Czarna dziura to gwiazda neutronowa, a dokładniej czarna dziura to jedna z odmian gwiazd neutronowych.

Czarna dziura, podobnie jak gwiazda neutronowa, składa się z neutronów. Co więcej, nie jest to gaz neutronowy, w którym neutrony znajdują się w stanie wolnym, ale bardzo gęsta substancja o gęstości jądra atomowego.

Czarne dziury i gwiazdy neutronowe powstają w wyniku zapadania się grawitacyjnego, gdy ciśnienie gazu w gwieździe nie jest w stanie zrównoważyć kompresji grawitacyjnej. W tym samym czasie gwiazda kurczy się do bardzo mały rozmiar i bardzo duża gęstość, w wyniku czego elektrony zostają wciśnięte w protony i powstają neutrony.

Należy pamiętać, że średni czas życia wolny neutron około 15 minut (okres półtrwania około 10 minut). Dlatego neutrony w gwiazdy neutronowe a w czarnych dziurach może być tylko stan związany jak w jądrach atomowych. Dlatego gwiazda neutronowa i czarna dziura są jak jądro atomowe o makroskopowych rozmiarach, w którym nie ma protonów.

Brak protonów to jedna z różnic między czarną dziurą a gwiazda neutronowa z jądra atomowego. Druga różnica wynika z faktu, że w zwykłych jądrach atomowych neutrony i protony „sklejają się” ze sobą za pomocą sił jądrowych (tzw. oddziaływanie „silne”). W gwiazdach neutronowych neutrony są „sklejane” pod wpływem grawitacji.

Faktem jest, że siły jądrowe również potrzebują protonów, aby „skleić” neutrony. Nie ma jąder składających się wyłącznie z neutronów. Musi być co najmniej jeden proton. A w przypadku grawitacji nie są potrzebne protony, aby „skleić” neutrony.

Inną różnicą między grawitacją a siłami jądrowymi jest to, że grawitacja jest interakcją dalekiego zasięgu, a siły jądrowe są interakcją krótkiego zasięgu. Dlatego jądra atomowe nie może mieć rozmiarów makroskopowych. Począwszy od uranu, wszystkie pierwiastki układ okresowy Mendelejew ma niestabilne jądra, które rozpadają się, ponieważ dodatnio naładowane protony odpychają się i rozbijają duże jądra.

Gwiazdy neutronowe i czarne dziury nie mają tego problemu, ponieważ po pierwsze siły grawitacyjne dalekiego zasięgu, a po drugie, w gwiazdach neutronowych i czarnych dziurach nie ma dodatnio naładowanych protonów.

Gwiazda neutronowa i czarna dziura pod wpływem sił grawitacyjnych mają kształt kuli, a raczej elipsoidy obrotu, ponieważ wszystkie gwiazdy neutronowe (i czarne dziury) obracają się wokół własnej osi. I dość szybko, z okresami rotacji trwającymi kilka sekund lub mniej.

Faktem jest, że gwiazdy neutronowe i czarne dziury powstają ze zwykłych gwiazd w wyniku ich silnej kompresji pod wpływem grawitacji. Dlatego zgodnie z prawem zachowania momentu obrotowego muszą się one obracać bardzo szybko.

Czy powierzchnie czarnych dziur i gwiazd neutronowych są stałe? Nie w tym sensie solidny, Jak stan skupienia substancji, ale w sensie czystej powierzchni kuli, bez atmosfery neutronowej. Najwyraźniej tak, czarne dziury i gwiazdy neutronowe mają stałą powierzchnię. Atmosfera neutronowa i ciecz neutronowa są neutronami w stanie wolnym, co oznacza, że ​​muszą ulec rozpadowi.

Nie oznacza to jednak, że jeśli na przykład upuścimy jakiś „produkt” złożony z neutronów o gęstości jądra atomowego na powierzchnię czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej, to pozostanie on na powierzchni gwiazdy. Taki hipotetyczny „produkt” zostanie natychmiast „zassany” do wnętrza gwiazdy neutronowej i czarnej dziury.

Różnica między czarnymi dziurami a gwiazdami neutronowymi

Grawitacja czarnej dziury jest taka, że ​​prędkość ucieczki na jej powierzchni przekracza prędkość światła. Dlatego światło z powierzchni czarnej dziury nie może wiecznie przedostawać się do niej otwarta przestrzeń. Siły grawitacyjne zaginają wiązkę światła z powrotem.

Jeśli na powierzchni czarnej dziury znajduje się źródło światła, wówczas fotony tego światła najpierw wzlatują w górę, a następnie zawracają i opadają z powrotem na powierzchnię czarnej dziury. Albo te fotony zaczynają obracać się wokół czarnej dziury po orbicie eliptycznej. Ta ostatnia ma miejsce w przypadku czarnej dziury, na powierzchni której pierwsza prędkość ucieczki jest mniejsza niż prędkość światła. W tym przypadku foton może uciec z powierzchni czarnej dziury, ale staje się jej stałym towarzyszem.

A na powierzchni wszystkich innych gwiazd neutronowych, które nie są czarnymi dziurami, druga prędkość ucieczki jest mniejsza niż prędkość światła. Dlatego jeśli na powierzchni jest taki dziura neutronowa istnieje źródło światła, wówczas fotony z tego źródła światła opuszczają powierzchnię takiej gwiazdy neutronowej po orbitach hiperbolicznych.

Oczywiste jest, że wszystkie te rozważania dotyczą nie tylko światła widzialnego, ale także każdego promieniowania elektromagnetycznego. Oznacza to, że nie tylko nie może opuścić czarnej dziury widzialne światło ale także fale radiowe, promienie podczerwone, ultrafioletowe, rentgenowskie i gamma. Maksymalnie, co mogą zrobić fotony tego promieniowania i fal, to zacząć obracać się wokół czarnej dziury, jeśli dla danej czarnej dziury prędkość światła jest większa niż pierwsza prędkość ucieczki na powierzchni gwiazdy.

Dlatego takie gwiazdy neutronowe nazywane są „czarnymi dziurami”. Nic nie wylatuje z czarnej dziury, ale wszystko może do niej wlecieć. (Parowanie czarnych dziur w wyniku tunelowanie kwantowe Nie będziemy tego tutaj rozważać.)

Oznacza to, że jasne jest, że tak naprawdę nie ma tam dziury w przestrzeni. Tak jak nie ma dziury w kosmosie w miejscu zwykłej gwiazdy neutronowej ani w miejscu zwykłej gwiazdy.

Dziury w kosmosie istnieją tylko w książkach autorów science fiction, w publikacjach popularnonaukowych i programach telewizyjnych. Publikacje i programy telewizyjne muszą finansować koszty rozpowszechniania i oglądalności. Muszą więc emocjonalnie zadziwiać swoich czytelników i widzów telewizyjnych faktami, których na obecnym poziomie rozwoju nauki i technologii nie da się zweryfikować, a które mogą pojawić się w niektórych modelach matematycznych. (Świeckie społeczeństwo zwykle nie jest tego świadome modele matematyczne w fizyce zawsze drugorzędne jest to, że fizyka jest nauką eksperymentalną i że modele matematyczne obiektów fizycznych mają tendencję do zmieniania się w przyszłości w miarę udostępniania nowych danych eksperymentalnych).

Gdybyśmy mogli stanąć na powierzchni czarnej dziury, wtedy patrząc w górę, zamiast gwiaździstego nieba, zobaczylibyśmy półprzezroczyste lustro. Oznacza to, że widzielibyśmy tam zarówno otaczającą przestrzeń (ponieważ czarna dziura odbiera całe wysłane do niej promieniowanie), jak i światło, które do nas powraca, nie będąc w stanie pokonać grawitacji. Ten powrót światła ma efekt lustrzany.

Dokładnie to samo półprzezroczyste „lustro” na powierzchni czarnej dziury występuje dla innych rodzajów promieniowania elektromagnetycznego (fale radiowe, promieniowanie rentgenowskie, ultrafiolet itp.)

Co się stało czarna dziura? Dlaczego nazywa się to czarnym? Co dzieje się w gwiazdach? Jak powiązane są gwiazda neutronowa i czarna dziura? Czy Wielki Zderzacz Hadronów jest w stanie tworzyć czarne dziury i co to dla nas oznacza?

Co się stało gwiazda??? Jeśli jeszcze nie wiesz, nasze Słońce jest także gwiazdą. To jest przedmiot duże rozmiary zdolne do emitowania promieniowania w procesie syntezy termojądrowej fale elektromagnetyczne(nie jest to najdokładniejsza definicja). Jeśli nie jest to jasne, możemy powiedzieć tak: gwiazda jest duży obiekt kulisty kształt, wewnątrz którego za pomocą reakcje jądrowe Generowana jest bardzo, bardzo, bardzo duża ilość energii, której część jest wykorzystywana do emisji światła widzialnego. Oprócz zwykłego światła emitowane jest również ciepło ( promieniowanie podczerwone) oraz fale radiowe i ultrafioletowe itp.

Reakcje jądrowe zachodzą w każdej gwieździe w taki sam sposób, jak w elektrownie jądrowe, z tylko dwiema głównymi różnicami.

1. Reakcje syntezy jądrowej zachodzą w gwiazdach, czyli kombinacji jąder, oraz w elektrowniach jądrowych – rozpad jądrowy. W pierwszym przypadku uwalnia się 3 razy więcej energii, co kosztuje tysiące razy mniej, ponieważ potrzebny jest tylko wodór, a jest on stosunkowo niedrogi. Również w pierwszym przypadku nie ma szkodliwych odpadów: uwalniany jest jedynie nieszkodliwy hel. Teraz oczywiście zastanawiacie się, dlaczego takich reakcji nie stosuje się w elektrowniach jądrowych? Ponieważ jest to NIEKONTROLOWANE i łatwo do tego prowadzi wybuch jądrowy, a reakcja ta wymaga temperatury kilku milionów stopni. Dla mężczyzny fuzja nuklearna jest najważniejszym i najtrudniejszym zadaniem (nikt jeszcze nie wymyślił sposobu kontrolowania syntezy termojądrowej), biorąc pod uwagę, że nasze źródła energii się wyczerpują.

2. W gwiazdach w reakcjach bierze udział więcej materii niż w elektrowniach jądrowych i naturalnie wytwarza się tam więcej energii.

Teraz o ewolucji gwiazd. Każda gwiazda rodzi się, rośnie, starzeje się i umiera (gaśnie). W oparciu o styl ewolucyjny gwiazdy dzieli się na trzy kategorie w zależności od ich masy.

Pierwsza kategoria – gwiazdy o masie mniejszej niż 1,4 * masa Słońca. W takich gwiazdach całe „paliwo” powoli zamienia się w metal, ponieważ w wyniku fuzji (połączenia) jąder pojawia się coraz więcej pierwiastków „wielojądrowych” (ciężkich), a są to metale. To prawda, że ​​​​ostatni etap ewolucji takich gwiazd nie został zarejestrowany (trudno wykryć metalowe kulki), to tylko teoria.

Druga kategoria – gwiazdy o masie przekraczającej masę gwiazd pierwszej kategorii, ale mniejszą niż trzy masy Słońca. Takie gwiazdy tracą równowagę w wyniku ewolucji siły wewnętrzne przyciąganie i odpychanie. W rezultacie ich zewnętrzna powłoka zostaje wyrzucona w przestrzeń, a wewnętrzna powłoka (z prawa zachowania pędu) zaczyna „wściekle” się kurczyć. Powstaje gwiazda neutronowa. Składa się prawie wyłącznie z neutronów, czyli cząstek, których nie ma ładunek elektryczny. Najbardziej niezwykła rzecz w gwieździe neutronowej – to jest jej gęstość, bo żeby gwiazda stała się neutronem, trzeba ją skompresować w kulę o średnicy zaledwie około 300 km, a to jest bardzo mała. Zatem jego gęstość jest bardzo duża – około kilkudziesięciu bilionów kg w jednym metr sześcienny, czyli miliardy razy większa niż gęstość najgęstszych substancji na Ziemi. Skąd wzięła się ta gęstość? Faktem jest, że wszystkie substancje na Ziemi składają się z atomów, które z kolei składają się z jąder. Każdy atom można sobie wyobrazić jako dużą pustą kulę (absolutnie pustą), w środku której znajduje się małe jądro. Jądro zawiera całą masę atomu (oprócz jądra atom zawiera tylko elektrony, ale ich masa jest bardzo mała). Średnica jądra jest 1000 razy mniejsza od atomu. Oznacza to, że objętość jądra jest 1000*1000*1000 = 1 miliard razy mniejsza od atomu. A zatem gęstość rdzenia jest miliardy razy większa większa gęstość atom. Co dzieje się w gwieździe neutronowej? Atomy przestają istnieć jako forma materii, a ich miejsce zajmują jądra. Dlatego gęstość takich gwiazd jest miliardy razy większa niż gęstość substancji ziemskich.

Wszyscy wiemy, że ciężkie obiekty (planety, gwiazdy) silnie przyciągają wszystko wokół siebie. W ten sposób odkrywane są gwiazdy neutronowe. Bardzo zniekształcają orbity innych widoczne gwiazdy, znajdujący się w pobliżu.

Trzecia kategoria gwiazd – gwiazdy o masie większej niż trzykrotna masa Słońca. Takie gwiazdy, stając się neutronami, kompresują się dalej i zamieniają w czarne dziury. Ich gęstość jest dziesiątki tysięcy razy większa niż gęstość gwiazd neutronowych. Mając tak ogromną gęstość, czarna dziura zyskuje taką możliwość silna grawitacja(zdolność przyciągania otaczających ciał). Przy takiej grawitacji gwiazda nie pozwala, aby nawet fale elektromagnetyczne, a co za tym idzie, światło opuściły swoje granice. Oznacza to, że czarna dziura nie emituje światła. Brak jakiegokolwiek światła – To jest ciemność, dlatego czarną dziurę nazywa się czarną. Jest zawsze czarny i nie można go zobaczyć za pomocą żadnego teleskopu. Wszyscy wiedzą, że dzięki swojej grawitacji czarne dziury są w stanie wessać w siebie wszystkie otaczające je ciała. duża objętość. Dlatego ludzie ostrożnie podchodzą do uruchomienia Wielkiego Zderzacza Hadronów, w wyniku którego, zdaniem naukowców, możliwe jest pojawienie się czarnych mikrodziur. Jednakże te mikrodziury bardzo różnią się od zwykłych: są niestabilne, ponieważ ich żywotność jest bardzo krótka i nie zostały udowodnione w praktyce. Co więcej, naukowcy twierdzą, że mikrodziury te mają zupełnie inny charakter w porównaniu do zwykłych czarnych dziur i nie są w stanie absorbować materii.

stronie internetowej, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do źródła.

„Pozostałości eksplodowanego jądra znane są jako gwiazda neutronowa. Gwiazdy neutronowe wirują bardzo szybko, emitując światło i fale radiowe, które przechodząc obok Ziemi sprawiają wrażenie światła kosmicznej latarni.

Wahania jasności tych fal skłoniły astronomów do nazwania takich gwiazd pulsarami. Najszybsze pulsary obracają się z prędkością prawie 1000 obrotów na sekundę. (1)

„Do tej pory otwarto ponad dwieście. Rejestrując promieniowanie pulsarów na różnych, ale podobnych częstotliwościach, możliwe było określenie odległości do nich od opóźnienia sygnału na większej długości fali (przy założeniu określonej gęstości plazmy w ośrodku międzygwiazdowym). Okazało się, że wszystkie pulsary znajdują się w odległościach od 100 do 25 000 lat świetlnych, czyli należą do naszej Galaktyki, grupując się w pobliżu płaszczyzny droga Mleczna(ryc. 7)”. (2)

Czarne dziury

„Jeśli gwiazda ma masę dwukrotnie większą od Słońca, to pod koniec swojego życia gwiazda może eksplodować jako supernowa, ale jeśli masa materii pozostałej po eksplozji nadal przekracza dwukrotnie masę Słońca, wówczas gwiazda powinna zapaść się w gęste maleńkie ciało, ponieważ siły grawitacyjne całkowicie tłumią wszelki opór ściskania. Naukowcy uważają, że właśnie w tym momencie katastrofalne załamanie grawitacyjne prowadzi do powstania czarnej dziury. Uważają, że wraz z zakończeniem reakcji termojądrowych gwiazda nie może już dłużej istnieć stan stabilny. Potem dla masywna gwiazda pozostaje jedna nieunikniona ścieżka: ścieżka ogólnej i całkowitej kompresji (zapadnięcia), zamieniając ją w niewidzialną czarną dziurę.

W 1939 roku R. Oppenheimer i jego student Snyder na Uniwersytecie Kalifornijskim (Berkeley) zajęli się wyjaśnieniem ostatecznego losu dużej masy zimnej materii. Jedna z najbardziej imponujących konsekwencji ogólna teoria Teoria względności Einsteina okazała się następująca: kiedy duża masa zaczyna się zapadać, procesu tego nie da się zatrzymać i masa zapada się w czarną dziurę. Jeśli na przykład nierotująca gwiazda symetryczna zacznie się kurczyć do rozmiaru krytycznego znanego jako promień grawitacyjny lub promień Schwarzschilda (nazwany na cześć Karla Schwarzschilda, który jako pierwszy wskazał na jej istnienie). Jeśli gwiazda osiągnie ten promień, nic nie będzie w stanie przeszkodzić jej w całkowitym zapadnięciu się, to znaczy dosłownie zamknięciu się w sobie.

Czym są właściwości fizyczne„czarne dziury” i w jaki sposób naukowcy spodziewają się wykryć te obiekty? Wielu naukowców zastanawiało się nad tymi pytaniami; Otrzymano kilka odpowiedzi, które mogą pomóc w poszukiwaniu takich obiektów.

Już sama nazwa – czarne dziury – sugeruje, że jest to klasa obiektów, których nie można zobaczyć. Ich pole grawitacyjne jest tak silne, że w jakiś sposób udałoby się do nich zbliżyć czarna dziura i skierować wiązkę najpotężniejszego reflektora daleko od jego powierzchni, wówczas nie byłoby możliwe dostrzeżenie tego reflektora nawet z odległości nieprzekraczającej odległości Ziemi od Słońca. Rzeczywiście, nawet gdybyśmy mogli skoncentrować całe światło Słońca w tym potężnym świetle reflektora, nie zobaczylibyśmy go, ponieważ światło nie byłoby w stanie pokonać jego wpływu pole grawitacyjne czarną dziurę i opuścić jej powierzchnię. Dlatego taką powierzchnię nazywa się absolutnym horyzontem zdarzeń. Reprezentuje granicę czarnej dziury.

Naukowcy zauważają, że te niezwykłe obiekty nie są łatwe do zrozumienia, pozostając w ramach prawa grawitacji Newtona. W pobliżu powierzchni czarnej dziury grawitacja jest tak silna, jak zwykle Prawa Newtona przestań tu pracować. Należy je zastąpić prawami ogólnej teorii względności Einsteina. Zgodnie z jedną z trzech konsekwencji teorii Einsteina, gdy światło opuszcza masywne ciało, powinno doświadczyć przesunięcia ku czerwieni, ponieważ traci energię, aby pokonać pole grawitacyjne gwiazdy. Promieniowanie pochodzące od gęstej gwiazdy, takiej jak biały satelita karłowaty Syriusza A, jest tylko nieznacznie przesunięte ku czerwieni. Im gęstsza gwiazda, tym większe jest to przemieszczenie, tak że z supergęstej gwiazdy w ogóle nie będzie pochodzić żadne promieniowanie. widoczny obszar widmo Ale jeśli efekt grawitacyjny gwiazdy wzrośnie w wyniku jej kompresji, wówczas siły grawitacyjne są tak silne, że światło w ogóle nie może opuścić gwiazdy. Zatem dla każdego obserwatora możliwość zobaczenia czarnej dziury jest całkowicie wykluczona! Ale wtedy naturalnie pojawia się pytanie: jeśli nie jest to widoczne, to jak możemy to wykryć? Aby odpowiedzieć na to pytanie, naukowcy uciekają się do sprytnych sztuczek. Ruffini i Wheeler dokładnie przestudiowali ten problem i zaproponowali kilka sposobów, jeśli nie zobaczenia, ale przynajmniej wykrycia czarnej dziury. Zacznijmy od tego, że kiedy czarna dziura rodzi się w procesie zapadania się grawitacyjnego, powinna emitować fale grawitacyjne, które mogłyby przemierzać przestrzeń z prędkością światła i Krótki czas zniekształcają geometrię przestrzeni w pobliżu Ziemi. To zniekształcenie będzie wyglądać jak fale grawitacyjne, działając jednocześnie na identyczne instrumenty zainstalowane na powierzchni ziemi w znacznych odległościach od siebie. Promieniowanie grawitacyjne może pochodzić od gwiazd ulegających zapadnięciu grawitacyjnemu. Jeśli podczas normalnego życia gwiazda się obracała, to kurcząc się i stając się coraz mniejsza, będzie się obracać coraz szybciej, zachowując swój moment pędu. Wreszcie może osiągnąć etap, w którym prędkość ruchu na jego równiku zbliża się do prędkości światła, czyli do maksimum możliwa prędkość. W takim przypadku gwiazda byłaby silnie zdeformowana i mogłaby wyrzucić część materii. Przy takim odkształceniu energia mogłaby uciec z gwiazdy w postaci fal grawitacyjnych o częstotliwości około tysiąca drgań na sekundę (1000 Hz).

Roger Penrose, profesor matematyki w Birkbeck College Uniwersytet Londyński, zbadał ciekawy przypadek zapadnięcia się i powstania czarnej dziury. Przyznaje, że czarna dziura znika, a potem pojawia się innym razem w jakimś innym wszechświecie. Ponadto argumentuje, że narodziny czarnej dziury podczas zapadnięcia grawitacyjnego są ważną wskazówką, że z geometrią czasoprzestrzeni dzieje się coś niezwykłego. Badania Penrose'a pokazują, że załamanie kończy się utworzeniem osobliwości (od łacińskiego singularius – oddzielny, pojedynczy), czyli powinno trwać do zerowych wymiarów i nieskończonej gęstości obiektu. Ostatni warunek umożliwia innemu wszechświatowi zbliżenie się do naszej osobliwości i możliwe jest, że osobliwość zamieni się w tę nowy wszechświat. Może nawet pojawić się w innym miejscu naszego Wszechświata.

Niektórzy naukowcy postrzegają powstawanie czarnej dziury jako mały model tego, co zgodnie z ogólną teorią względności ostatecznie wydarzy się we wszechświecie. Powszechnie przyjmuje się, że jest to możliwe w stale rozszerzającym się Wszechświecie, a jedno z najważniejszych i najbardziej palących pytań nauki dotyczy natury Wszechświata, jego przeszłości i przyszłości. Bez wątpienia wszystko nowoczesne rezultaty obserwacje wskazują na ekspansję Wszechświata. Jednakże dzisiaj jedno z najtrudniejszych pytań brzmi: czy tempo tej ekspansji ulegnie spowolnieniu, a jeśli tak, to czy Wszechświat skurczy się w ciągu dziesiątek miliardów lat, tworząc osobliwość. Najwyraźniej pewnego dnia będziemy w stanie dowiedzieć się, jaką ścieżką podąża Wszechświat, ale być może znacznie wcześniej, badając informacje wyciekające podczas narodzin czarnych dziur, a te prawa fizyczne, które kontrolują ich losy, będziemy w stanie przewidzieć ostateczne losy Wszechświata (ryc. 8).” (1)

W kosmosie dzieje się wiele niesamowitych rzeczy, w wyniku których pojawiają się nowe gwiazdy, znikają stare i powstają czarne dziury. Jeden ze wspaniałych i tajemnicze zjawiska następuje zapadnięcie grawitacyjne, które kończy ewolucję gwiazd.

Ewolucja gwiazd to cykl zmian, jakim przechodzi gwiazda w ciągu swojego życia (miliony lub miliardy lat). Kiedy wodór w nim się wyczerpie i zamieni się w hel, powstaje rdzeń helowy, który sam zaczyna zamieniać się w czerwonego olbrzyma - gwiazdę późnych klas widmowych o dużej jasności. Ich masa może być 70 razy większa od masy Słońca. Bardzo jasne nadolbrzymy nazywane są hiperolbrzymami. Oprócz dużej jasności charakteryzują się krótką żywotnością.

Istota upadku

To zjawisko jest brane pod uwagę punkt końcowy ewolucja gwiazd, których masa przekracza trzy masy Słońca (ciężar Słońca). Wielkość ta wykorzystywana jest w astronomii i fizyce do określania masy innych ciał kosmicznych. Zapadnięcie się ma miejsce, gdy siły grawitacyjne powodują zapadnięcie się ogromnych ciał kosmicznych duża masa kurczyć się bardzo szybko.

Gwiazdy ważące więcej niż trzy masy Słońca zawierają wystarczającą ilość materiału do długotrwałych reakcji termojądrowych. Kiedy substancja się skończy, zatrzymuje się i reakcja termojądrowa, a gwiazdy przestają być stabilne mechanicznie. Prowadzi to do tego, że zaczynają się one ściskać w kierunku środka z prędkością ponaddźwiękową.

Gwiazdy neutronowe

Kiedy gwiazdy się kurczą, wytwarza się ciśnienie wewnętrzne. Jeśli rośnie z siłą wystarczającą do zatrzymania kompresji grawitacyjnej, pojawia się gwiazda neutronowa.

Ten ciało kosmiczne ma prostą konstrukcję. Gwiazda składa się z jądra pokrytego skorupą, która z kolei składa się z elektronów i jąder atomowych. Ma grubość około 1 km i jest stosunkowo cienki w porównaniu do innych ciał znajdowanych w kosmosie.

Masa gwiazd neutronowych jest równa masie Słońca. Różnica między nimi polega na tym, że ich promień jest niewielki - nie większy niż 20 km. Wewnątrz nich jądra atomowe oddziałują ze sobą, tworząc w ten sposób materię jądrową. To ciśnienie z jej boku zapobiega dalszemu kurczeniu się gwiazdy neutronowej. Gwiazdy tego typu charakteryzują się bardzo dużą prędkością obrotową. Są w stanie wykonać setki obrotów w ciągu jednej sekundy. Proces narodzin rozpoczyna się od eksplozji supernowej, która ma miejsce podczas grawitacyjnego zapadnięcia się gwiazdy.

Supernowe

Wybuch supernowej jest zjawiskiem nagła zmiana jasność gwiazdy. Następnie gwiazda zaczyna powoli i stopniowo blaknąć. Tak kończy się ostatni etap zapadnięcia grawitacyjnego. Całemu kataklizmowi towarzyszy uwolnienie duża ilość energia.

Należy zaznaczyć, że mieszkańcy Ziemi mogą zobaczyć to zjawisko dopiero po fakcie. Światło dociera do naszej planety długo po wybuchu epidemii. Spowodowało to trudności w określeniu natury supernowych.

Chłodzenie gwiazdy neutronowej

Po zakończeniu skurczu grawitacyjnego, w wyniku którego powstała gwiazda neutronowa, jej temperatura jest bardzo wysoka (znacznie wyższa od temperatury Słońca). Gwiazda ochładza się w wyniku chłodzenia neutrin.

W ciągu kilku minut ich temperatura może spaść 100-krotnie. W ciągu następnych stu lat - kolejne 10 razy. Po jego zmniejszeniu proces chłodzenia znacznie spowalnia.

Granica Oppenheimera-Volkoffa

Z jednej strony wskaźnik ten odzwierciedla maksymalną możliwą masę gwiazdy neutronowej, przy której grawitacja jest kompensowana przez gaz neutronowy. Zapobiega to zakończeniu się zapadnięcia grawitacyjnego w czarnej dziurze. Z drugiej strony tak zwana granica Oppenheimera-Volkoffa jest także dolnym progiem masy czarnej dziury powstałej podczas ewolucji gwiazd.

Trudno to określić ze względu na liczne nieścisłości Dokładna wartość ten parametr. Szacuje się jednak, że mieści się w przedziale od 2,5 do 3 mas Słońca. NA ten moment naukowcy twierdzą, że najcięższą gwiazdą neutronową jest J0348+0432. Jego waga przekracza dwie masy Słońca. Najlżejsza czarna dziura waży 5-10 mas Słońca. Astrofizycy twierdzą, że dane te mają charakter eksperymentalny i dotyczą wyłącznie znanych obecnie gwiazd neutronowych oraz czarnych dziur i sugerują możliwość istnienia bardziej masywnych.

Czarne dziury

Czarna dziura to jedno z najbardziej niesamowitych zjawisk występujących w kosmosie. Reprezentuje obszar czasoprzestrzeni, w którym przyciąganie grawitacyjne nie pozwala na wydostanie się z niego żadnych obiektów. Nawet ciała poruszające się z prędkością światła (w tym same kwanty światła) nie są w stanie go opuścić. Przed 1967 rokiem czarne dziury nazywano „zamrożonymi gwiazdami”, „kolapsarami” i „gwiazdami zapadniętymi”.

Czarna dziura ma swoje przeciwieństwo. Nazywa się to białą dziurą. Jak wiadomo, z czarnej dziury nie można się wydostać. Jeśli chodzi o białych, nie można ich przebić.

Oprócz zapadnięcia się grawitacyjnego powstanie czarnej dziury może być spowodowane zapadnięciem się w centrum galaktyki lub w oku protogalaktycznym. Istnieje również teoria, że ​​czarne dziury pojawiły się w wyniku Wielkiego Wybuchu, podobnie jak nasza planeta. Naukowcy nazywają je pierwotnymi.

W naszej Galaktyce znajduje się jedna czarna dziura, która według astrofizyków powstała w wyniku grawitacyjnego zapadania się supermasywnych obiektów. Naukowcy twierdzą, że takie dziury tworzą jądra wielu galaktyk.

Astronomowie ze Stanów Zjednoczonych sugerują, że rozmiary dużych czarnych dziur mogą być znacznie niedoszacowane. Ich założenia opierają się na fakcie, że aby gwiazdy mogły osiągnąć prędkość, z jaką poruszają się przez galaktykę M87, położoną 50 milionów lat świetlnych od naszej planety, masa czarnej dziury w centrum galaktyki M87 musi wynosić co najmniej 6,5 miliarda mas Słońca. W tej chwili powszechnie przyjmuje się, że masa największej czarnej dziury wynosi 3 miliardy mas Słońca, czyli o ponad połowę mniej.

Synteza czarnych dziur

Istnieje teoria, że ​​obiekty te mogą pojawić się w wyniku reakcji jądrowych. Naukowcy dali Nazywa się je kwantowymi czarnymi prezentami. Ich minimalna średnica wynosi 10 -18 m, a najmniejsza masa to 10 -5 g.

Wielki Zderzacz Hadronów został zbudowany w celu syntezy mikroskopijnych czarnych dziur. Zakładano, że za jego pomocą możliwa będzie nie tylko synteza czarnej dziury, ale także jej symulacja Wielki Wybuch, co umożliwiłoby odtworzenie procesu powstawania zbioru obiekty kosmiczne, w tym planeta Ziemia. Jednak eksperyment się nie powiódł, ponieważ nie było wystarczającej ilości energii, aby stworzyć czarne dziury.

Gwiazda neutronowa

Obliczenia pokazują, że podczas wybuchu supernowej o M~25M pozostaje gęsty rdzeń neutronowy (gwiazda neutronowa) o masie ~1,6M. W gwiazdach o masie resztkowej M > 1,4 M, które nie osiągnęły stadium supernowej, ciśnienie zdegenerowanego gazu elektronowego również nie jest w stanie zrównoważyć sił grawitacyjnych i gwiazda zostaje skompresowana do stanu gęstości jądrowej. Mechanizm tego zapadnięcia grawitacyjnego jest taki sam, jak podczas wybuchu supernowej. Ciśnienie i temperatura wewnątrz gwiazdy osiągają takie wartości, przy których elektrony i protony wydają się być „wciskane” w siebie i w wyniku reakcji

po emisji neutrin powstają neutrony, zajmując znacznie mniejszą objętość fazową niż elektrony. Pojawia się tzw. gwiazda neutronowa, której gęstość sięga 10 14 - 10 15 g/cm 3 . Charakterystyczny rozmiar gwiazdy neutronowej wynosi 10 - 15 km. W pewnym sensie gwiazda neutronowa jest gigantycznym jądrem atomowym. Dalej kompresja grawitacyjna zapobiega temu ciśnienie materii jądrowej powstałe w wyniku oddziaływania neutronów. Jest to również ciśnienie degeneracji, jak poprzednio w przypadku białego karła, ale jest to ciśnienie degeneracji znacznie gęstszego gazu neutronowego. Ciśnienie to jest w stanie utrzymać masy do 3,2 M.
Neutrina powstałe w momencie zapadnięcia dość szybko chłodzą gwiazdę neutronową. Według szacunków teoretycznych jego temperatura spada z 10 11 do 10 9 K w czasie ~ 100 s. Ponadto szybkość chłodzenia nieznacznie maleje. Jest to jednak dość wysokie w skali astronomicznej. Spadek temperatury z 10 9 do 10 8 K następuje w ciągu 100 lat i do 10 6 K w ciągu miliona lat. Wykryj gwiazdy neutronowe metody optyczne dość trudne ze względu na małe rozmiary i niską temperaturę.
W 1967 r Uniwersytet Cambridge Huish i Bell odkryli kosmiczne źródła okresowego promieniowania elektromagnetycznego – pulsary. Okresy powtarzania impulsów większości pulsarów mieszczą się w przedziale od 3,3·10 -2 do 4,3 s. Według współczesnych koncepcji pulsary to rotujące gwiazdy neutronowe o masie 1–3 M i średnicy 10–20 km. Tylko zwarte obiekty o właściwościach gwiazd neutronowych mogą zachować swój kształt bez zapadania się przy takich prędkościach obrotowych. Zasada zachowania momentu pędu i pole magnetyczne podczas powstawania gwiazdy neutronowej prowadzi do narodzin szybko rotujących pulsarów z silnym polem magnetycznym B ~ 10 12 G.
Uważa się, że gwiazda neutronowa ma pole magnetyczne, którego oś nie pokrywa się z osią obrotu gwiazdy. W tym przypadku promieniowanie gwiazdy (fale radiowe i światło widzialne) przesuwa się po Ziemi jak promienie latarni morskiej. Kiedy wiązka przecina Ziemię, rejestrowany jest impuls. Promieniowanie samej gwiazdy neutronowej powstaje w wyniku tego, że naładowane cząstki z powierzchni gwiazdy poruszają się na zewnątrz wzdłuż linie energetyczne pole magnetyczne, emitujące fale elektromagnetyczne. Ten mechanizm emisji radiowej pulsara, zaproponowany po raz pierwszy przez Golda, pokazano na ryc. 39.

Jeśli wiązka promieniowania trafi w obserwatora na Ziemi, radioteleskop wykrywa krótkie impulsy emisji radiowej o okresie równym okresowi rotacji gwiazdy neutronowej. Kształt impulsu może być bardzo złożony, o czym decyduje geometria magnetosfery gwiazdy neutronowej i jest charakterystyczny dla każdego pulsara. Okresy rotacji pulsarów są ściśle stałe, a dokładność pomiaru tych okresów sięga 14 cyfr.
Obecnie odkryto pulsary wchodzące w skład układów podwójnych. Jeśli pulsar krąży wokół drugiej składowej, należy zaobserwować zmiany w okresie pulsara ze względu na efekt Dopplera. Gdy pulsar zbliża się do obserwatora, zarejestrowany okres impulsów radiowych maleje na skutek efektu Dopplera, a gdy pulsar oddala się od nas, jego okres wzrasta. Na podstawie tego zjawiska pulsary wchodzące w skład podwójne gwiazdy. Za pierwszy odkryty pulsar PSR 1913+16, część system podwójny, okres orbitalny wynosił 7 godzin 45 minut. Własny okres Czas obrotu pulsara PSR 1913 + 16 wynosi 59 ms.
Promieniowanie pulsara powinno doprowadzić do zmniejszenia prędkości obrotowej gwiazdy neutronowej. Ten efekt również został odkryty. Gwiazda neutronowa będąca częścią układu podwójnego może być również źródłem intensywnego promieniowania rentgenowskiego.
Strukturę gwiazdy neutronowej o masie 1,4 M i promieniu 16 km pokazano na ryc. 40.

I jest cienką zewnętrzną warstwą gęsto upakowanych atomów. W obszarach II i III jądra są ułożone w formie sześciennej siatki skupionej na ciele. Region IV składa się głównie z neutronów. W obszarze V materia może składać się z pionów i hiperonów, tworząc hadronowe jądro gwiazdy neutronowej. Obecnie wyjaśniane są pewne szczegóły budowy gwiazdy neutronowej.
Powstawanie gwiazd neutronowych nie zawsze jest konsekwencją eksplozji supernowej. Inny możliwy mechanizm powstawania gwiazd neutronowych podczas ewolucji białych karłów w układzie podwójnym systemy gwiezdne. Przepływ materii od gwiazdy towarzyszącej do biały karzeł stopniowo zwiększa masę białego karła i po osiągnięciu masa Krytyczna(granica Chandrasekhara) biały karzeł zamienia się w gwiazdę neutronową. W przypadku, gdy przepływ materii będzie kontynuowany po powstaniu gwiazdy neutronowej, jej masa może znacząco wzrosnąć i w wyniku zapadnięcia grawitacyjnego może zamienić się w czarną dziurę. Odpowiada to tak zwanemu „cichemu” upadkowi.
Kompaktowy podwójne gwiazdy mogą również objawiać się jako źródła promieniowania rentgenowskiego. Powstaje również w wyniku akrecji materii spadającej z „normalnej” gwiazdy do bardziej zwartej. Kiedy materia gromadzi się na gwieździe neutronowej o B > 10 10 G, materia opada w obszar biegunów magnetycznych. Promieniowanie rentgenowskie jest modulowany poprzez obrót wokół własnej osi. Takie źródła nazywane są pulsarami rentgenowskimi.
Istnieją źródła promieniowania rentgenowskiego (tzw. rozbłyski), w których wybuchy promieniowania występują okresowo w odstępach od kilku godzin do jednego dnia. Charakterystyczny czas wzrost impulsowy - 1 sek. Czas trwania serii wynosi od 3 do 10 sekund. Intensywność w momencie wybuchu może być o 2–3 rzędy wielkości większa niż jasność przy spokojny stan. Obecnie znanych jest kilkaset takich źródeł. Uważa się, że rozbłyski promieniowania powstają w wyniku termojądrowych eksplozji materii nagromadzonej na powierzchni gwiazdy neutronowej w wyniku akrecji.
Powszechnie wiadomo, że przy małych odległościach między nukleonami (< 0.3·10 -13 см) siły nuklearne przyciągania zastępują siły odpychania, tj. wzrasta opór materii jądrowej na krótkich dystansach wobec siły ściskającej grawitacji. Jeśli gęstość materii w centrum gwiazdy neutronowej przekracza gęstość jądrową ρ trucizny i osiąga 10 15 g/cm 3, to w centrum gwiazdy wraz z nukleonami i elektronami znajdują się mezony, hiperony i inne masywniejsze cząstki również powstał. Obecnie trwają badania zachowania się materii przy gęstościach przekraczających gęstość jądrową etap początkowy i jest ich wiele nierozwiązane problemy. Obliczenia pokazują, że przy gęstościach materii ρ > ρ trucizny możliwe są procesy takie jak pojawienie się kondensatu pionu, przejście zneutronizowanej materii w stały stan krystaliczny oraz powstawanie plazmy hiperonowej i kwarkowo-gluonowej. Możliwe jest powstawanie stanów nadciekłych i nadprzewodzących materii neutronowej.
Zgodnie z nowoczesne pomysły o zachowaniu się materii przy gęstościach 10 2 - 10 3 razy większych od jądrowych (czyli o takich gęstościach mówimy o, gdy mowa o wewnętrznej strukturze gwiazdy neutronowej), jądra atomowe powstają wewnątrz gwiazdy w pobliżu granicy stabilności. Głębsze zrozumienie można osiągnąć poprzez badania stan materii w zależności od gęstości, temperatury, stabilności materii jądrowej przy egzotycznych stosunkach liczby protonów do liczby neutronów w jądrze n p /n n, biorąc pod uwagę słabe procesy z udziałem neutrin. Obecnie praktycznie jedyną możliwością badania materii o gęstościach większych niż jądrowe są reakcje jądrowe pomiędzy ciężkimi jonami. Jednak dane eksperymentalne dotyczące zderzeń ciężkich jonów nadal nie dostarczają wystarczających informacji, ponieważ osiągalne wartości n p / n n zarówno dla jądra docelowego, jak i padającego jądra przyspieszonego są małe (~ 1 - 0,7).
Dokładne pomiary okresy pulsarów radiowych pokazały, że prędkość obrotowa gwiazdy neutronowej stopniowo maleje. Wynika to z przejścia energia kinetyczna obrót gwiazdy na energię promieniowania pulsara i emisji neutrin. Niewielkie nagłe zmiany okresów pulsarów radiowych tłumaczy się nagromadzeniem naprężeń w warstwie powierzchniowej gwiazdy neutronowej, któremu towarzyszą „pęknięcia” i „pęknięcia”, co prowadzi do zmiany prędkości obrotowej gwiazdy. Zaobserwowane charakterystyki czasowe pulsarów radiowych zawierają informacje o właściwościach „skorupy” gwiazdy neutronowej, warunkach fizycznych wewnątrz niej oraz o nadciekłości materii neutronowej. W Ostatnio Odkryto znaczną liczbę pulsarów radiowych o okresach krótszych niż 10 ms. Wymaga to wyjaśnienia wyobrażeń o procesach zachodzących w gwiazdach neutronowych.
Kolejnym wyzwaniem są badania procesy neutrinowe w gwiazdach neutronowych. Emisja neutrin jest jednym z mechanizmów, dzięki którym gwiazda neutronowa traci energię w ciągu 10 5–10 6 lat od jej powstania.