Оглавление
- 1 Нейтронная звезда
- 1.1 Образование нейтронных звезд
- 1.2 Эволюция и свойства
- 1.3 Двойные системы и аккреция
- 1.4 Гравитационные волны и изучение
- 1.5 Уравнение состояния и фундаментальная физика
- 1.6 Уравнение состояния нейтронных звезд
- 1.7 Плотность и давление нейтронных звезд
- 1.8 Текущие ограничения на уравнения состояния
- 1.9 Уравнение Толмана-Оппенгеймера-Волкова
- 1.10 Дополнительные свойства нейтронных звезд
- 1.11 Свойства нейтронных звезд
- 1.12 Классификация нейтронных звезд
- 1.13 Магнитное поле нейтронных звезд
- 1.14 Гравитация нейтронных звезд
- 1.15 Структура нейтронных звезд
- 1.16 Нейтронный поток и давление
- 1.17 Состав и структура нейтронных звезд
- 1.18 Излучение нейтронных звезд
- 1.19 Непульсирующие нейтронные звезды
- 1.20 Спектр нейтронных звезд
- 1.21 Вращение нейтронных звезд
- 1.22 P и P-точка
- 1.23 Подъем разгибом и сбои
- 1.24 Защита от сбоев
- 1.25 Причины и структура нейтронных звезд
- 1.26 Численность и расстояния
- 1.27 Двойные системы нейтронных звезд
- 1.28 Планеты вокруг нейтронных звезд
- 1.29 История открытий
- 1.30 Обнаружение гравитационных волн
- 1.31 Связь гамма-всплеска с GW170817
- 1.32 Новый метод определения постоянной Хаббла
- 1.33 Исследование неровностей поверхности нейтронных звезд
- 1.34 Идентификация нейтронной звезды в остатках сверхновой
- 1.35 Типы нейтронных звезд
- 1.36 Теоретические компактные звезды
- 1.37 Примеры нейтронных звезд
- 1.38 Галерея и дополнительные материалы
- 1.39 Полный текст статьи:
- 2 Нейтронная звезда
Нейтронная звезда
-
Образование нейтронных звезд
- Нейтронные звезды образуются из массивных сверхгигантских звезд в результате взрыва сверхновой и гравитационного коллапса.
- Они имеют радиус около 10 км и массу около 1,4 млн☉.
- Нейтронные звезды состоят в основном из нейтронов и частично защищены давлением вырождения нейтронов.
-
Эволюция и свойства
- Нейтронные звезды остывают после образования и могут эволюционировать дальше.
- Они вращаются со скоростью до нескольких сотен оборотов в секунду и могут испускать пучки электромагнитного излучения.
- В Млечном Пути насчитывается около миллиарда нейтронных звезд, многие из которых остыли и не излучают.
-
Двойные системы и аккреция
- Нейтронные звезды в двойных системах могут подвергаться аккреции, что приводит к рентгеновскому излучению.
- Аккреция может “перерабатывать” старые пульсары, заставляя их быстро вращаться.
- Двойные системы могут эволюционировать, превращая спутники в компактные объекты.
-
Гравитационные волны и изучение
- Слияние двойных нейтронных звезд порождает гравитационные волны, которые могут быть связаны с гамма-всплесками.
- В 2017 году было обнаружено первое прямое наблюдение гравитационных волн от слияния нейтронных звезд.
-
Уравнение состояния и фундаментальная физика
- Уравнение состояния нейтронных звезд неизвестно из-за экстремальной плотности.
- Нейтронные звезды являются естественными лабораториями для изучения фундаментальной физики, особенно КХД-материи.
-
Уравнение состояния нейтронных звезд
- Уравнение состояния определяет плотность и давление нейтронных звезд.
- Различные уравнения состояния приводят к разным значениям наблюдаемых величин.
- Уравнение состояния может быть мягким или жестким, что связано с фазовыми переходами.
-
Плотность и давление нейтронных звезд
- Нейтронные звезды имеют плотность от 3,7×1017 до 5,9×1017 кг/м3.
- Давление возрастает с глубиной, достигая 1,6×1034 Па в центре.
- Одна чайная ложка вещества нейтронной звезды имеет массу более 5,5×1012 кг.
-
Текущие ограничения на уравнения состояния
- Астрономические наблюдения, такие как LIGO и NICER, ограничивают уравнения состояния.
- Измерения пульсара PSR J0740+6620 ограничили радиус нейтронной звезды массой 1,4 солнечной массы.
- Уравнения состояний могут быть связаны с гравитационными волнами от слияния двойных нейтронных звезд.
-
Уравнение Толмана-Оппенгеймера-Волкова
- Уравнение TOV описывает нейтронную звезду и приводит к наблюдаемым величинам.
- Численное решение уравнения TOV позволяет найти кривую зависимости массы от радиуса.
- Максимальная масса нейтронной звезды зависит от уравнения состояния и может быть ограничена астрономическими наблюдениями.
-
Дополнительные свойства нейтронных звезд
- Момент инерции описывает скорость вращения звезды.
- Квадрупольный момент определяет деформацию звезды.
- Число Лява показывает, насколько легко деформировать звезду из-за приливных сил.
-
Свойства нейтронных звезд
- Температура внутри нейтронной звезды составляет от 1011 до 1012 Кельвинов, но быстро падает до 106 Кельвинов из-за излучения нейтрино.
- Магнитное поле на поверхности нейтронных звезд колеблется от 104 до 1011 Тл, что на порядки выше, чем у других объектов.
- Гравитационное поле на поверхности нейтронной звезды в 2×1011 раз сильнее, чем на Земле.
-
Классификация нейтронных звезд
- Нейтронные звезды классифицируются по массе и скорости охлаждения: тип I, II и III.
- Тип III включает нейтронные звезды с массой около 2 Мкм и высокими скоростями охлаждения.
-
Магнитное поле нейтронных звезд
- Магнитное поле нейтронных звезд может быть причиной периодичности пульсаров.
- Магнетары обладают самыми сильными магнитными полями, что вызывает звездотрясения и периодическое излучение мягкого гамма-ретранслятора.
- Происхождение сильного магнитного поля пока неясно, но гипотеза “замораживания потока” рассматривается.
-
Гравитация нейтронных звезд
- Гравитационное поле нейтронных звезд искривляет излучение, делая видимой заднюю поверхность звезды.
- Гравитационная сила нейтронных звезд огромна, что вызывает замедление времени.
-
Структура нейтронных звезд
- Вещество на поверхности нейтронной звезды состоит из атомных ядер и электронов.
- Толщина атмосферы нейтронной звезды составляет несколько микрометров, а кора очень твердая и гладкая.
- Внутри нейтронной звезды ядра становятся насыщенными нейтронами, что приводит к образованию моря свободных нейтронов.
-
Нейтронный поток и давление
- В начале нейтронного потока давление нейтронов, электронов и общее давление равны.
- По мере увеличения плотности нейтронное давление становится доминирующим.
- При очень высоких плотностях нейтроны начинают двигаться с релятивистскими скоростями.
-
Состав и структура нейтронных звезд
- Ядра становятся меньше, пока не достигают точки, где в основном присутствуют нейтроны.
- Состав сверхплотного вещества в ядре остается неопределенным.
- Возможны экзотические формы материи, такие как вырожденная странная материя.
-
Излучение нейтронных звезд
- Нейтронные звезды обнаруживаются по электромагнитному излучению.
- Пульсары излучают радиоволны и другое электромагнитное излучение.
- Излучение вызвано ускорением частиц вблизи магнитных полюсов.
-
Непульсирующие нейтронные звезды
- Обнаружены непульсирующие нейтронные звезды с периодическими колебаниями светимости.
- Это характерно для центральных компактных объектов в остатках сверхновых.
-
Спектр нейтронных звезд
- Нейтронные звезды излучают в различных частях электромагнитного спектра.
- Большинство нейтронных звезд также излучают радиоволны.
-
Вращение нейтронных звезд
- Нейтронные звезды вращаются быстро после образования.
- Со временем вращение замедляется из-за излучения энергии.
- Скорость замедления вращения постоянна и мала.
-
P и P-точка
- P и P-точка позволяют оценить минимальные магнитные поля и возраст пульсаров.
- P и P-точка могут быть использованы для расчета уменьшающейся светимости.
-
Подъем разгибом и сбои
- Скорость вращения нейтронной звезды может увеличиваться при поглощении вещества звезд-компаньонов.
- Нейтронные звезды могут испытывать сбои, вызванные звездотрясениями.
-
Защита от сбоев
- Сообщалось об антиглюче, внезапном снижении скорости вращения нейтронной звезды.
- Современные модели нейтронных звезд не предсказывают такого поведения.
-
Причины и структура нейтронных звезд
- Нейтронные звезды образуются при взрывах сверхновых.
- Внешняя кора и внутренняя структура могут вращаться с разной скоростью.
-
Численность и расстояния
- В Млечном Пути и Магеллановом облаке около 3200 известных нейтронных звезд.
- Ближайшие нейтронные звезды находятся на расстоянии 400-424 световых лет.
-
Двойные системы нейтронных звезд
- Около 5% нейтронных звезд являются членами двойных систем.
- Двойные системы могут содержать обычные звезды, красные гиганты, белые карлики или другие нейтронные звезды.
- Слияние двойных нейтронных звезд может приводить к гамма-всплескам и нуклеосинтезу.
-
Планеты вокруг нейтронных звезд
- Нейтронные звезды могут содержать экзопланеты.
- Планеты-пульсары могут быть обнаружены методом синхронизации пульсаров.
-
История открытий
- В 1933 году Бааде и Цвикки предположили существование нейтронных звезд.
- В 1967 году Хьюиш и Белл обнаружили первые пульсары.
- В 1974 году Хьюиш получил Нобелевскую премию за открытие пульсаров.
- В 1982 году был открыт первый миллисекундный пульсар.
- В 2003 году обнаружена первая двойная нейтронная звездная система.
- В 2010 и 2013 годах измерены массы массивных нейтронных звезд, что подтвердило их существование.
-
Обнаружение гравитационных волн
- В 2017 году LIGO и Virgo обнаружили гравитационные волны от столкновения нейтронных звезд (GW170817).
- Это привело к дальнейшим открытиям о нейтронных звездах.
-
Связь гамма-всплеска с GW170817
- В 2018 году астрономы связали гамма-всплеск GRB 150101B с GW170817.
- Сходство между событиями указывает на возможное слияние нейтронных звезд.
-
Новый метод определения постоянной Хаббла
- В 2019 году предложен новый метод определения постоянной Хаббла на основе слияний нейтронных звезд.
- Измерение постоянной Хаббла составило 70.3+5.3−5.0 (км/с)/Пдк.
-
Исследование неровностей поверхности нейтронных звезд
- В 2020 году Фабиан Гиттинс показал, что неровности поверхности нейтронных звезд могут быть меньше, чем предполагалось.
- Это может привести к необнаружению гравитационных волн от вращающихся нейтронных звезд.
-
Идентификация нейтронной звезды в остатках сверхновой
- В 2024 году астрономы идентифицировали нейтронную звезду в остатках сверхновой 1987A.
- Это подтверждает существование нейтронных звезд в остатках сверхновых и улучшает понимание процессов в остатках.
-
Типы нейтронных звезд
- Вращающиеся радиопереходы (RRATs), мягкие гамма-ретрансляторы (SGR), аномальные рентгеновские пульсары (AXP), рентгеновские тусклые изолированные нейтронные звезды, центральные компактные объекты в остатках сверхновых (CCO в SNR), пульсар “Черная вдова”, “красноспинный” пульсар, субмиллисекундный пульсар, рентгеновский всплеск, рентгеновские двойные пульсары средней массы, рентгеновские двойные пульсары большой массы, двойные пульсары, рентгеновское третичное излучение.
-
Теоретические компактные звезды
- Протонейтронная звезда (PNS), объект Торна–Житкова, кварковая звезда, электрослабая звезда, преонная звезда.
-
Примеры нейтронных звезд
- Пульсар “Черная вдова”, PSR J0952-0607, LGM-1, PSR B1257+12, PSR B1509−58, RX J1856.5-3754, Великолепная семерка, PSR J0348+0432, SWIFT J1756.9-2508, Swift J1818.0-1607.
-
Галерея и дополнительные материалы
- Изображения нейтронных звезд и их столкновений.
- Ссылки на статьи и исследования.