.RU

Нейтронные звезды: Белые карлики были обнаружены случайно, и лишь позже выяснилась их


Белые карлики были обнаружены случайно, и лишь позже выяснилась их удивительная физическая природа. А с нейтронными звездами все произошло наоборот: их открыли «на бумаге», но затем довольно долго не могли найти на небе.
В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик (1891-1974) обнаружил нейтрон — нейтральную частицу с массой чуть больше, чем у протона (1,7 • 10-27 кг). Два года спустя, обсуждая природу сверхновых звезд, астрономы Вальтер Бааде (1893-1960) и Фриц Цвикки (1898-1974) высказали предположение, что вспышка сверхновой знаменует окончание жизни массивной звезды. Они писали: «Со всеми соответствующими оговорками мы высказываем гипотезу, что сверхновые представляют собой переходную стадию от обычных звезд к нейтронным звездам, которые в конечной стадии состоят из исключительно плотно упакованных нейтронов». Вероятно, Бааде и Цвикки исходили из следующего предположения: если давление вырожденного электронного газа не может уравновесить звезду, то она начнет сжиматься, и это сжатие приведет к столь большим плотностям, что протоны и электроны сольются и образуют нейтроны.
Выражение «плотно упакованные нейтроны» означает, что расстояние между ними сравнимо с их собственным размером (3 • КГ15 м); именно так упакованы нейтроны и протоны в атомных ядрах. При этом объем, приходящийся на один нейтрон, составит около 3 • 1(Г44м3. Разделив массу нейтрона на этот объем, получим ожидаемую плотность вещества нейтронной звезды (и атомного ядра) — порядка 100 000 000 т/см3! При такой плотности звезда с солнечной массой должна иметь радиус около 10 км. Эту простую оценку подтвердили расчеты, выполненные в 1935 г. американским физиком Робертом Оппенгеймером (1904-1967) и канадским физиком Георгием Волковым (1914-2000). Они учли, что при высокой плотности нейтронный газ должен быть вырожденным и своими свойствами напоминать газ вырожденных электронов. Поэтому, как и в случае белых карликов, более массивные нейтронные звезды должны иметь меньший размер.
Если бы вещество нейтронной звезды можно было рассматривать как идеальный газ и пользоваться при этом теорией гравитации Ньютона, то у нейтронных звезд тоже существовал бы «Чандрасекаров-
ский» предел массы, равный 5,7 М0.
1015 1014 ю13 ю12 ю11 1010 ю9 ю8 ю7 106 ю5 ю4 103 ю2 10 1
Однако тяготение на поверхности нейтронной звезды так велико, что следует использовать теорию гравитации (общую теорию относительности) Эйнштейна. С учетом этого Оппенгеймер и Волков оценили, что максимальная масса тела из идеального нейтронного газа равна всего 0,7 М0.
Однако эта оценка требовала уточнения. Если нейтроны упакованы столь же плотно, как в атомном ядре, между ними должны действовать столь же мощные ядерные силы. Поэтому вещество нейтронной звезды по своим свойствам больше похоже на жидкость, чем на газ, а внешняя оболочка, как показал расчет, представляет собой даже твердое тело - кору, над которой простирается тонкая, протяженностью всего около метра, атмосфера (см. рис. 5.26). При плотности ~1015 г/см3 расстояние между нейтронами должно быть меньше их размера, а это значит, что вещество представляет собой конгломерат кварков, из которых в обычных условиях состоят нуклоны. Информацию о свойствах вещества при ядерной плотности получают из экспериментов по столкновению элементарных частиц на ускорителях, но пока эти свойства изучены недостаточно полно. Поэтому неопределенность значения максимальной массы нейтронных звезд пока велика: Мтах = (1,5 - 2,5) М0.
Минимальная масса нейтронных звезд известна с большей точностью. Наличие нижнего предела массы обусловлено тем, что свободные нейтроны неустойчивы и распадаются на протон и электрон (забудем про антинейтрино), причем кинетическая энергия образовавшихся частиц равна разности масс покоя нейтрона и протона+электрона (?к = А тс2). Рассмотрим холодный нейтронный газ, сжатый до высокой плотности. Нейтроны постепенно начнут распадаться, и вскоре мы будем иметь смесь, состоящую из нейтронов, протонов и электро-

нов. По мере распада нейтронов концентрация электронов и протонов будет возрастать, и в какой-то момент электроны заполнят все энергетические состояния с энергией меньше Е^ Начиная с этого момента нейтроны перестанут распадаться, поскольку рождающиеся электроны не могут иметь энергию больше Ек, а все нижележащие энергетические уровни ими уже заняты. Таким образом, нейтронный газ может долго существовать лишь в присутствии достаточно плотного газа из электронов и протонов. Расчеты показывают, что это возможно в телах, у которых центральная плотность превышает 1,5 • 1014 г/см3. Нейтронная звезда с такой центральной плотностью будет иметь минимально возможную массу — около 0,1 М© и максимально возможный радиус — около 150 км. 2010-07-19 18:44 Читать похожую статью
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • Контрольная работа
  • © Помощь студентам
    Образовательные документы для студентов.