Эволюция звёзд разной массы
Эволюция звезды с массой, примерно равной массе Солнца
Звёзды с массой, не сильно отличающейся от массы Солнца (а таких звёзд — большинство), заканчивают свою жизнь сравнительно «мирно» — без взрывов.
Образовавшиеся из них белые карлики постепенно остывают, становясь в конце концов невидимыми. Но это происходит чрезвычайно медленно, так как из-за очень малой поверхности белый карлик излучает энергию очень медленно. К тому же его остывание несколько притормаживается гравитационным сжатием, которое продолжает «подогревать» белый карлик. Длительность пребывания звезды в стадии белого карлика и объясняет «населённость» этой области на диаграмме «температура — светимость».
Картина неизбежного остывания белого карлика кажется довольно грустной, но, оказывается, это не всегда конец жизни звезды. Если вблизи белого карлика есть другая звезда, у него может начаться новая жизнь с гигантскими «фейерверками». Об этом мы расскажем ниже.
Эволюция звезды с массой, большей массы Солнца
Нейтронные звёзды
Если масса ядра звезды превышает массу Солнца более чем в 1,4 раза, колоссальная сила тяготения «вдавит» электроны в протоны, в результате чего образуются нейтроны.
При этом возникнет нейтронная звезда, то есть звезда, состоящая в основном из нейтронов, — как бы гигантских размеров «атомное ядро». Масса такой звезды сопоставима с массой Солнца, а диаметр составляет всего несколько километров!
Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра и во много раз превышает плотность белых карликов: масса напёрстка вещества нейтронной звезды равна массе нескольких гружёных товарных вагонов.
Модели образования нейтронных звёзд разработали советский физик Л. Д. Ландау и американский физик Р. Оппенгеймер.
Источник
Астрофизики уточнили предельную массу нейтронных звезд
Kevin Gill / flickr.com
Немецкие астрофизики уточнили максимально возможную массу нейтронной звезды, опираясь на результаты измерений гравитационных волн и электромагнитного излучения от события GW170817. Оказалось, что масса невращающейся нейтронной звезды не может быть больше 2,16 масс Солнца, говорится в статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters.
Нейтронные звезды — это сверхплотные компактные звезды, которые образуются во время вспышек сверхновых. Радиус нейтронных звезд не превышает нескольких десятков километров, а масса может быть сравнима с массой Солнца, что приводит к огромной плотности вещества звезды (порядка 10 17 килограмм на кубический метр). В то же время, масса нейтронной звезды не может превышать определенный предел — объекты с большими массами коллапсируют в черные дыры под действием собственной гравитации.
По различным оценкам, верхняя граница для массы нейтронной звезды лежит в диапазоне от двух до трех масс Солнца и зависит от уравнения состояния вещества, а также от скорости вращения звезды. В зависимости от плотности и массы звезды ученые выделяют несколько различных типов звезд, схематичная диаграмма изображена на рисунке. Во-первых, не вращающиеся звезды не могут иметь массу, большую MTOV (белая область). Во-вторых, когда звезда вращается с постоянной скоростью, ее масса может быть, как меньше MTOV (светло-зеленая область), так и больше (ярко-зеленая), но все же не должна превышать еще один предел, Mmax. Наконец, нейтронная звезда с переменной скоростью вращения теоретически может иметь произвольную массу (красные области разной яркости). Впрочем, всегда следует помнить, что плотность вращающихся звезд не может быть больше определенной величины, иначе звезда все равно коллапсирует в черную дыру (вертикальная линия на диаграмме отделяет стабильные решения от нестабильных).
Диаграмма различных типов нейтронных звезд в зависимости от их массы и плотности. Крестом отмечены параметры объекта, образовавшегося после слияния звезд двойной системы, пунктирными линиями — один из двух вариантов эволюции объекта
L. Rezzolla et al. / The Astrophysocal Journal
Из предыдущих работ астрофизиков следует, что после слияния нейтронных звезд образовалась гипермассивная нейтронная звезда (то есть ее масса M > Mmax), которая в дальнейшем развивалась по одному из двух возможных сценариев и через небольшой промежуток времени превратилась в черную дыру (пунктирные линии на диаграмме). Наблюдение за электромагнитной компонентой излучения звезды указывает на первый сценарий, в котором барионная масса звезды остается практически постоянной, а гравитационная масса относительно медленно уменьшается за счет излучения гравитационных волн. С другой стороны, гамма-всплеск от системы пришел практически одновременно с гравитационными волнами (всего на 1,7 секунды позже), а значит, точка превращения в черную дыру должна лежать близко к Mmax.
Поэтому если проследить эволюцию гипермассивной нейтронной звезды обратно до начального состояния, параметры которого были с хорошей точностью рассчитаны в предыдущих работах, можно найти значение интересующей нас Mmax. Зная Mmax, несложно уже найти MTOV, поскольку эти две массы связаны соотношением Mmax ≈ 1,2 MTOV. В этой статье астрофизики выполнили такие вычисления, используя так называемые «универсальные соотношения», которые связывают параметры нейтронных звезд различной массы и не зависят от вида уравнения состояния их вещества. Авторы подчеркивают, что их вычисления используют только простые предположения и не опираются на численное моделирование. Конечный результат для максимально возможной массы составил от 2,01 до 2,16 масс Солнца. Нижняя граница для нее была получена раньше в результате наблюдений за массивными пульсарами в двойных системах — проще говоря, максимальная масса не может быть меньше 2,01 масс Солнца, поскольку астрономы в действительности наблюдали нейтронные звезды с такой большой массой.
Ранее мы писали о том, как астрофизики с помощью компьютерных симуляций получили ограничения на массу и радиус нейтронных звезд, слияние которых привело к событиям GW170817 и GRB 170817A.
Источник
Что такое нейтронные звезды и как они образуются
На самом деле, нейтронные звезды это небесные тела, которые являются одним из вероятных конечных этапов эволюции светил. Ведь, как известно, у каждого свой жизненный путь и своя, скажем так, смерть.
Нейтроны — это тяжёлые элементарные частицы, не имеющие электрического заряда. Они, наряду с протонами, являются главными элементами ядра.
Как образуется нейтронная звезда
По данным учёных, любой представитель главной последовательности, при условии массы больше Солнца в 8 раз, может эволюционировать в нейтронное светило.Считается, что образование нейтронной звезды это результат вспышки сверхновой . То есть то, что остаётся от тела после взрыва. Другими словами, это конечный продукт вспышки или звёздный остаток.
Между прочим, если такой остаток больше солнечного в три раза, то его эволюция продолжается. В результате коллапса формируется чёрная дыра.
Получается, что само ядро остается, но его свойства (масса, плотность, температура и т.д.) меняются.Когда происходит взрыв нейтронной звезды, внешняя оболочка резко проваливается на ядро. В это время возникает волновой скачок, то есть ударная волна. Которая, к слову, разносит вокруг частицы вещества из внешних слоёв.
Кроме того, часть вещества из разрушившихся слоёв попадает в центр. Благодаря чему внутренняя часть имеет высокую плотность и температуру. Надеюсь, теперь понятно, почему маленькая нейтронная звезда невероятно мала и тяжела.
Стоит отметить, что свою энергию после взрыва светило начинает переносить не равномерно, а потоками. Что, собственно, и вызывает его нестабильность.
Как устроены нейтронные звезды
Помимо этого в структуре рассматриваемых светил выделяют несколько частей.В отличие от других тел они, главным образом, состоят из нейтронного центра (сердцевины). Отсюда, кстати, и появилось название типа.
А сверху их покрывает кора, образуемая тяжёлыми атомными ядрами, нейтронами и электронами.
Строение
Внутреннее ядро наблюдается только у массивных светил. Оно отличается высокой плотностью. А радиус, по меньшей мере, составляет несколько километров. К сожалению, точный состав внутреннего вещества ещё не известен. Но определённо в нём присутствую нейтроны, барионы и кварки. Конечно, дальнейшее изучение и исследования продолжаются. И мы когда-нибудь узнаем все тайны нейтронных звезд. Атмосфера — тоненький (не более 100 см) слой ионизированного газа, то есть плазмы. Здесь сосредоточено тепловое излучение тела.
Внешняя кора содержит ядра и электроны, по толщине может быть несколько сотен метров. Притом в ней газ представлен в разных составах. Например, самые верхние покровы состоят из невырожденного газа, а в середине он уже вырожденный. Чем глубже, тем его состояние меняется на релятивистское и ультрарелятивистское вырождение.
Внутренняя кора включает в себя электроны, свободные нейтроны и ядра атомов с множеством нейтронов. Причем количество нейтронных частиц увеличивается с глубиной. Данный слой имеет протяжённость до нескольких километров.
Внешнее ядро выделяют у объектов малой массы. Поскольку может занимать всё пространство до звёздного центра. Вдобавок оно состоит преимущественно из нейтронов. Хотя некоторая доля протонов и электронов все же есть.
Особенности нейтронных звезд
К тому же, к отличительным характеристикам нейтронных звезд относится их вращение вокруг своей оси. Стоит отметить, высокую скорость такого движения. Если говорить точнее, она составляет несколько сотен оборотов в секунду.Как оказалось, нейтронная звезда невероятно мала и тяжела. Правда, она имеет плотность намного больше атомного ядра. Но из-за давления вещества, находящегося внутри ядра, дальнейшее гравитационное сжатие не продолжается.
Собственно говоря, вес и масса нейтронной звезды приблизительно равна солнечной. При этом её размер, точнее радиус, не более 20 км.
А вот столкновение внешних и внутренних слоёв нейтронных звезд может привести к разрушению атомов падающего вещества. При этом эти атомы превращаются в нейтроны.Также важной чертой является сильное магнитное поле. Его мощь, в значительной мере, определяет остальные свойства и происходящие процессы.
Что интересно, сила гравитации звёздных тел после вспышки сильно увеличивается. Поэтому им свойственны огромная скорость падения вещества и сжатие сердцевины. Другими словами, это объясняет резкий характер происходящих процессов.
Классификация
В основном на их развитие влияют скорость вращения вокруг своей оси и магнитное поле. Так как собственное вращение со временем тормозится, а магнитное поле слабеет, то другие свойства и процессы также меняются.Разумеется, нейтронные звезды, как и любые другие объекты, делятся на виды. Хотя учёные установили, что они могут за свою жизнь изменяться.
Нейтронные звезды, их типы и примеры
Радиопульсары или, по-другому, эжекторы обладают высокой вращательной скоростью и сильными магнитными полями. Они, так сказать, выталкивают заряженные релятивистские частицы, излучаемые в радиодиапазоне. Кстати, первым из данного вида звёздных тел открыли радиопульсар PSR B1919+21 .
Источник
Что Произойдет, Если Наше Солнце Станет Нейтронной Звездой?
Звезды, масса которых, в несколько раз превышает массу нашего Солнца, выгорают за значительно небольшой промежуток времени – несколько миллионов лет, завершая свой жизненный цикл огромным взрывом, именуемым как взрыв сверхновой звезды.
Взрыв сопровождает необычайно яркая вспышка и в пространство выбрасывается колоссальное количество энергии, огромное количество плазмы, нейтрино и других элементов. Все это движется с огромной скоростью, уносясь все дальше и дальше от того, что когда-то было звездой, но что-то все-таки осталось позади этого уносящегося потока.
✔ Так что это за остаток, оставшийся после взрыва звезды?
✔ Что могло произойти, если бы этим объектом, оставшимся после взрыва, было наше Солнце?
Нейтронная звезда – один из самых необычных объектов в нашей Вселенной. Размеры звезды довольно странные и скромные по космическим меркам — радиус составляет порядка 10-20 км. Получается, что размеры этой звезды не превышают размеров небольшого города.
Но не только своими размерами примечательна нейтронная звезда, особый интерес представляет плотность этой маленькой звезды. На один кубический сантиметр этой крохотной звезды может приходиться до 400 миллионов тонн веса.
Давайте разбираться. Наука говорит, что наше Солнце никогда не сможет стать нейтронной звездой. По какой причине это не сможет произойти?
Дело в том, что нейтронные звезды появляются от звезды, масса которой до взрыва сверхновой лежала в интервале от 10-40 солнечных масс. Эволюция нашего Солнца предопределена, сперва наступит стадия красного гиганта, затем стадия белого карлика, который будет напоминать нейтронную звезду, только размеры будут намного больше, а плотность звезды будет меньше.
Если вдруг наше Солнце станет нейтронной звездой, то это будет представлять большую опасность для всех планет Солнечной системы.
Все дело в гравитации. Оказываемое гравитационное влияние нейтронной звезды в два миллиарда раз больше гравитации Земли. В результате мощнейшей гравитационной силы нейтронной звезды все планеты Солнечной системы будут притянуты к звезде и уничтожены.
Еще одна интересная особенность у нейтронных звезд — это вращение. Скорость вращения нейтронных звезд может достигать сотен оборотов в секунду, это невероятно быстро, ведь наше Солнце совершает один оборот каждые 27 дней. Занимательно, но звезда может совершать вращение в пространстве со скоростью, которая равна 1/5 скорости света. Спустя несколько тысяч лет большинство нейтронных звезд замедляют свое вращение и угасают. Однако, это не всегда так.
Бывают случаи встреч нейтронных звезд с другими звездами. В этом случае, нейтронная звезда начинает свое вращение около полноценной звезды и начинает откармливать на убой свою атмосферу. В конечном итоге нейтронная звезда захватывает достаточное количество вещества, достигает предельной массы и коллапсирует в черную дыру.
В 1967 году астрофизиками была обнаружена нейтронная звезда, которая была похожа на мерцающую звезду, следующую определенному ритму. Эту разновидность нейтронных звезд классифицировали как пульсар.
Однако будем рассчитывать на то, что нейтронная звезда никак не Магнетар. Магнетар является очень редким и наиболее мощным видом нейтронной звезды. Хотя магнитное поле нейтронной звезды способно быть очень мощным, но магнитное поле магнетара просто впечатляет, оно в 1000 раз сильнее.
Оболочка данной звезды находится под колоссальным напряжением. Особенность магнетаров заключается в том, что они могут испытывать звездотрясения. Звездотрясения происходят при появлении трещин на оболочке звезды. При звездострясении выбрасывается невероятное количество энергии. Одно из таких звездотрясений создало столько энергии, сколько создает наше Солнце за 100 000 лет.
Безусловно, это может звучать очень круто, но по-настоящему, это очень пугает.
Если оболочка звезды треснет, то мощный выброс энергии заставит магнитное поле среагировать, создав тем самым массивную звездную бурю, которая будет странствовать по всей галактике.
И это будет не просто звездная буря. А нечто более сильное, что в триллионы раз сильнее, нежели то, что может выработать наше Солнце.
Возможно Вас заинтересует:
Спасибо за чтение!
Понравилась статья? Поставьте палец вверх и подпишитесь на канал чтобы поддержать его.
Источник