Белые карлики нейтронные звезды пульсары и черные дыры кратко
Обновлено: 05.07.2024
В нашей Вселенной много удивительного, и порой она кажется интереснее самой изощренной выдумки фантастов. И сейчас мы хотим поговорить об объектах далекого космоса (как реальных, так и предполагаемых), о которых слышали все, но представляет себе далеко не каждый.
Красный гигант
Существует множество разных звезд: одни более горячие, другие более холодные, одни большие, другие (условно) маленькие. Звезда красный гигант имеет невысокую температуру поверхности и огромный радиус. Из-за этого она обладает высокой светимостью. Радиус красного гиганта может достигать 800 солнечных, а яркость способна превосходить солнечную в 10 тыс. раз. Альдебаран, Арктур, Гакрукс — красные гиганты, входящие в список ярчайших светил ночного неба. При этом красные гиганты не самые массивные. Самые большие звезды — красные сверхгиганты: их радиус может превышать солнечный в 1500 раз.
Красный гигант — это конечный этап эволюции звезды. Звезда становится красным гигантом, когда в ее центре весь водород превращается в гелий, а термоядерное горение водорода продолжается на периферии гелиевого ядра. Таким образом, все красные гиганты имеют похожее строение: горячее плотное ядро и очень разреженную и протяженную оболочку. Это ведет к росту светимости, расширению внешних слоев и снижению температуры на поверхности. А также к интенсивному звездному ветру — истечению вещества из светила в межзвездное пространство.
Дальнейшая судьба красного гиганта зависит от массы. Если масса низкая, то звезда трансформируется в белого карлика, если высокая — превратится в нейтронную звезду или черную дыру.
Белый карлик
Желтый карлик
Об этом типе звезд знают далеко не все. И это странно, ведь наше родное Солнце — это типичный желтый карлик. Желтые карлики — небольшие звезды, масса которых составляет 0,8–1,2 солнечной. Это светила так называемой главной последовательности. На диаграмме Герцшпрунга—Рассела это область, которая содержит звезды, использующие в качестве источника энергии термоядерную реакцию синтеза гелия из водорода.
Желтые карлики имеют температуру поверхности 5000–6000 K, а среднее время их жизни составляет 10 млрд лет. Такие звезды превращаются в красных гигантов после того, как их запас водорода сжигается. Подобная участь ожидает и наше Солнце: по прогнозам ученых, примерно через 5–7 млрд лет оно поглотит нашу планету, став красным гигантом, а затем превратится в белого карлика. Но задолго до всего этого жизнь на нашей планете будет сожжена.
Коричневый карлик
Температура поверхности коричневого карлика может составлять 300–3000 К. Всю свою жизнь он непрерывно остывает: чем крупнее такой объект, тем медленнее происходит этот процесс. Проще говоря, коричневый карлик из-за термоядерного синтеза разогревается на первом этапе своей жизни, а затем остывает, становясь похожим на обычную планету.
Коричневые карлики могут образовываться как в протопланетном диске какой-либо звезды, так и независимо от других космических объектов. Вокруг них тоже могут появляться планеты и, по некоторым представлениям, даже обитаемые. Но поскольку коричневые карлики излучают мало тепла и очень короткое время, то зона обитаемости располагается достаточно близко к ним и очень быстро исчезает. Если на Земле для появления многоклеточной жизни потребовалось 3,5 млрд лет, и срок ее дальнейшего существования при удачном стечении обстоятельств довольно велик, то, например, многоклеточная жизнь на подобной планете около бурого карлика массой 0,04 солнечной просуществует не более 0,5 млрд лет. Потом по мере остывания карлика зона обитаемости приблизится к нему, и всё живое на планете погибнет.
Двойная звезда
Двойной звездой (или двойной системой) называют две гравитационно связанные звезды, которые обращаются вокруг общего центра масс. Двойная звезда кажется весьма экзотическим явлением, однако в галактике Млечный Путь оно очень распространено. Исследователи полагают, что примерно половина всех звезд Галактики относится к двойным системам. Иногда даже можно встретить системы, которые состоят из трех звезд.
Обычная звезда формируется в результате сжатия молекулярного облака из-за гравитационной неустойчивости. В случае с двойной звездой ситуация похожа, но вот что касается причины разделения, то здесь ученые не могут придти к общему мнению.
Сверхновая
Сверхновой звездой называют феномен, при котором яркость звезды возрастает на 4–8 порядков, а после этого постепенно понижается. Происходит это из-за взрыва звезды, при котором она полностью разрушается. Такая звезда на некоторое время затмевает другие светила: и это неудивительно, ведь при взрыве ее светимость может превышать солнечную в 1 млрд раз. В галактиках, сравнимых с нашей, появление одной сверхновой фиксируют примерно раз в 30 лет. Однако наблюдению за объектом мешает звездная пыль, ведь при взрыве огромный объем вещества попадает в межзвездное пространство. Оставшееся вещество может выступать в качестве строительного материала для нейтронной звезды или черной дыры. Наше светило и планеты Солнечной системы зародились в гигантском облаке молекулярного газа и пыли. Приблизительно 4,6 миллиарда лет назад началось сжатие облака, и первые сто тысяч лет после этого Солнце представляло собой коллапсирующую протозвезду. Со временем оно стабилизировалось и приняло свой теперешний облик.
Нейтронная звезда
Нейтронная звезда состоит, в основном, из нейтронов — тяжелых элементарных частиц, не имеющих электрического заряда. Как уже говорилось, причиной их образования является гравитационный коллапс нормальных звезд. За счет притяжения начинается стягивание звездных масс к центру до тех пор, пока они не становятся невероятно сжатыми. В результате этого нейтроны как бы упаковываются. Такой объект имеет тонкую атмосферу из горячей плазмы, внешнюю кору из ионов и электронов, внутреннюю кору из электронов и свободных нейтронов, а также внешнее и внутреннее ядра из плотно упакованных нейтронов. Многие нейтронные звезды очень быстро вращаются — до сотен оборотов в секунду.
Нейтронная звезда невелика — обычно ее радиус не превышает 20 км. При этом масса большинства таких объектов составляет 1,3–1,5 солнечных (теория допускает существование нейтронных звезд с массой даже 2,5 массы Солнца). Плотность нейтронной звезды настолько велика, что одна чайная ложка ее вещества весит миллиарды тонн.
Пульсар
Пульсары — это нейтронные звезды, испускающие радио-, гамма-, оптическое и рентгеновское излучения, которые приборы фиксируют в виде импульсов. Ось вращения такой звезды не совпадает с осью ее магнитного поля. А излучает пульсар как раз вдоль последней — со своих магнитных полюсов. И поскольку звезда вращается вокруг своей оси, мы на Земле можем наблюдать излучения лишь в тот момент, когда пульсар поворачивается магнитным полюсом к нашей планете. Это можно сравнить с маяком: наблюдателю на берегу кажется, что он периодически мигает, хотя на самом деле прожектор просто поворачивается в другую сторону. Иными словами, мы наблюдаем некоторые нейтронные звезды в качестве пульсаров потому, что один из их магнитных полюсов при вращении оказывается направленным к Земле.
Лучше всего изучен пульсар PSR 0531+21, который находится в Крабовидной туманности на расстоянии 6520 световых лет от нас. Эта нейтронная звезда совершает 30 оборотов в секунду, а полная мощность ее излучения в 100 000 раз выше, чем у Солнца. Впрочем, многие аспекты, связанные с пульсарами, только предстоит изучить.
Квазар
Разумеется, обнаружение первого квазара в 1960 году вызвало невероятный интерес к явлению. Сейчас ученые полагают, что квазар — это активное ядро галактики. Там находится сверхмассивная черная дыра, вытягивающая на себя материю из пространства, которое ее окружает. Масса дыры просто гигантская, а сила излучения превосходит силу излучения всех расположенных в галактике звезд. Самый близкий к нам квазар находится на расстоянии 2 млрд световых лет, а самые далекие из-за их невероятной видимости мы можем наблюдать на удалении 10 млрд световых лет.
Блазар
Блазары — это квазары, испускающие мощнейшие лучи плазмы (так называемые релятивистские струи), которые может видеть наблюдатель с Земли. Два луча исходят из ядра блазара и направлены в противоположные стороны. Эти потоки излучения и вещества могут уничтожить все живое на своем пути. Если такой луч пройдет на расстоянии хотя бы 10 св. лет от Земли, на ней уже не будет жизни.
Сейчас ученые выяснили расстояние до самого отдаленного блазара PKS 1424+240: оно составляет 7,4 млрд световых лет.
Черная дыра
Вне всякого сомнения, это один из самых загадочных объектов Вселенной. О черных дырах написано много, но природа их до сих пор скрыта от нас. Вторая космическая скорость (скорость, необходимая для преодоления гравитации небесного тела и покидания орбиты вокруг него) для них превосходит скорость света! Ничто не способно избежать гравитации черной дыры. Она настолько огромна, что практически останавливает ход времени.
Черная дыра образуется из массивной звезды, которая израсходовала свое топливо. Звезда, схлопывающаяся под собственной тяжестью и увлекающая за собой пространственно-временной континуум вокруг. Гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет больше не может из него вырваться. В результате область, в которой ранее находилась звезда, становится черной дырой. Иными словами, черная дыра — это искривленный участок Вселенной. Он всасывает в себя материю, расположенную рядом. Считается, что первый ключ к пониманию черных дыр — теория относительности Эйнштейна. Впрочем, ответы на все основные вопросы еще только предстоит узнать.
Кротовая нора
Продолжая тему, просто нельзя пройти мимо сугубо гипотетического объекта — так называемых кротовых нор, или червоточин. Их представляют как пространственно-временные туннели, состоящие из двух входов и горловины. Кротовая нора — топологическая особенность пространства-времени, позволяющая (гипотетически) путешествовать кратчайшим из всех путей. Чтобы хоть немного понять природу кротовой норы, можно свернуть бумажный лист (символизирующий наше пространство-время), а затем проткнуть его иголкой. Полученная в результате дыра будет являться подобием кротовой норы. Если двигаться по поверхности листа от одной дыры к другой (что мы в нашей реальности только и можем делать), получится длинный путь, но гипотетически ведь можно пройти и сквозь дыру, сразу оказавшись на другой стороне!
В разное время специалисты выдвигали различные версии о кротовых норах. Возможность существования чего-то подобного доказывает общая теория относительности, но до сих пор не удалось найти ни одну кротовую нору. Может быть, в будущем новые исследования помогут подтвердить существование таких объектов.
Туманность
Туманность — это не что иное, как космическое облако, которое состоит из пыли и газа. Она — основной строительный блок нашей Вселенной: из него образуются звезды и звездные системы. Туманность — один из самых красивых астрономических объектов, который может светиться всеми цветами радуги.
Выделяют эмиссионную туманность (облако газа высокой температуры), отражательную туманность (не излучающую собственной радиации), темную туманность (облако пыли, блокирующее свет от объектов, расположенных за ним) и планетарную туманность (оболочку из газа, произведенного звездой в конце своей эволюции). Сюда же относят и остатки сверхновых.
Темная материя
Это гипотетическое явление, не испускающее электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействующее с ним. Следовательно, мы не можем его обнаружить напрямую, но видим признаки существования темной материи при наблюдении за поведением астрофизических объектов и гравитационными эффектами, которые они создают.
Сейчас ученые полагают, что темная материя не может состоять из обычного вещества, и в ее основе лежат крошечные экзотические частицы. Но некоторые в этом сомневаются, утверждая, что темная материя может состоять и из макроскопических объектов.
Темная энергия
Если и существует что-то более загадочное, чем темная материя, то это темная энергия. В отличие от первой, темная энергия — относительно новое понятие, но оно уже успело перевернуть наше представление о Вселенной. Темная энергия, согласно выводам ученых, является чем-то, что заставляет нашу Вселенную расширяться с ускорением, то есть со временем все быстрее. Исходя из гипотезы о темной материи, распределение масс во Вселенной выглядит так: 74% — темная энергия, 22% — темная материя, 0,4% — звезды и другие объекты, 3,6% — межгалактический газ.
Если в случае с темной материей есть хотя бы косвенные доказательства ее существования, то темная энергия существует сугубо в рамках математической модели, рассматривающей расширение нашей Вселенной. Поэтому никто не может сейчас с уверенностью сказать, что такое темная энергия.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Описание презентации по отдельным слайдам:
Белые карлики, нейтронные звёзды и черные дыры
Белые карлики Ограничение на массу белого карлика примерно 1.5Ms. Эта предельная масса и называется она пределом Чандрасекара (Ms – масса Солнца, равная ~ 1,99·1030 кг). Обычно полагают, что максимальная масса белого карлика 1.4Ms. Таким образом, давление вырождения электронов не может удержать массы большие, чем 1.4Ms. Если 0.5Ms n + ve Возникает так называемая нейтронная звезда, плотность которой достигает 1014 - 1015 г/см3. Характерный размер нейтронной звезды 10-15 км. 10-15 км
Пульсары – маяки Вселенной В 1967 г. в Кембриджском университете Хьюиш и Белл открыли космические источники периодического электромагнитного излучения – пульсары. Периоды повторения импульсов большинства пульсаров лежат в интервале от 3.3·10-2 до 4.3 с. Периоды вращения пульсаров строго постоянны и точности измерения этих периодов доходят до 14-значной цифры. Согласно современным представлениям, пульсары – это вращающиеся нейтронные звезды, имеющие массу 1-3Ms и диаметр 10-20 км.
Модель пульсара Считается, что нейтронная звезда имеет магнитное поле, ось которого не совпадает с осью вращения звезды. В этом случае излучение звезды (радиоволны и видимый свет) скользит по Земле как лучи маяка. Когда луч пересекает Землю регистрируется импульс. Само излучение нейтронной звезды возникает за счет того, что заряженные частицы с поверхности звезды двигаются вовне по силовым линиям магнитного поля, испуская электромагнитные волны. Этот механизма радиоизлучения пульсара, впервые предложенный Голдом
Черная дыра Оценки массы звезды, которая уже не может стабилизироваться за счет вырожденных нейтронов, дают значение ~ 3Ms. Таким образом, если при взрыве сверхновой сохраняется остаток массы M > 3Ms, то он не может существовать в виде устойчивой нейтронной звезды. Ядерные силы отталкивания на малых расстояниях не в состоянии противостоять дальнейшему гравитационному сжатию звезды. Возникает необычный объект – черная дыра.
Черная дыра Звезда массы M, коллапсируя в черную дыру, достигает сферы радиуса rg (сферы Шварцшильда): rg = 2GM/c2, (формально к этому соотношению можно прийти, полагая в известной формуле для второй космической скорости vk2 = (2GM/R)1/2 предельное значение этой скорости, равное скорости света). При достижении объектом размера сферы Шварцшильда, его гравитационное поле становится столь сильным, что покинуть этот объект не может даже электромагнитное излучение. Шварцшильдовский радиус Солнца равен 3 км, Земли – 1 см. Черная дыра Шварцшильда относится к невращающимся объектам и является остатком массивной невращающейся звезды. Вращающаяся массивная звезда коллапсирует во вращающуюся черную дыру (черную дыру Керра).
Обнаружение черных дыр Свет, выходящий из материи, попадающей в черную дыру на расстоянии 6 миллиардов световых лет от нее, был увеличен и разбит на четыре изображения большой галактикой, которая намного ближе к Земле. Это составное изображение показывает четыре ярких пятна (фиолетового) в кольце, которые выдают существование черной дыры и, в конечном счете, ее вращение
Сверхмассивная дыра в центре Галактики Сверху: сверхмассивная чёрная дыра, поглощающая звезду, в представлении художника. Снизу: изображения, предположительно показывающие сверхмассивную чёрную дыру в галактике RXJ 1242-11. Слева: в рентгеновском излучении. Справа: в оптическом диапазоне.
Сверхмассивная чёрная дыра и её аккреционный диск в представлении художника. Источник: NASA/JPL-Caltech
Плотность белого карлика больше 10 7 г/см 3 , температура поверхности ~ 10 4 K. При столь высокой температуре атомы должны быть полностью ионизованы и внутри звезды ядра должны быть погружены в море электронов, образующих вырожденный электронный газ. Давление этого газа препятствует дальнейшему гравитационному коллапсу звезды.
Давление вырожденного электронного газа имеет квантовую природу. Оно возникает как следствие принципа Паули, которому подчиняются электроны.
Принцип Паули устанавливает предельный минимальный объем пространства, который может занимать каждый электрон. Внешнее давление не в состоянии этот объем уменьшить. В белом карлике все электроны достигли минимального объема и гравитационное сжатие уравновешено внутренним давлением электронного газа.
Ограничение на массу белого карлика примерно 1.5Ms. Эта предельная масса и называется она пределом Чандрасекара (Ms – масса Солнца, равная ~ 1,99·10 30 кг).
Обычно полагают, что максимальная масса белого карлика 1.4Ms. Таким образом, давление вырождения электронов не может удержать массы большие, чем 1.4Ms. Если 0.5Ms 6 г/см 3 , радиус – 5х10 3 км.
Светимость белых карликов составляет 10 -2 -10 -4 от светимости Солнца. Их излучение обеспечивается запасенной в них тепловой энергией.
Нейтронная звезда
Расчеты показывают, что при взрыве сверхновой с M ~ 25Ms остается плотное нейтронное ядро (нейтронная звезда) с массой ~ 1.6Ms.
В звездах с остаточной массой M > 1.4Ms, не достигших стадии сверхновой, давление вырожденного электронного газа также не в состоянии уравновесить гравитационные силы и звезда сжимается до состояния ядерной плотности. Механизм этого гравитационного коллапса тот же, что и при взрыве сверхновой.
p + e - > n + ve
после выброса нейтрино образуются нейтроны, занимающие гораздо меньший фазовый объем, чем электроны.
Возникает так называемая нейтронная звезда, плотность которой достигает 10 14 - 10 15 г/см 3 . Характерный размер нейтронной звезды 10-15 км.
В некотором смысле нейтронная звезда представляет собой гигантское атомное ядро.
Дальнейшему гравитационному сжатию препятствует давление ядерной материи, возникающее за счет взаимодействия нейтронов. Это так же давление вырождения, как ранее в случае белого карлика, но – давление вырождения существенно более плотного нейтронного газа. Это давление в состоянии удерживать массы вплоть до 3.2Ms.
Нейтрино, образующиеся в момент коллапса, довольно быстро охлаждают нейтронную звезду. Согласно теоретическим оценкам температура ее падает с 10 11 до 10 9 K за время ~ 100 с. Дальше темп остывания несколько уменьшается. Однако он достаточно высок по астрономическим масштабам. Уменьшение температуры с 10 9 до 10 8 K происходит за 100 лет и до 10 6 K – за миллион лет.
Обнаружить нейтронные звезды оптическими методами довольно сложно из-за малого размера и низкой температуры.
В 1967 г. в Кембриджском университете Хьюиш и Белл открыли космические источники периодического электромагнитного излучения – пульсары. Периоды повторения импульсов большинства пульсаров лежат в интервале от 3.3·10 -2 до 4.3 с.
Согласно современным представлениям, пульсары – это вращающиеся нейтронные звезды, имеющие массу 1-3Ms и диаметр 10-20 км.
Только компактные объекты, имеющие свойства нейтронных звезд, могут сохранять свою форму, не разрушаясь при таких скоростях вращения.
Сохранение углового момента и магнитного поля при образовании нейтронной звезды приводит к рождению быстро вращающихся пульсаров с сильным магнитным полем B ~ 10 12 Гс.
B – вектор магнитной индукции, основная силовая характеристика магнитного поля. Измеряется в гауссах (Гс) в системе СГС (сантиметр-грамм-секунда) и в теслах (Тл) в Международной системе единиц (СИ). 1 Тл = 10 4 Гс.
Считается, что нейтронная звезда имеет магнитное поле, ось которого не совпадает с осью вращения звезды. В этом случае излучение звезды (радиоволны и видимый свет) скользит по Земле как лучи маяка. Когда луч пересекает Землю регистрируется импульс.
Само излучение нейтронной звезды возникает за счет того, что заряженные частицы с поверхности звезды двигаются вовне по силовым линиям магнитного поля, испуская электромагнитные волны. Этот механизма радиоизлучения пульсара, впервые предложенный Голдом, показан ниже на рисунке
Модель пульсара
Если пучок излучения попадает на земного наблюдателя, то радиотелескоп фиксирует короткие импульсы радиоизлучения с периодом, равным периоду вращения нейтронной звезды.
Форма импульса может быть очень сложной, что обусловлено геометрией магнитосферы нейтронной звезды и является характерной для каждого пульсара.
Периоды вращения пульсаров строго постоянны и точности измерения этих периодов доходят до 14-значной цифры.
В настоящее время обнаружены пульсары, входящие в двойные системы. Если пульсар вращается по орбите вокруг второго компонента, то должны наблюдаться вариации периода пульсара вследствие эффекта Допплера.
Когда пульсар приближается к наблюдателю, регистрируемый период радиоимпульсов из-за допплеровского эффекта уменьшается, а когда пульсар удаляется от нас, его период увеличивается. На основе этого явления и были обнаружены пульсары, входящие в состав двойных звезд.
Для впервые обнаруженного пульсара PSR 1913 + 16, входящего в состав двойной системы, орбитальный период обращения составил 7 часов 45 мин. Собственный период обращения пульсара PSR 1913 + 16 равен 59 мс.
Излучение пульсара должно приводить к уменьшению скорости вращения нейтронной звезды. Такой эффект также был обнаружен. Нейтронная звезда, входящая в состав двойной системы, может быть и источником интенсивного рентгеновского излучения.
Образование нейтронных звезд не всегда является следствием вспышки сверхновой. Возможен и другой механизм образования нейтронных звезд в ходе эволюции белых карликов в тесных двойных звездных системах.
Перетекание вещества звезды-компаньона на белый карлик постепенно увеличивает массу белого карлика и по достижении критической массы (предела Чандрасекара) белый карлик превращается в нейтронную звезду.
Черная дыра
Имеется предел для массы звезды, которая может удерживаться в равновесии плотно упакованными нейтронами. Этот предел невозможно вычислить точно, так как поведение вещества при плотностях, существенно превышающих плотность ядерной материи, недостаточно изучено.
Оценки массы звезды, которая уже не может стабилизироваться за счет вырожденных нейтронов, дают значение ~ 3Ms.
Таким образом, если при взрыве сверхновой сохраняется остаток массы M > 3Ms, то он не может существовать в виде устойчивой нейтронной звезды.
Ядерные силы отталкивания на малых расстояниях не в состоянии противостоять дальнейшему гравитационному сжатию звезды. Возникает необычный объект – черная дыра.
Основное свойство черной дыры состоит в том, что никакие сигналы, испускаемые ею, не могут выйти за её пределы и достигнуть внешнего наблюдателя.
Звезда массы M, коллапсируя в черную дыру, достигает сферы радиуса rg (сферы Шварцшильда):
rg = 2GM/c 2 ,
(формально к этому соотношению можно прийти, полагая в известной формуле для второй космической скорости vk2 = (2GM/R) 1/2 предельное значение этой скорости, равное скорости света).
При достижении объектом размера сферы Шварцшильда, его гравитационное поле становится столь сильным, что покинуть этот объект не может даже электромагнитное излучение. Шварцшильдовский радиус Солнца равен 3 км, Земли – 1 см.
Черная дыра Шварцшильда относится к невращающимся объектам и является остатком массивной невращающейся звезды. Вращающаяся массивная звезда коллапсирует во вращающуюся черную дыру (черную дыру Керра).
В настоящее время нет прямых экспериментальных подтверждений существования черных дыр. Есть несколько космических объектов, поведение которых можно объяснить присутствием черных дыр.
Так имеется объект Лебедь XI, представляющий собой двойную систему с периодом вращения 5,6 суток. В состав системы входят голубой гигант с массой 22Ms и невидимый источник пульсирующего рентгеновского излучения с массой 8Ms, который возможно является черной дырой (объект такой большой массы не может быть нейтронной звездой).
Наряду с черными дырами, образовавшимися при коллапсе звезд, во Вселенной могут быть черные дыры, возникшие задолго до появления первых звезд вследствие неоднородности Большого Взрыва.
Появившиеся при этом сгустки вещества могли сжиматься до состояния черных дыр, тогда как остальная часть вещества расширялась. Черные дыры, образовавшиеся на самом раннем этапе Вселенной, называют реликтовыми. Предполагают, что размер некоторых из них может быть значительно меньше размера протона.
В 1974 г. Хокинг показал, что черные дыры должны испускать частицы. Источником этих частиц является процесс образования виртуальных пар частица-античастица в вакууме. В обычных полях эти пары аннигилируют столь быстро, что их не удается наблюдать. Однако в очень сильных полях виртуальные частица и античастица могут разделиться и стать реальными.
На границе черной дыры действуют мощные приливные силы. Под действием этих сил некоторые из частиц (античастиц), входивших в состав виртуальных пар, могут вылететь за пределы черной дыры. Так как многие из них аннигилируют, черная дыра должна становиться источником излучения.
Температура черной дыры обратно пропорциональна ее массе, таким образом, более массивные испаряются медленнее, ибо время их жизни пропорционально кубу массы (в четырехмерном пространстве-времени). Например, время жизни черной дыры с массой M порядка солнечной превосходит возраст Вселенной, тогда как микродыра с M = 1 тераэлектронвольт (10 12 эВ, примерно 2x10 -30 кг) живет около 10 -27 секунд (Наука и жизнь, ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ).
Приведено с сокращениями
Источник
Процессы превращения звезд в белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры, как правило, сопровождаются выбросами колоссальной энергии. Подробнее о подобного рода энергетических выбросах, и других космических взрывах рассказывается в следующем видеосюжете.
Видео: Жесточайшие и крупнейшие взрывы в космосе. Взрывы Галактик, звезд, планет.
Среди звезд встречаются в сотни тысяч раз более мощные, чем Солнце, и звезды со светимостями в десятки тысяч раз меньшими, чем у нашего Солнца.
Определения температур поверхности звезд показали, что от температуры поверхности звезды зависит ее видимый цвет и наличие спектральных линий поглощения тех или иных химических элементов в ее спектре.
Рисунок 1 – спектральная классификация звезд
1.2. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела
· Главная последовательность (Солнце, Сириус и прочие звезды, чьи плотности сравнимы с солнечной плотностью).
· Красные гиганты (в основном звезды красного цвета с радиусами, в десятки раз превышающими солнечный, например Арктур).
· Сверхгиганты (звезды со светимостями, в десятки и сотни тысяч раз превышающими солнечную. Звезда Бетельгейзе имеет массу в 15 раз больше солнечной, ее радиус превышает радиус Солнца в 1000 раз. Ее плотность более чем в 60000 раз меньше плотности воздуха).
· Белые калики (звезды со светимостями в сотни и тысячи раз меньше солнечной, радиус почти в сто раз меньше солнечного. Звезда Сириус В – спутник Сириуса).
Рисунок 2 – Спектр-светимость.
Массы звезд удалось измерить только у звезд, входящих в состав двойных систем. Масса определялась по параметрам орбит звезд и периоду их обращения вокруг друг друга с использованием третьего обобщенного закона Кеплера.
Выявленная зависимость: чем больше масса звезды, тем больше ее светимость.
Белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.
Эти звезды были названы белыми карликами, так как сначала среди них были обнаружены звезды белого цвета, а значительно позже – желтого и других цветов.
2.1. Белые карлики.
Размеры белых карликов небольшие, сравнимы с размерами Земли, но их массы ближе к массе Солнца. Из-за высокой плотности атомы внутри белых карликов раздавлены, электроны не связаны с ядрами и ведут себя независимо от них. В отличие от других звезд термоядерные реакции в недрах белых карликов не протекают. Их недры состоят из ядер гелия и других тяжелых элементов.
Эти звезды светят за счет запасов тепловой энергии, выработанной в процессе предыдущих этапов эволюции. Через миллиарды лет запасы такой энергии иссякнут, белые карлики остынут и перестанут светиться.
2.2. Нейтронные звезды.
В 1967 году астрономы с помощью радиотелескопов обнаружили удивительные радиоисточники, которые испускали периодические импульсы радуиоизлучения. Эти объекты назвали пульсарами.
Высокая стабильность периода, доступная только в современных атомных часах, заставила вначале предположить, что астрономы имеют дело с сигналами, посылаемыми внеземными цивилизациями.
В конце концов было доказано, что за явление пульсара ответственны быстро вращающиеся нейтронные звезды с сильным магнитным полем.
Вещество звезды состоит из плотно упакованных нейтронов. По этой причине такие звезды получили название нейтронных звезд.
В конце XVIII в. известный астроном и математик П.Лаплас привел простые, основанные на теории тяготения Ньютона рассуждения, которые позволили предсказать существование необычных объектов, получивших название черные дыры.
Черные дыры благодаря своему гравитационному полю могут захватывать вещество, находящееся в окружающем пространстве.
В настоящее время обнаружены черные дыры в составе двойных звездных систем. Так, в созвездии Лебедя наблюдается тесная двойная система: одна из звезд, излучающая видимый свет – обычная звезда спектрального класса В, другая невидимая звезда малого размера излучает рентгеновские лучи и имеет массу около 10 масс Солнца. Эта звезда представляет собой черную дыру размером около 30 км.
Рисунок 3 – Черная дыра
Рентгеновское излучение испускает не сама черная дыра, а нагретый до нескольких миллионов градусов газовый диск, вращающийся вокруг черной дыры радиусом около 200 км. Этот диск состоит из вещества, которое черная дыра своим тяготением вытягивает из яркой звезды.
Основные характеристики звезд.
1.1. Температура и цвет звезд.
Среди звезд встречаются в сотни тысяч раз более мощные, чем Солнце, и звезды со светимостями в десятки тысяч раз меньшими, чем у нашего Солнца.
Определения температур поверхности звезд показали, что от температуры поверхности звезды зависит ее видимый цвет и наличие спектральных линий поглощения тех или иных химических элементов в ее спектре.
Рисунок 1 – спектральная классификация звезд
1.2. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела
· Главная последовательность (Солнце, Сириус и прочие звезды, чьи плотности сравнимы с солнечной плотностью).
· Красные гиганты (в основном звезды красного цвета с радиусами, в десятки раз превышающими солнечный, например Арктур).
· Сверхгиганты (звезды со светимостями, в десятки и сотни тысяч раз превышающими солнечную. Звезда Бетельгейзе имеет массу в 15 раз больше солнечной, ее радиус превышает радиус Солнца в 1000 раз. Ее плотность более чем в 60000 раз меньше плотности воздуха).
· Белые калики (звезды со светимостями в сотни и тысячи раз меньше солнечной, радиус почти в сто раз меньше солнечного. Звезда Сириус В – спутник Сириуса).
Рисунок 2 – Спектр-светимость.
Массы звезд удалось измерить только у звезд, входящих в состав двойных систем. Масса определялась по параметрам орбит звезд и периоду их обращения вокруг друг друга с использованием третьего обобщенного закона Кеплера.
Выявленная зависимость: чем больше масса звезды, тем больше ее светимость.
Белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры.
Эти звезды были названы белыми карликами, так как сначала среди них были обнаружены звезды белого цвета, а значительно позже – желтого и других цветов.
2.1. Белые карлики.
Размеры белых карликов небольшие, сравнимы с размерами Земли, но их массы ближе к массе Солнца. Из-за высокой плотности атомы внутри белых карликов раздавлены, электроны не связаны с ядрами и ведут себя независимо от них. В отличие от других звезд термоядерные реакции в недрах белых карликов не протекают. Их недры состоят из ядер гелия и других тяжелых элементов.
Эти звезды светят за счет запасов тепловой энергии, выработанной в процессе предыдущих этапов эволюции. Через миллиарды лет запасы такой энергии иссякнут, белые карлики остынут и перестанут светиться.
2.2. Нейтронные звезды.
В 1967 году астрономы с помощью радиотелескопов обнаружили удивительные радиоисточники, которые испускали периодические импульсы радуиоизлучения. Эти объекты назвали пульсарами.
Высокая стабильность периода, доступная только в современных атомных часах, заставила вначале предположить, что астрономы имеют дело с сигналами, посылаемыми внеземными цивилизациями.
В конце концов было доказано, что за явление пульсара ответственны быстро вращающиеся нейтронные звезды с сильным магнитным полем.
Вещество звезды состоит из плотно упакованных нейтронов. По этой причине такие звезды получили название нейтронных звезд.
В конце XVIII в. известный астроном и математик П.Лаплас привел простые, основанные на теории тяготения Ньютона рассуждения, которые позволили предсказать существование необычных объектов, получивших название черные дыры.
Черные дыры благодаря своему гравитационному полю могут захватывать вещество, находящееся в окружающем пространстве.
В настоящее время обнаружены черные дыры в составе двойных звездных систем. Так, в созвездии Лебедя наблюдается тесная двойная система: одна из звезд, излучающая видимый свет – обычная звезда спектрального класса В, другая невидимая звезда малого размера излучает рентгеновские лучи и имеет массу около 10 масс Солнца. Эта звезда представляет собой черную дыру размером около 30 км.
Рисунок 3 – Черная дыра
Рентгеновское излучение испускает не сама черная дыра, а нагретый до нескольких миллионов градусов газовый диск, вращающийся вокруг черной дыры радиусом около 200 км. Этот диск состоит из вещества, которое черная дыра своим тяготением вытягивает из яркой звезды.
Читайте также: