Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu 		 

Gipoteza kvarkovyh zvezd

Gipoteza kvarkovyh zvezd

D.D. Ivanenko, D.F. Kurdgelaidze

Fizicheskii fakul'tet Moskovskogo universiteta
17 iyulya 1965 (Astrofizika 1965, 1, 479-482)

Popytki sistematiki elementarnyh chastic i ih svedeniya k nemnogim ob'ektam priveli k gipoteze sub-chastic ,,kvarkov" [1], iz kotoryh predpolagayutsya postroennymi vse sil'no vzaimodeistvuyushie gadrony*), to est' mezony, bariony i ih rezonony. Kvarki dolzhny obladat' drobnym barionnym i elektricheskim zaryadami i massoi, znachitel'no prevyshayushei barionnuyu. Kvarki mogut yavlyat'sya real'nymi chasticami, po ryadu prichin trudno nablyudaemymi. V ryade otnoshenii blizkaya gipoteza o ,,trionah" -- sub-chasticah celogo zaryada takzhe trebuet ih znachitel'noi massy. Zamanchivo iskat' kvarki (ili triony, kotorye special'no ogovarivat'sya ne budut) v usloviyah astronomicheskih sverhplotnyh konfiguracii, v chastnosti, v usloviyah, pri kotoryh obychnye chasticy teryayut svoyu individual'nost' i material, iz kotorogo obrazuyutsya nukleony, mozhet okazat'sya kvarkovym polem.

Kak izvestno, pri szhatii zvezdy posle obrazovaniya vyrozhdennogo elektronnogo gaza proishodit ,,vdavlivanie" elektronov v protony, razval yader i perehod k neitronnoi zvezde; pri dgl'neishem szhatii bolee vygodnym okazyvaetsya perehod k vyrozhdennom) giperonnomu fermi-gazu [2]. Estestvenno predpolagat', chto vygodnym okazhetsya perehod k eshe belee tyazhelym barionnym rezononam, i nakonec, gipoteticheskim sub-chasticam: kvarkam i t. d.

Perehod k kvarkam sootvetstvuet sil'nomu vnutrennemu vozbuzhdeniyu barionov, privodyashemu v konce koncov k ih razvalu na fundamental'nye sub-chasticy.

Proanaliziruem usloviya perehoda barionnoi zvezdy, kak predshestvovavshei konfiguracii, v kvarkovuyu, prenebregaya temperaturoi. Oboznachim cherez $B$, $Q_{15}$ $Q_{2}$, $Q_{3}$ barion i kvarki. Raspad


\begin{displaymath} B \to Q_{1} + Q_{2} + Q_{3} \end{displaymath} (1)

vozmozhen pri nalichii u bariona kineticheskoi energii


\begin{displaymath} U_{k} \gt \Delta mc^{2},\,\,\,\,\Delta mc^{2} = (\alpha - 1)mc^{2}, \end{displaymath} (2)

gde $\Delta m$ - defekt massy v (1), $m$ -- massa bariona; massy kvarkov sootvetstvenno budut


\begin{displaymath} m_{j} = \alpha _{j} m\;\;(j = 1,2,3),\;\;\;\;\sum {\alpha _{j} m} = \alpha m,\;\;\alpha = \alpha _{1} + \alpha _{2} + \alpha _{3} \gg 1. \end{displaymath} (3)

Dlya barionnogo vyrozhdennogo gaza uslovie vozmozhnosti (1) imeet vid


\begin{displaymath} U_{\max} = {\frac{{a_{q}}} {{m}}}n_{q}^{0} \gt (\alpha - 1)mc^{2};\;\;\;\;n_{0} \gt {\left\{ {(\alpha - 1)m^{2}c^{2}a_{q}^{ - 1}} \right\}}^{1 / q} \end{displaymath} (4)


\begin{displaymath} q = {\frac{{1}}{{3}}},\;{\frac{{2}}{{3}}};\;\;\;a_{2 / 3} = {\frac{{1}}{{8}}}\left( {{\frac{{3}}{{\pi}} }} \right)^{2 / 3}h^{2} \approx 5 \cdot 10^{ - 54};\;\;\;\;a_{1 / 3} = {\frac{{1}}{{2}}}\left( {{\frac{{3}}{{\pi}} }} \right)^{1 / 3}hcm, \end{displaymath}

gde $n_{e} $ -- plotnost' barionov, q = 2/3 dlya nerelyativistskogo i q =1/3 dlya; ul'trarelyativistskogo gaza. Kak pokazyvayut ocenki, reakciya (1) mozhet protekat' tol'ko pri ochen' vysokih plotnostyah, vvidu chego dlya prostoty ogranichimsya ul'tra-relyativistskim sluchaem. Hotya v usloviyah sverhplotnyh konfig} racii my imeli delo s sistemoi, sostoyashei iz vseh sortov barionov i ih rezoionov s sootvetstvuyushimi koncentraciyami, odnako vvidu slozhnosti ee rassmotreniya approksimiruem ee odnim barionnym gazom, s nekotoroi srednei privedennoi massoi $m = \gamma m_{0} $, gde $m_{0} $ -- massa nuklona, a $\gamma $ -- mnozhitel' poryadka $1 \lt \gamma \lt 10$. Togda imeem


\begin{displaymath} n_{0} \gt \{\gamma (\alpha - 1)\}^{3}10^{40}\;\mbox{sm}^{ - 3},\;\;\;\;a_{1 / 3} = \gamma \cdot 1.7 \cdot 10^{ - 40}. \end{displaymath} (5)

Pri etom ravnovesnaya plotnost' kvarkov opredelitsya iz ravenstva Fermievskih granichnyh energii barionov i treh kvarkov.

Rassmatrivaya bariony kak ul'trarelyativistskie, a kvarki kak nerelyativistskie, uslovie ravnovesiya zapishem v vide


\begin{displaymath} a_{1 / 3} n_{B}^{1 / 3} = {\frac{{9}}{{\alpha}} }a_{2 / 3} n_{Q}^{2 / 3} + \alpha m^{2}c^{2}. \end{displaymath} (6)

V sluchae, kogda i kvarki yavlyayutsya ul'trarelyativistskimi, imeem


\begin{displaymath} {\frac{{n_{B}}} {{n_{0}}} } \approx 9 / \alpha \le 1. \end{displaymath} (7)

Stol' vysokaya plotnost', opredelennaya neravenstvom (4), neobhodimaya dlya reakcii (1), mozhet byt', po-vidimomu, dostignuta, naprimer, v nedrah nekotoryh barionnyh zvezd. Odnako, po sovremennym predstavleniyam, zvezda stol' vysokoi central'noi plotnosti budet nahodit'sya v kvazistacionarnom sostoyanii [3].

Barionnaya zvezda s ishodnoi massoi $M = N_{0} m$ pri perehode $N_{1} $- barionov v kvarki pererabatyvaet v massy kvarkov kineticheskuyu energiyu $E = N_{1} (\alpha - 1)mc^{2}, $prichem umen'shenie davleniya budet $\Delta P \approx n_{Q} \Delta mc^{2}$, gde $n_{Q} $ - plotnost' kvarkov odnogo sorta. Tak kak pri perehode $n_{1}$ - barionov, iz $n_{0} $ nahodyashihsya v edinice ob'ema, v kvarki, gravitacionnaya energiya sistemy ne menyaetsya, to podobnyi perehod privodit k dal'neishemu szhatiyu zvezdy.

Dopustim teper', chto sushestvuet zvezdnaya konfiguraciya s massoi $M_{0} = (N_{Q} \alpha + N_{B} )m$, gde $\alpha m$ - massa treh kvarkov, $N_{Q} $ -polnoe chislo kvarkov odnogo sorta, $N_{B}$ - polnoe chislo barionov (prenebregaya gravitacionnym defektom massy). Vvidu vozmozhnosti lokal'nyh fluktuacii plotnosti takaya konfiguraciya ne budet ustoichivoi. Blagodarya fluktuacii plotnosti v otnositel'no nebol'shom ob'eme $\Delta V$, plotnost' barionov mozhet stat' men'she, chem opredelennaya neravenstvom (4). Togda process stanovitsya odnostoronnim i nachinaetsya perehod kvarkov v bariony s vydeleniem ogromnoi kineticheskoi energii $E \approx N_{Q} (\alpha - 1)mc^{2}, $gde $N_{Q} - $chislo kvarkov v $\Delta V$. Eto sozdaet perepad v davlenii $ \approx E\Delta V$ i privedet k dal'neishemu rasshireniyu oblasti fluktuacii plotnosti, tak chto lokal'nye fluktuacii plotnosti so vremenem mogut rasshirit'sya neogranichenno. Vydelyaemaya pri etom polnaya kineticheskaya energiya


\begin{displaymath} \bar {\varepsilon} = (\alpha - 1)N_{Q} mc^{2} = 6(\alpha - 1){\left[ {1 - {\frac{{N_{B}}} {{N_{B} + N_{Q}}} }} \right]}{\frac{{GM^{2}}}{{R_{g} }}},\;\;\;R_{g} = {\frac{{2GM}}{{c^{2}}}}, \end{displaymath} (8)

gde $M = (N_{B} + N_{Q} )m$ - massa zvezdy s ishodnoi massoi $M = (N_{B} + \alpha N_{Q} )m$ posle perehoda vseh kvarkov obratno v bariony, $R_{g} $ -- gravitacionnyi radius. Pri etom vydelyaemaya kineticheskaya energiya


\begin{displaymath} \bar {\varepsilon} \ge {\frac{{GM^{2}}}{{R_{g}}} } \end{displaymath}

dostatochna dlya togo, chtoby konfiguraciyu s massoi $M$, nahodyashuyusya v sostoyanii, blizkom k gravitacionnomu radiusu, rasshirit' v principe do neogranichennyh razmerov. Esli pri etom prevrashenie kvarkovoi zvezdy v barionnuyu proidet dostatochno bystro, to rasshirenie budet nosit' harakter vzryva. Konechno, v kvarkovoi zvezde, poluchennoi putem szhatiya, fluktuacii ne mogut privesti obratno k barionnoi zvezde, odnako v kvarkovoi konfiguracii, obrazovavsheisya vnachale po kakim-libo prichinam, fluktuacii, po-vidimomu, mogut dat' nachalo vzryvu.

Ne isklyucheno, chto v central'nyh oblastyah nekotoryh noveishih astronomicheskih ob'ektov, vydelyayushih ogromnye energii (kvazizvezdy, vzryvnye galaktiki), igrayut rol' processy s uchastiem kvarkov (ili drugih sub-chastic). Konfiguracii tipa kvarkovyh mogut okazat'sya poleznymi dlya analiza sverhplotnyh predzvezdnyh sostoyanii, predpolagaemyh V. A. Ambarcumyanom, ili dlya analiza pervonachal'nogo sostoyaniya vsei rasshiryayusheisya Vselennoi.

Priyatnym dolgom yavlyaetsya blagodarnost' V. A. Ambarcumyanu i G. S. Saakyanu za cennye zamechaniya.

*) Gadrony (ot angiiskogo hard, hadrons) - sil'no vzaimodeisvuyushie chasticy. Segodnya v russkom yazyke ih prinyato nazyvat' adronami. [Prim.red.]

Literatura

  1. M. Gell-Maan, Phys. Rev. Lett., 8, 214, 1964; Zweig, Preprint CERN, 1964.
  2. V. A. Ambarcumyan, G. S. Saakyan, Astron. zh., 37, 193, 1960.
  3. G. S. Saakyan, Yu. L. Vartanyan, E. V. Chubaryan, Tezisy II sov. grav. konferencii, str. 205, izd. Universiteta, Tbilisi, 1965.
  4. Ya. B. Zel'dovich, ZhETF, 42, 1667, 1964.

Publikacii s klyuchevymi slovami: neitronnye zvezdy - kvarkovye zvezdy - istoriya astronomii
Publikacii so slovami: neitronnye zvezdy - kvarkovye zvezdy - istoriya astronomii
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu
Ocenka: 2.8 [golosov: 60]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya