neitronnoi zvezdy stanovitsya trudno, tak kak ochen' mnogie nablyudatel'nye svoistva u proyavleniya u takih zvezd ochen' pohozhi.
Odnako takie popytki delayutsya. Obrazuyushiisya pri vzryve sverhnovoi kompaktnyi ostatok okazyvaetsya nagretym do ochen' vysokoi temperatury (milliardy gradusov). Ego temperatura snizhaetsya za schet ispuskaniya neitrino i elektromagnitnyh voln. (Neitrinnye poteri energii bolee vazhny v pervye neskol'ko millionov let.) Neitronnye i kvarkovye zvezdy ostyvayut po-raznomu (kvarkovye - bystree). Sleduet zametit', chto na process ostyvaniya zvezd vliyaet celyi ryad ploho izvestnyh faktorov - kakoi tip urka-processov razreshen v neitronnoi zvezde, perehodit li veshestvo v ee nedrah v sverhtekuchee sostoyanie, atmosferoi kakogo himicheskogo sostava pokryta neitronnaya zvezda, naskol'ko sil'no ee magnitnoe pole i t.d. Dlya strannyh zvezd k takim faktoram mozhno otnesti moment fazovogo perehoda neitronnogo veshestva v kvarkovoe, a takzhe kolichestvo vydelyayusheisya (ili pogloshayusheisya) pri etom energii.
Drugim zametnym otlichiem v svoistvah neitronnyh i kvarkovyh zvezd yavlyayutsya protivopolozhnye zavisimosti ih radiusa ot massy. Po mere umen'sheniya massy neitronnoi zvezdy ee radius vozrastaet, naimen'shii razmer imeyut naibolee massivnye neitronnye zvezdy. Radius samoi malen'koi neitronnoi zvezdy ne mozhet byt' men'she 10-12 km. U strannyh zvezd pryamaya zavisimost' razmera ot massy - samyi bol'shoi razmer imeyut naibolee tyazhelye strannye zvezdy, a zvezdy malyi mass mogut imet' ochen' malye razmery. Eto razlichie ne slishkom pomogaet nablyudatelyam, tak kak u teh neitronnyh zvezd, massy kotoryh udalos' izmerit' s vysokoi tochnost' (v pervuyu ochered' eto dvoinye radiopul'sary), oni lezhat v ochen' uzkom intervale 1.35-1.41Mo, v kotorom radius pochti ne menyaetsya.
Takim obrazom, esli vy uvidite neitronnuyu zvezdu, temperatura poverhnosti kotoroi sushestvenno nizhe polagayusheisya po vozrastu ili esli ee radius okazhetsya zametno men'she 10 km, to mozhno predpolozhit', chto nablyudaemyi vami ob'ekt ne neitronnaya, a strannaya zvezda. (No snachala nado eshe i eshe raz proverit' naskol'ko tochny poluchennye znacheniya temperatury i vozrasta ili radiusa ob'ekta.)
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Mercayushaya zvezda - zvezda, neitronnaya - kvarki - kvarkovyi gaz - vyrozhdennyi gaz - kompaktnye ob'ekty - kollaps - Sverhnovye - strannaya zvezda
Publikacii so slovami: Mercayushaya zvezda - zvezda, neitronnaya - kvarki - kvarkovyi gaz - vyrozhdennyi gaz - kompaktnye ob'ekty - kollaps - Sverhnovye - strannaya zvezda | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
