Пульсари. Нейтронні зірки. - Конспект, раздел Образование, З дисципліни Астрофізика
В 1967Р. Відкриті Джерела Короткоперіодичного Радіовипромінюв...
В 1967р. відкриті джерела короткоперіодичного радіовипромінювання, названі пульсарами (). Пульсар з знаходиться в центрі Крабовидної туманності - залишка спалаху наднової зірки 1054 р, зафіксованого китайськими хроніками. Період пульсара збільшується з часом по закону
(7.33)
де Р – в мс, a t – в роках. Вік при сягає років. Пульсари – це нейтронні зірки, що швидко обертаються. В центрі їх знаходяться гіперони та -мезони. Врахування тиску гіперонного газу в центрі зірки приводить до границі маси нейтронної зірки і радіуса км. Збереження моменту імпульса при стисканні зірки
(7.34)
звідки
Для зірки з параметрами Сонця (7.34) дає збільшення в разів. Справжня частота в 10–100 разів менша, оскільки зірка передає частину моменту оболонці за допомогою магнітних силових ліній. Потік магнітного поля при стисканні не змінюється:
При
.
Імпульси радіовипромінювання спостерігаються, якщо промінь зору потрапляв в конус випромінювання (рис.7.9). Енергія вивільняється за рахунок повільного гальмування зірок. Кінетична енергія, що відповідає періоду : (7.35)
При зміні від до :
(7.3)
Рис. 7.9
Час збільшення згідно з (7.33):
(7.37)
Якщо відповідає , то згідно з (7.35) енергія за зменшується в 4 рази, й втрати її :
Відповідно, за одиницю часу:
При характерному років, , що на кілька порядків вище потужності радіовипромінювання ( ~), так що лише частина втрат кінетичної енергії йде на випромінювання.
У молодих пульсарів малий, і максимум випромінювання приходиться на -діапазон; пульсар випромінює також в рентгенівському й оптичному діапазоні.
Радіус світлового циліндра ():
(7.38)
При , . На світловому циліндрі магнітне поле перетворюється в електромагнітні хвилі, котрі уносяться в простір. Нейтронна зірка, що обертається в вакуумі, випускає магнітно-діпольне випромінювання (МДВ) з частотою і ,інтенсивність якого зростає з збільшенням куту між віссю обертання та віссю конусів випромінювання. Потужність магнітно-діпольного випромінювання:
(7.39)
де В – індукція поля біля полюсів. Але повинно бути
При , , та , – характерне для нейтронної зірки.
Причиною гальмування може бути, зокрема, випромінювання гравітаційних хвиль зіркою у вигляді трохи асиметричного 3-осного еліпсоїда з частотою:
Емпірична залежність:, хоча розрахована для МДВ: , тобто спостерігається частота, яка не відповідає МДВ. Значить, МДВ трансформується в таке, яке спостерігається. Це відбувається в магнітосфері. Намагнічена зірка, що швидко обертається, утворює навколо себе сильне електричне поле, складова котрого, нормальна до поверхні зірки, й співпадаюча по напряму з магнітними лініями, вириває з зірки електрони та іони. Їх релятивістський потік вилітає з магнітосфери по відкритим силовим лініям, що сильно деформовані пересічним світловим циліндром. Саме МДВ поглинається в магнітосфері, поповнюючи енергію частинок.
Релятивістські частинки випромінюють за рахунок синхротронного механізму (розділ 5.2) в конус з кутом (5.3).
Якщо спостерігач ловить лише один конус діаграми направленості, то внаслідок ефекту Доплера частота випромінювання може сильно збільшуватися.
Спрямовані потоки частинок, які створюють радіопромінь пульсара, формуються насамперед біля магнітних полюсів, де напруженість максимальна. С часом пульсар втрачає енергію. Електричне поле біля поверхні втрачається, й механізм радіовипромінювання перестає діяти.
Відкрито стрибкоподібне збільшення періоду () – зіркотрус пульсара.
Нейтронна зірка складається з кількох оболонок (рис.7.10): поблизу поверхні – твердий шар 1 щільно упакованих ядер , He та інших, а також щільний вироджений електронний газ, компенсуючий заряд ядер. З глибиною та ростом густини ρ електрони втискаються в ядра, багаті нейтронами – більш важкі, ніж ядра заліза (2). При ці ядра втрачають стійкість і викидають нейтрони (3). Далі до центру розташовується вироджена нейтронна рідина з додатком протонів та електронів (4,5). Тільки градієнт тиску виродженого нейтронного газу здатний забезпечити гідростатичну рівновагу нейтронної зірки. Важкі ядра зникають при . В центральній області 6 знаходяться гіперони та -мезони. Можливо, центр складається з щільно упакованих кварків (7). Цифри на рис.7,10 вказують густину в г/см3
Рис. 7.10
Рис.7.11
У подвійних системах нейтронна зірка взаємодіє з речовиною, що спадає на неї внаслідок акреції з видимої зірки, яка розбухла настільки, що вийшла за свою порожнину Роша (рис.7.11). Якщо нейтронна зірка має сильне магнітне поле, то речовина летить в магнітні воронки на полюсах, утворюючи явище рентгенівського пульсара. Якщо поле відносно мале, то речовина більш рівномірно розподіляється по поверхні, періодично спалахуючи (феномен нової зірки, або барстера). Подібні явища відбуваються й тоді, коли замість нейтронної зірки буває білий карлик або ще щільніший об’єкт – чорна дірка.
Дніпродзержинський державний технічний університет... КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З дисципліни Астрофізика...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Пульсари. Нейтронні зірки.
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
З дисципліни Астрофізика
Для студентів спеціальності 6.070102 (фізика твердого тіла)
Затверджено редакційно-видавничою
секцією науково-методичної ради ДДТУ
протоко
Астрофізика як наука та предмет її досліджень
Астрофізика вивчає будову, фізичні властивості космічних об’єктів та явища, що відбуваються у світовому просторі. Предметом досліджень астрофізики є область Всесвіту
Видима зоряна величина.
Астрофотометрія досліджує блиск небесних світил, тобто освітленість Е – світловий потік, що падає на одиницю поверхні, нормальної до променів. Інтенсивність
I = E
Показник кольору
Різниця блиску зірки в різних ділянках спектра називається показником кольору:
Світність та абсолютна зоряна величина. Модуль відстані
Абсолютна зоряна величина характеризує світність зірки і являє собою видиму величину, яку мала б зірка на відстані 10 парсек. Один парсек – відстань, з якої радіус земної орбіти вид
Болометрична величина зірки
В (1.9) входить болометрична зоряна величина, яка враховує випромінювання зірки у всьому спектральному діапазоні:
mв = mv+
Потенціали збудження та іонізації атомів
Розглянемо основні закономірності поведінки газів у зоряних атмосферах та міжзоряному газові поблизу гарячих зірок, випромінювання яких іонізує оточуючий їх газ. Основною речовиною
Часові масштаби релаксаційних процесів
За час релаксації параметр системи зменшується у е=2,72 рази, тобто система наближається до рівноважного стану. Релаксаційними є процеси рекомбінації та переходів з вищих рів
Заборонені лінії
Це лінії, заборонені правилами вибору. Оскільки спін протона , то повний момент атома
Розподіли Больцмана та Максвелла
В класичній фізиці розподіл частинок ідеального газу по енергетичним рівням в умовах термодинамічної рівноваги описується функцією Больцмана:
Ефект Доплера
Ефект Доплера має виключно важливе значення в астрофізиці, тому що дозволяє по зміщенню та уширенню ліній визначати променеві швидкості об’єктів, швидкості руху газових хмар, рукаві
Рівняння переносу
Первісні γ-кванти, що виникають при ядерних реакціях в надрах зірок ( λ~ 0,001Å,
Коефіцієнт поглинання
При тепловому випромінюванні (поглинанні) відбуваються такі переходи електрона:
1) зв’язано-зв’язані; 2) зв’язано-вільні; 3) вільно-вільні. При першому з них (ν
Бальмерівський стрибок
По відомому α при даній Теф можна обчислити інтенсивність випромінювання, що виходить на поверхню зірки. Максимальним α стає за межею
Матеріальна єдність світу
Вивчення спектральних ліній зоряних атмосфер дозволяє оцінити загальну кількість поглинаючих атомів даного елемента, що знаходиться в певному енергетичному стані і межах визначеного
Спектральна класифікація зірок та її фізичні основи
Спектр випромінювання зірок – суцільний, з темними лініями поглинання (в зоряних атмосферах) та іноді – з яскравими емісійними лініями, що виникають у верхніх шарах зірок. Вид спект
Ефекти обертання та турбулентності
Розбіжність в спектрах зірок одного класу пов'язана також з різними швидкостями їх обертання навколо осі, а також з міцними турбулентними рухами в зоряних атмосферах. За рахунок ефе
Загальна характеристика нетеплового випромінювання
Нетеплове випромінювання генерується в нерівноважних умовах, коли розподіл електронів по швидкостям не є максвеловським. Спостереженнями в радіодіапазоні встановлено, що значна част
Синхротронне випромінювання
Нетеплове випромінювання, що генерується релятивістськими зарядженими частинками в зовнішніх магнітних полях, знайдене в синхротронах і тому назване синхротронним. Електрон рухаєтьс
Розсіювання плазмових хвиль на релятивістських електронах
В умовах космосу в плазмі можливі повздовжні та поперечні плазмові хвилі. Заряд в плазмі нейтралізується зарядами протилежного знаку за межами сфери радіуса D (дебаївський ра
Прояви сонячної активності, що спостерігаються
Фотосфера виглядає як кипляча поверхня із світлих гранул на темному фоні, діаметром ~700 км з температурою, більшою на 400 К від темних проміжків. Гранули – не виверження газів дого
Радіо – та рентгенівське Сонце
В цих діапазонах Сонце – слабке джерело. Є чимало об'єктів (радіопульсари, залишки вибухів зірок, радіогалактики, релятивістські зірки тощо), які в них мають ту ж потужність, незва
Гідростатична рівновага Сонця
В газовій кулі масою m радіусом R виділимо на відстані r1 від центра стовпчик газу висотою
Динаміка зовнішніх шарів Сонця
Визначимо умову, при якій порушується променева рівновага й виникає конвекція. Нехай конвективний елемент газу в нижній фотосфері був адіабатно зміщений догори на
Теорія сонячних спалахів
Кількісно ця теорія ще не розроблена внаслідок великої складності процесів, що протік
Утворення протуберанців
Протуберанці – це утворені потоками газу викиди речовини з підвищеною густиною й пониженою температурою, що виходять в корону. Спокійний протуберанець (h = 15–100 тис. км,
Джерела енергії Сонця
Джерелами енергії Сонця та зірок можуть бути гравітаційне стискання (див. розділ 6.6) та термоядерні реакції. Гравітаційна потенційна енергія:
Діаграма колір – світність.
Незалежно Е. Герцшпрунг та Г.Реесел на початку XX ст. встановили емпіричну залежність між світністю зірок та їх кольором (спектральним класом). На діаграмі К–С зірки у
Залежність маса-світність
Маса – найважливіша, але й найскладніша для визначення характеристика зірки. Надійного засобу визначення маси одиноких зірок взагалі не існує. Однак чимало зірок є подвійними, тобто
Залежність маса-світність
Маса – найважливіша, але й найскладніша для визначення характеристика зірки. Надійного засобу визначення маси одиноких зірок взагалі не існує. Однак чимало зірок є подвійними, тобто
Модель білих карликів
Перший з білих карликів було відкрито в подвійній системі Сіріуса (Bеликого Пса): нав
Еволюція зірок
Зірки утворюються шляхом гравітаційної конденсації в газопилових комплексах (зони НІ з
Пульсуючі фізично змінні зірки.
Це зірки, що виконують коливання за рахунок енергії, що вивільняється в надрах, причому промениста енергія переходить в механічну. Овновні типи:
1. Довгоперіодичні цефеїди
Вибухи наднових зірок.
На пізніх стадіях еволюції масивні зірки вибухають, і їх світність збільшується неймовірно. Зірка, зовсім невидима на фото до спалаху, раптово з'являється. Тому їх і нарекли досить
Чорні дірки.
При навіть тиск виродженого нейтронного газу не здатний зупинити гравітаційне стиска
ЛІТЕРАТУРА
1. Д.Я.Мартынов. Курс общей астрофизики. - М.: Наука, 1971. - 616с.
2. Физика космоса. Под ред.Р.А.Сюняева. - М.:Сов.энциклопедия, 1986. - 783 с.
3. И.В.Савельев. Курс общей физик
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
). Пульсар з 
знаходиться в центрі Крабовидної туманності - залишка спалаху наднової зірки 1054 р, зафіксованого китайськими хроніками. Період пульсара збільшується з часом по закону
(7.33)
сягає 
років. Пульсари – це нейтронні зірки, що швидко обертаються. В центрі їх знаходяться гіперони та 
-мезони. Врахування тиску гіперонного газу в центрі зірки приводить до границі маси нейтронної зірки 
і радіуса 
км. Збереження моменту імпульса при стисканні зірки
(7.34)
в 
разів. Справжня частота в 10–100 разів менша, оскільки зірка передає частину моменту оболонці за допомогою магнітних силових ліній. Потік магнітного поля при стисканні не змінюється:
.
: 
(7.35)
до 
:
(7.3)
згідно з (7.33):
(7.37)
відповідає 
, то згідно з (7.35) енергія за 
років, 
, що на кілька порядків вище потужності радіовипромінювання ( ~
), так що лише частина втрат кінетичної енергії йде на випромінювання.
-діапазон; пульсар випромінює також в рентгенівському й оптичному діапазоні.
):
(7.38)
, 
. На світловому циліндрі магнітне поле перетворюється в електромагнітні хвилі, котрі уносяться в простір. Нейтронна зірка, що обертається в вакуумі, випускає магнітно-діпольне випромінювання (МДВ) з частотою 
і 
,інтенсивність якого зростає з збільшенням куту 
між віссю обертання та віссю конусів випромінювання. Потужність магнітно-діпольного випромінювання:
(7.39)
, та 
, 
– характерне для нейтронної зірки.
, хоча розрахована для МДВ: 
, тобто спостерігається частота, яка не відповідає МДВ. Значить, МДВ трансформується в таке, яке спостерігається. Це відбувається в магнітосфері. Намагнічена зірка, що швидко обертається, утворює навколо себе сильне електричне поле, складова котрого, нормальна до поверхні зірки, й співпадаюча по напряму з магнітними лініями, вириває з зірки електрони та іони. Їх релятивістський потік вилітає з магнітосфери по відкритим силовим лініям, що сильно деформовані пересічним світловим циліндром. Саме МДВ поглинається в магнітосфері, поповнюючи енергію частинок.
) – зіркотрус пульсара.
, He та інших, а також щільний вироджений електронний газ, компенсуючий заряд ядер. З глибиною та ростом густини ρ електрони втискаються в ядра, багаті нейтронами – більш важкі, ніж ядра заліза (2). При 
ці ядра втрачають стійкість і викидають нейтрони (3). Далі до центру розташовується вироджена нейтронна рідина з додатком протонів та електронів (4,5). Тільки градієнт тиску виродженого нейтронного газу здатний забезпечити гідростатичну рівновагу нейтронної зірки. Важкі ядра зникають при 
. В центральній області 6 знаходяться 
гіперони та 
Новости и инфо для студентов