![]() |
po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu |
Neitronnye zvezdy
- gidrostaticheski ravnovesnye zvezdy, veshestvo k-ryh sostoit v osnovnom iz neitronov. Sushestvovanie N. z. bylo predskazano v 30-h gg. 20 v.,vskore posle otkrytiya neitrona. Odnako tol'ko v 1967 g. oni byli obnaruzheny v vide impul'snyh istochnikov radioizlucheniya - pul'sarov. Zatem bylo ustanovleno, chto N. z. proyavlyayut sebya takzhe kak rentgenovskie pul'sary (1971 g.) i vspyshechnye istochniki rentg. izlucheniya - barstery (1975 g.). Ne isklyucheno, chto na odnoi iz stadii sushestvovaniya N. z. yavl. istochnikami gamma-vspleskov. K 1984 g. otkryto ok. 400 N. z., iz nih ok. 20 v vide rentg. pul'sarov, ok. 40 v vide barsterov, a ostal'nye v vide obychnyh radiopul'sarov.
Plotnost' i massa N. z.
![]() |
Ris. 1. Kachestvennyi vid zavisimosti massy ![]() ot ih central'noi plotnosti ![]() (po gorizontal'noi osi masshtab ne vyderzhan). Ustoichivye konfiguracii izobrazheny zhirnymi sploshnymi liniyami, neustoichivye - shtrihovymi liniyami. 1 - belye karliki, 2 - neitronnye zvezdy, - ![]() Chandrasekara dlya belyh karlikov. |





Vnutr. stroenie N. z. (radial'noe raspredelenie i dr. parametrov)
opredelyaetsya zavisimost'yu davleniya r holodnogo veshestva ot
,
t.e. uravneniem sostoyaniya
pri nulevoi temp-re T, a takzhe usloviyami gidrostatich. ravnovesiya s uchetom
effektov obshei teorii otnositel'nosti (OTO). Imenno takie effekty OTO, kak sposobnost'
energii sozdavat' gravitac. pole i iskrivlenie prostranstva pri nalichii sil'nogo
gravitac.
polya, opredelyayut sushestvovanie maks. massy N.z.
pri konechnoi central'noi plotnosti
. Chislennye znacheniya
i
zavisyat ot vida ur-niya sostoyaniya pri
sverh'yadernyh plotnostyah
, poskol'ku sushestvennaya chast'
veshestva
N. z. s massami, blizkimi k
okazyvaetsya szhatoi
imenno do takih bol'shih plotnostei. Opredelenie
v etom sluchae
predstavlyaet
ochen' slozhnuyu zadachu yadernoi fiziki i fiziki elementarnyh chastic, dlya resheniya k-roi
neobhodimy detal'nye svedeniya o vzaimodeistvii neitronov, protonov i poyavlyayushihsya
pri sverh'yadernyh
plotnostyah mezonov i giperonov. Razlichnye modeli sverhplotnogo veshestva privodyat
k
i
g/sm3. Bez ucheta upomyanutyh effektov
OTO i v predpolozhenii, chto
opredelyaetsya pri lyubyh plotnostyah
vyrozhdennym gazom nevzaimodeistvuyushih neitronov,
massa N. z. byla by ogranichena znacheniem
- t.n. predelom Chandrasekara
dlya neitronnogo gaza, prichem
sootvetstvovala by
beskonechnoi central'noi plotnosti. Reshenie zadachi o strukture N. z. s tem zhe ur-niem
sostoyaniya gaza neitronov, no v ramkah OTO, daet
i
g/sm3.
V dannom sluchae effekty OTO umen'shayut predel'nuyu massu N. z.
bolee chem v 8 raz.
Eksperimental'nye dannye fiziki vysokih energii pokazyvayut, chto s umen'sheniem rasstoyaniya
mezhdu nuklonami yadernye sily prityazheniya smenyayutsya silami ottalkivaniya. Poetomu pri
plotnostyah davlenie veshestva okazyvaetsya bol'she, chem dlya
gaza nevzaimodeistvuyushih neitronov, sposobnost' veshestva protivodeistvovat' szhimayushei
ego
sile tyazhesti uvelichivaetsya. V rezul'tate
povyshaetsya
do ukazannyh vyshe predelov, (1,4-2,7)
. Krome togo,
ottalkivanie
nuklonov s izbytkom kompensiruet effekt, zamedlyayushii rost davleniya s uvelicheniem
plotnosti, - rozhdenie novyh chastic (mezonov, giperonov). Razbros predskazyvaemogo
znacheniya
svyazan s trudnost'yu postroeniya kolichestv, teorii
sverhplotnogo veshestva. Obychno prinimayut
.
Minim. massa N. z.
(
g/sm3).
Plotnost'
veshestva vnutri N. z. s massami, blizkimi k
, men'she
yadernoi. Ispol'zuemoe v etom sluchae ur-nie sostoyaniya osnovyvaetsya na bogatom eksperimental'nom
materiale i poetomu daet dostatochno tochnoe znachenie
.
Sam fakt sushestvovaniya minim. massy N. z. svyazan s tem, chto pri nizkih plotnostyah
neitrony
v silu svoei neustoichivosti uzhe ne mogut byt' preobladayushim komponentom veshestva.
Pri harakternyh dlya N. z. (v sluchae
)
vysokih
plotnostyah neitrony ustoichivy i ne raspadayutsya, poskol'ku uzhe nebol'shoi primesi protonov
i elektronov dostatochno, chtoby v sootvetstvii s principom Pauli vosprepyatstvovat'
raspadu ostal'nyh neitronov. Primerom massy N. z., opredelennoi iz nablyudenii, mozhet
sluzhit' massa N. z.
v dvoinom
pul'sare PSR 1913+16.
Struktura N. z.
Radiusy N. z. umen'shayutsya s rostom massy ot (100-200) km pri
do
(7-10) km
pri
. Osn. harakteristiki tipichnoi N. z. privedeny v tablice,
a ee struktura izobrazhena na ris. 2.
![]() |
Ris. 2. Shematicheskii razrez neitronnoi zvezdy: 1 - zhidkoe yadro, sostoyashee iz vyrozhdennyh neitronov s maloi primes'yu vyrozhdennyh protonov i elektronov; 2 - vnutrennyaya kora, obrazovannaya atomnymi yadrami, pereobogashennymi neitronami (prisutstvuyut takzhe vyrozhdennye elektrony i malaya primes' svobodnyh neitronov); 3 - vneshnyaya kora iz obrazuyushih kristallicheskuyu reshetku atomnyh yader 56Fe i vyrozhdennyh elektronov. |




Tablica. Osnovnye harakteristiki tipichnoi neitronnoi zvezdy s .
Radius | R=18-10 km |
Gravitacionnyi radius | ![]() |
Plotnost' v centre | ![]() |
Minimal'nyi period vrasheniya | ![]() |
Moment inercii | ![]() |
Gravitacionnoe krasnoe smeshenie dlya fotonov, pokidayushih poverhnost' neitronnoi zvezdy | z=0,13-0,3 |
Gravitacionnyi defekt massy | ![]() ![]() |
Samye naruzhnye sloi N. z. sostoyat, po-vidimomu, iz zheleza (s vozmozhnoi primes'yu Cr,
Ni, Co), k-roe obrazuet tverduyu vnesh. koru (ris. 2). Plotnost' veshestva bystro uvelichivaetsya
v glub' zvezdy i na glubine 1 km dostigaet
g/sm3. Pri takoi plotnosti osn. komponentom veshestva okazyvayutsya
yadra zheleza i sosednih s nim elementov v tablice Mendeleeva, sil'no pereobogashennye
neitronami. Poyavlyaetsya takzhe nek-roe kolichestvo svobodnyh neitronov. Poetomu pod
vnesh.
koroi N. z. nahoditsya tverdaya, nasyshennaya neitronami vnutr. kora, k-raya granichit
s zhidkim yadrom, sostoyashim v osnovnom iz vyrozhdennyh neitronov s maloi primes'yu vyrozhdennyh
protonov i elektronov. Esli central'naya plotnost' N. z. prevyshaet 1015
g/sm3 (napr., v sluchae N. z. s massami, blizkimi
k
), to vblizi centra zvezdy veshestvo soderzhit pomimo
nuklonov i elektronov takzhe mezony, giperony i dr. elementarnye chasticy. Bol'shoe
znachenie
dlya fiziki N. z. imeet sverhtekuchest' neitronnogo komponenta veshestva, vozmozhnaya
v zhidkom yadre i vo vnutr. kore, a takzhe sverhprovodimost' protonnogo komponenta pri
plotnostyah,
blizkih k yadernym.
Obrazovanie N. z.
proishodit v processe gravitacionnogo
kollapsa na konechnyh stadiyah evolyucii dostatochno massivnyh obychnyh zvezd. Medlennaya,
dlyashayasya desyatki i sotni mln. let evolyuciya massivnyh ravnovesnyh zvezd (s massoi,
po krainei mere, v nesk. raz prevyshayushei ) mozhet
privesti
k tomu, chto massa ih central'nyh oblastei, sil'no szhavshihsya i ischerpavshih zapasy
yadernogo goryuchego, v nek-ryi moment okazhetsya bol'she predela Chandrasekara
dlya belyh karlikov. V takom sostoyanii
central'nye oblasti zvezdy ne mogut sushestvovat' dolgo - ohlazhdenie i prodolzhayusheesya
uvelichenie
ih massy narushayut balans mezhdu silami tyazhesti i davleniem. V rezul'tate ochen' bystro
(za nesk. sekund ili za doli sekundy) central'nye oblasti zvezdy szhimayutsya do yadernyh
plotnostei, podvergayas' odnovremenno processu neitronizacii, - rozhdaetsya N. z. Massy
obrazuyushihsya takim putem N. z. mogut nahodit'sya v predelah
sluchae, kogda poyavlenie N. z. soprovozhdaetsya
vspyshkoi sverhnovoi zvezdy, znachit. chast' massy zvezdy vybrasyvaetsya v kosmich. prostranstvo,
chto ukazyvaet na vozmozhnost' obrazovaniya N. z. s massami
. No obrazovaniyu N. z., po-vidimomu, ne vsegda soputstvuet vspyshka
sverhnovoi zvezdy (vozmozhen "tihii" kollaps).
Druguyu vozmozhnost' poyavleniya N. z. predstavlyaet evolyuciya belyh karlikov v tesnyh
dvoinyh zvezdnyh sistemah. Peretekanie veshestva so zvezdy-kompan'ona na belyi karlik
postepenno
uvelichivaet ego massu, i, kogda ona dostigaet , belyi
karlik prevrashaetsya v N. z. V etom sluchae
(znak neravenstva uchityvaet vozmozhnyi sbros vnesh. sloev belogo karlika). V sluchae,
kogda peretekanie veshestva prodolzhaetsya i posle obrazovaniya N. z., ee massa mozhet
so vremenem
znachitel'no uvelichit'sya. Pri
N. z. poteryaet ustoichivost' i v rezul'tate relyativistskogo gravitacionnogo kollapsa prevratitsya v chernuyu dyru.
Sil'noe szhatie central'nyh oblastei zvezdy pri perehode v N. z. (umen'shenie radiusa primerno v 100 raz) soprovozhdaetsya, v silu zakonov sohraneniya momenta kolichestva dvizheniya i magn. potoka, rezkim vozrastaniem skorosti vrasheniya i velichiny magn. polya. Tem samym poluchayut estestv. ob'yasnenie bystroe vrashenie pul'sarov i ih sil'nye magn. polya po sravneniyu s obychnymi zvezdami i belymi karlikami. Odnako centrobezhnye i magn. sily ne stol' veliki, chtoby sushestvenno vliyat' na obshuyu strukturu pul'sarov. Poetomu stroenie N. z. obychno rassmatrivayut bez ucheta etih effektov (napr., prenebregayut otkloneniyami ot sferich. simmetrii), a rol' magn. polya i vrasheniya uchityvayut v razlichnyh processah poter' energii N. z. (takih, kak izgibnoe izluchenie, sinhrotronnoe izluchenie, neitrinnoe i fotonnoe ohlazhdenie).
Chastota obrazovaniya N. z. poka eshe izvestna ne ochen' horosho, chto svyazano s neopredelennostyami kak v teorii evolyucii zvezd, tak i v statistike pul'sarov. Obychno prinimayut, chto v Galaktike odna N. z. voznikaet v srednem raz v 10 let. Poskol'ku vozrast Galaktiki ~1010 let, to v nei dolzhno soderzhat'sya ok. milliarda N. z. K nastoyashemu vremeni zaregistrirovana lish' nichtozhnaya chast' N.z. Galaktiki.
Vazhneishie napravleniya issledovanii N. z.
Opredelenie mass N. z. v tesnyh dvoinyh sistemah (dvoinye pul'sary, rentg. pul'sary,
barstery) pokazalo, chto ih naibolee veroyatnye znacheniya lezhat v predelah (1-2) . Odnako neopredelennosti v znacheniyah
eshe veliki: dlya nek-ryh N. z. ne isklyucheny massy 0,5
i 3
. Po-vidimomu, naibolee tochno opredelena
v sisteme dvoinogo pul'sara PSR 1913+16:
.
Sistematich. izmerenie periodov radiopul'sarov (t.e. periodov vrasheniya
N. z.) pokazalo, chto vrashenie pul'sarov postepenno zamedlyaetsya. Odnako na fone pochti
monotonnogo vozrastaniya
sluchayutsya nebol'shie skachkoobraznye umen'sheniya
perioda, a takzhe nablyudayutsya sovsem malye haotich. variacii
. Uvelichenie
periodov pul'sarov ob'yasnyaetsya prevrasheniem kinetich. energii vrasheniya v energiyu
izlucheniya pul'sarov. Izmeneniya
privodyat k izmeneniyu centrobezhnoi
sily i
k nakopleniyu napryazhenii v tverdoi kore pul'sarov, chto vremya ot vremeni vyzyvaet rastreskivanie
kory, a inogda krupnye razlomy i zvezdotryaseniya. Eti processy yavl. prichinoi
skachkoobraznyh sboev i neznachit. variacii periodov vrasheniya. Vremennye harakteristiki
izmenenii soderzhat vazhnuyu informaciyu o sv-vah tverdoi kory N. z. i sverhtekuchesti
ih
veshestva (ot sverhtekuchesti, napr., zavisit stepen' mehanich. "scepleniya" kory i zhidkogo
yadra N. z.).
Nablyudeniya v rentg. diapazone pozvolili opredelit' effektivnuyu temperaturu Te N. z.
v Krabovidnoi
tumannosti i v ostatke vspyshki sverhnovoi RCW103, v oboih sluchayah K. Byli takzhe ustanovleny nadezhnye verhnie predely Te
dlya N. z. v ryade molodyh ostatkov vspyshek sverhnovyh. Eti nablyudeniya udovletvoritel'no
soglasuyutsya s teoriei ohlazhdeniya N. z., predskazyvayushei, chto N. z. posle obrazovaniya
ochen' dolgo dolzhny ostavat'sya goryachimi: sohranyat'
K v techenie
nesk. desyatkov tys. let. Skorost' ohlazhdeniya N. z. zavisit ot vliyaniya na ee teploemkost'
i mehanizmy perenosa energii sverhtekuchesti, sverhprovodimosti, magn. polya i ryada
dr. sv-v sverhplotnogo veshestva. Poetomu sopostavlenie teorii ostyvaniya N. z. s nablyudeniyami
predstavlyaet soboi odin iz effektivnyh sposobov issledovaniya struktury N. z. i fiz.
sv-v yadernoi materii.
Bol'shie perspektivy v izuchenii N. z. svyazyvayutsya s uspehami neitrinnoi astronomii, metody k-roi pozvolyayut opredelit' parametry moshnogo vspleska neitrinnogo izlucheniya, soprovozhdayushego rozhdenie N. z. v nashei Galaktike. Tem samym poyavlyaetsya principial'naya vozmozhnost' ne tol'ko neposredstvenno izmerit' defekt massy N. z., no i prosledit' v detalyah za samim processom obrazovaniya N. z.
Izuchenie N. z. prevratilos' za poslednee desyatiletie v odnu iz samyh uvlekatel'nyh i bogatyh otkrytiyami oblastei astrofiziki. Ekstremal'nye fiz. usloviya v N. z. delayut ih unikal'nymi estestv. laboratoriyami, predostavlyayushimi obshirnyi material dlya issledovaniya fiziki yadernyh vzaimodeistvii, elementarnyh chastic i teorii gravitacii.
Lit.:
Manchester R., Teilor Dzh., Pul'sary, per. s angl., M., 1980; Smit F.G., Pul'sary,
per. s angl., M., 1979; Ginzburg V.L., O fizike i astrofizike, 3 izd., M., 1980;
Zel'dovich
Ya.B., Novikov I.D., Teoriya tyagoteniya i evolyuciya zvezd, M., 1971; Shakura N.I., Neitronnye
zvezdy i "chernye dyry" v dvoinyh zvezdnyh sistemah, M., 1976.
(D.K. Nadezhin)
D. K. Nadezhin, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru
Publikacii s klyuchevymi slovami:
neitronnye zvezdy
Publikacii so slovami: neitronnye zvezdy | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> |