Бозонная звезда

Физики рассчитали свойства квазипериодических бозонных звезд

Бозонная звезда

Физики из Канады и Великобритании показали, что бозонные звезды — это всего лишь частный случай из бесконечного набора квазипериодических решений для гравитационно связанного скалярного поля.

В качестве примера ученые явно построили решение, которое определяется двумя частотами.

Более того, исследователи показали, что такие объекты могут формироваться наравне с обычными бозонными звездами, а их радиус в несколько раз превышает радиус бозонных звезд при сравнимой энергии. в Physical Review Letters.

Наряду с обычными звездами, которые преимущественно состоят из фермионов (протонов, нейтронов и электронов), астрофизики рассматривают бозонные звезды — устойчивые системы массивных бозонов, удерживающих себя за счет гравитационного притяжения. По сравнению с привычными звездами, у бозонных звезд есть несколько интересных особенностей.

Во-первых, для бозонов не действует принцип запрета Паули, и частицам звезды ничто не мешает собраться в состоянии с минимальной гравитационной энергией. Из-за этого бозонные звезды очень похожи на черные дыры, хотя горизонта событий у них по-прежнему нет.

Во-вторых, скалярные поля избавлены от некоторых эффектов, сильно усложняющих расчеты для обычных звезд (например, в них не распространяются ударные волны). Поэтому бозонные звезды удобно использовать для исследования сильных гравитационных полей — например, в качестве простых моделей гравитационного коллапса и темной материи.

Впервые такие модели теоретически рассмотрели в конце 1960-х годов Девид Кауп (David Kaup), Ремо Руффини (Remo Ruffini) и Сильвано Бонаццола (Silvano Bonazzola).

Вообще говоря, в настоящее время нет никаких доказательств существования бозонных звезд. Мало того, что физики не знают ни одного стабильного массивного бозона, из которого можно собрать бозонную звезду, — до последнего времени у астрономов не было инструмента, способного отличить такую звезду от обычной.

Однако несколько лет назад такой инструмент появился благодаря успеху гравитационных детекторов LIGO/Virgo: гравитационные волны, которые излучаются в ходе коллапса обычной и бозонной материи, должны сильно отличаться.

Поэтому успехи гравитационных детекторов заставили физиков снова заняться исследованием свойств бозонных звезд.

В частности, они заставили ученых задуматься, как себя ведет волновая функция бозонов, из которых собрана звезда.

Как правило, при решении уравнений Эйнштейна и Клейна – Гордона, которым подчиняется массивное скалярное поле, физики используют факторизованный анзац, то есть разбивают скалярное поле на действительную часть, которая зависит только от расстояния до центра звезды, и комплексную фазу, которая линейно растет со временем.

В этом приближении фаза всех частиц звезды изменяется одновременно, поэтому уравнения движения не зависят от времени. В то же время, численные расчеты показывают, что уравнения движения допускает и более сложные решения. К сожалению, до сих пор ученые не знали, как велико пространство этих решений и отвечают ли они устойчивым звездам.

Группа физиков под руководством Бенсона Уэя (Benson Way) частично ответила на этот вопрос, явным образом построив нелинейное решение, зависящее от нескольких частот. Для этого ученые рассмотрели комплексные возмущения над стандартным факторизованным анзацем.

Кроме того, исследователи параметризовали метрику в окрестностях бозонной звезды с помощью четырех действительных функций.

Поскольку ученые искали квазипериодические решения, осцилляции которых складываются из колебаний с двумя независимыми периодами, физики разложили функции в ряд Фурье, а затем «повысили» их, назначив свое время для каждой частоты в формальном разложении.

Используя это разложение, ученые получили систему обыкновенных дифференциальных уравнений для компонент, зависящих только от радиальной координаты, и численно решили эти уравнения. В результате физики явно получили семейство решений, которые описывают квазипериодическую бозонную звезду. Поскольку эволюция скалярного поля и метрики определялась двумя частотами, ученые назвали такие решения «двойными осцилляторами».

Авторы отмечают несколько особенностей полученных решений. Во-первых, энергия всех найденных решений была меньше, чем максимальная энергия обычной бозонной звезды. Это значит, что двойные осцилляторы могут формироваться в тех же условиях, что и обычные бозонные звезды.

Во-вторых, при сравнимой энергии двойные осцилляторы имеют больший размер и меньшую плотность. В некоторых случаях радиус двойного осциллятора превосходит радиус звезды почти в три раза.

Этот факт позволяет различать двойной осциллятор и обычную звезду; кроме того, он должен сказываться на спектре гравитационных волн, излучаемых при коллапсе скалярного поля.

Отклонение радиуса двойного осциллятора от радиуса обычной бозонной звезды при сравнимой энергии, измеренное в единицах радиуса обычной звезды

Matthew Choptuik et al. / Physical Review Letters, 2019

Физики считают, что с помощью предложенного метода можно явно получить не только двойные, но и множественные осцилляторы, эволюция которых определяется несколькими частотами. При этом авторы отмечают, что они не проверяли, являются ли построенные решения устойчивыми.

Интересно, что отличить бозонную звезду от черной дыры можно не только с помощью гравитационных волн, но и по простой фотографии с достаточно хорошим разрешением.

В самом деле, на фотографии бозонной звезды тень черной дыры заменяется фрактальной структурой, в которую многократно отображается фон звезды.

Впрочем, на практике это изображение будет «замылено» ярким кольцом Эйнштейна, которое одинаково выглядит и для бозонной звезды, и для черной дыры. Впервые этот интересный факт теоретически обнаружили около двух лет назад физики из Испании и Португалии.

Дмитрий Трунин

Источник: https://nplus1.ru/news/2019/10/01/double-oscillators

Бозонная звезда

Бозонная звезда

Принцип неразличимости тожественных частиц, который можно записать как:

$|\psi (x_1,x_2)|2=|\psi (x_2,x_1)|2 (1),$

где $x_1$ — совокупность пространственных и спиновых координат первой частицы; $x_2$ — совокупность пространственных и спиновых координат второй частицы,

что приводит к определенному свойству волновой функции:

$\psi (x_1,x_2) =\pm \psi (x_2,x_1)(2).$

Если поменять частицы местами, и волновая функция свой знак не изменит, то она именуется симметричной. В противном случае она антисимметричная.

Изменение знака волновой функции не значит, что состояние изменилось, поскольку физическим смыслом наделяют только квадрат модуля волновой функции, а не саму эту функцию. Характер симметрии волновой функции не изменяется со временем.

Это служит указанием на то, что свойство симметрии или антисимметрии является признаком типизации частиц.

Было установлено, что симметрия или анти симметрия волновых функций зависит от спина частицы.

В связи с зависимостью от характера симметрии все элементарные частицы и созданные из них системы делят на:

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

  1. частицы с полуцелым спином (к этим частицам относят, например, электроны, протоны, нейтроны), описываемые при помощи антисимметричными функциями и подчиняющиеся статистике Ферми – Дирака, называемые фермионами;
  2. частицы с нулевым или целым спином (это фотоны и $\pi$ — мезоны), которые описывают симметричные волновые функции, подчиняющиеся статистике Бозе – Эйнштейна, называемые бозонами.

Сложные частицы, которые сформированы из нечетного количества фермионов – это фермионы. Частицы с четным числом фермионов дают бозоны, так как получается объект с суммарным целым спином.

Связь характера симметрии волновой функции и и спина теоретически объяснил Паули, это подтвердило то, что спин – фундаментальная характеристика микрочастицы.

Один из видов типизации звезд

Звездами называют шары, состоящие из плазмы, имеющие массу, находящиеся в состоянии равновесия. Источником тепловой энергии звезд являются термоядерные реакции, которые происходят или происходили внутри звезды.

В соответствии со своим физическим состоянием звезды делят на:

  • нормальные;
  • вырожденные;
  • бозонные.

Нормальные звезды — это объекты из невырожденного вещества (идеального газа), внутри которого происходят термоядерные реакции синтеза.

К вырожденным звездам относят звезды, равновесие которых поддерживают квантово-механически вырожденные фермионы.

Замечание 1

Бозонными звездами считают объекты астрономии, которые состоят из бозонов. Данные звезды существуют гипотетически.

Многие ученые ставят под сомнение их существование, так как для него необходимо наличие стабильных бозонов, которые бы имели массу в пределах от $10{-27}$ до $10{-24}$ГэВ.

На настоящее время нам известен один стабильный бозон – это фотон, масса покоя которого равна нулю и движется он со скоростью света.

Есть предположение, что двойные бозонные звезды смогут найти по излучаемому ими гравитационному излучению.

Существуют следующие гипотезы относительно бозонных звезд:

  1. Они могли бы образоваться на первичных этапах возникновения Вселенной в результате Большого взрыва, как следствие гравитационного коллапса.
  2. Бозонная звезда очень большой массы может находиться в центре Галактики. Ее присутствие способно объяснить некоторые свойства активности ядер Галактик.
  3. В некоторых гипотезах о темной материи бозонные звезды рассматривают как компоненты.

Свойства бозе-звезд

Бозе-звезда – это больших размеров концентрат конденсата частиц Бозе — Эйнштейна, который удерживается собственной гравитацией. Данные звезды образуют бозоны, которые могут находиться (в отличии от фермионов) в одном и том же квантовом состоянии.

Считают, что возможны условия при которых бозе-частицы, например, сверхлегкие КХД-аксионы способны конденсироваться, создавая устойчивые капли в виде сферы из бозонной материи.

Ученые-физики разработали математическую модель процессов конденсации виртуальных легких бозонов в малые скопления и гало темной материи, которая окружает галактику и находится далеко за ее пределами.

Исследователи доказали, что данные сгустки способны спонтанно возникать за счет гравитационных сил.

Замечание 2

Если бозонная звезда, которая возникла из аксионов, достигает предельных размеров, то происходит ее взрыв. При этом происходит испускание аксионов и фотонов в радиодиапазоне.

Полевые уравнения и бозе-звезды

Бозонные звезды — это решение полевых уравнений Эйнштейна, которые связаны с комплексным скалярным полем. Данное скалярное поле имеет симметрию, это обеспечивает постоянство числа частиц.

Бозонную звезду можно описать при помощи волновой функции:

$\int_{-\infty}{\infty}|\psi|2 dn x=N (1),$

которая удовлетворяет уравнению Шредингера – Пуассона:

$i\frac{\partial \psi}{\partial t}=\frac{1}{2m}\Delta \psi +Ф\psi (2),$

$\Delta Ф=4\pi G m |\psi|2 (3).$

Если представить волновую функцию в экспоненциальном виде:

$\psi = \psi_0 e{i\theta} (4),$

тогда плотность потока конденсата равна:

$j=\frac{1}{m}\psi_02abla_{\theta }(5).$

При этом выполняется равенство:

$rot \vec j=0 (6).$

В безразмерных параметрах уравнение Шредингера – Пуассона для не вращающейся звезды имеет вид:

$\Delta \psi_0=(-1+2Ф) \psi_0(7),$

где $\Delta Ф = \psi_02$.

Для реализации регулярности решения в нуле, надо чтобы поля можно было разложить в ряд:

$\psi_0=c_1+c_2r2+c_5r4…, Ф=r2(c_3+c_4r2+c_8r4…)$.

Начальные условия для трехмерной звезды записывают как:

$2c_2=-\frac{c_1}{3}; c_3=\frac{c_12}{6}; 2c_4=-\frac{c_13}{30}.$

В них включается одна неопределённая постоянная $c_1$. Ее подбирают так, чтобы $\psi_0$ и $Ф$ обладали нужными асимптотиками в бесконечности.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/bozonnaya_zvezda/

10 Звёзд, которые поразят ваше воображение

Бозонная звезда

Каждый из нас порой смотрит в небо, на мириады мерцающих звёзд, и задаётся вопросом «Что же скрывает космос?». Вполне естественно мечтать о том, что находится далеко за пределами нашей досягаемости.

Возможно, в какой-то солнечной системе, расположенной далеко от нас, другой вид живых существ смотрит на наше Солнце, которое с их перспективы является лишь маленькой точкой в небе, и гадает, какие же тайны скрываются за ней.

Несмотря на все попытки, мы никогда до конца не поймём все, что скрывает космология, но это не уменьшает нашего желания и стараний познать как можно больше. В этом списке собраны десять увлекательных типов звёзд: некоторые из них уже хорошо известны, а о некоторых учёные только строят гипотезы.

10. Гипергигант

Довольно скучный тип звёзд, по сравнению с остальными звёздами в этом списке, он был включён сюда только из-за его размера. Для нас трудно представить, насколько на самом деле огромны эти монстры, но радиус самой большой звезды, известной науке на сегодняшний день (NML Cygni) в 1 650 раз больше радиуса нашего солнца, и составляет 7,67 астрономических единиц (1 147 415 668,296 километров). Для сравнения, орбита Юпитера находится на расстоянии 5,23 астрономических единиц от нашего солнца, а орбита Сатурна на 9,53 астрономических единиц. Из-за своих огромных размеров, большинство гипергигантов живут в лучшем случае, меньше, чем пару дюжин миллионов лет, перед тем как превратиться в сверхновые. Гипергигант Бетельгейзе (Betelgeuse), который находится в созвездии Ориона, должен превратиться в суперновую в течение следующих нескольких сотен тысяч лет. И когда он это сделает, он будет светить ярче, чем луна, больше года, а также будет виден в течение дня.

9. Гиперскоростная звезда

В отличие от всех других звёзд в этом списке, гиперскоростные звёзды в целом являются обычными звёздами, не обладающими какими-либо отличительными или интересными качествами, кроме того, что они мчатся сквозь пространство на безумных скоростях. Гиперскоростные звёзды, скорость которых достигает более 1.5-3 миллионов километров в час, появляются в результате того, что звёзды приближаются слишком близко к центру галактики – который отбрасывает звёзды на сверхвысоких скоростях. Все известные гиперскоростные звёзды в нашей галактике двигаются со скоростью, превышающей космическую более чем в два раза. Следовательно, в конечном итоге они полностью вылетят из галактики и будут дрейфовать в темноте на протяжении всей своей жизни.

8. Цефеиды

К Цефеидам или же к пульсирующим переменным звёздам, относятся звёзды, масса которых превышает массу нашего солнца в 5-20 раз. Эти звёзды регулярно увеличиваются и уменьшаются в размере, что создаёт впечатление пульсации. Цефеиды расширяются из-за неимоверно сильного давления внутри их плотных ядер, но как только они расширяются, давление спадает, и они опять съёживаются. Этот цикл расширений и съёживаний продолжается на протяжении всей их жизни, пока звезда не перестаёт существовать.

7. Чёрный карлик

Если звезда слишком мала для того, чтобы стать нейтронной или просто взорваться в суперновую, она, в конце концов, превращается в белого карлика – неимоверно плотную и тусклую звезду, которая израсходовала всё своё топливо и в ядре которой больше не идёт деление атомного ядра при цепной реакции. Зачастую, белые карлики, размер которых не превышает размер Земли, медленно остывают путём электромагнитного излучения. После очень долгого времени, белые карлики, наконец, совсем перестают излучать свет и тепло – становясь, таким образом, той звездой, которую учёные и называют чёрным карликом, и которая практически незаметна для наблюдателя. Переход в состояние чёрного карлика означает конец звёздной эволюции для многих звёзд. Считается, что на данный момент во вселенной не существует чёрных карликов, потому что для того, чтобы они образовались, требуется слишком много времени. Наше солнце дегенерирует в чёрного карлика приблизительно через 14,5 миллиардов лет.

6. Оболочечные звёзды

Когда люди думают о звёздах, они представляют себе огромные обжигающие сферы, плавающие в пространстве. На самом деле, из-за центробежной силы, большинство звёзд немного сплюснутые или плоские у полюсов. Для большинства звёзд это сплющивание достаточно незначительное, чтобы не обращать на него никакого внимания, но в звёздах некоторых пропорций, которые вращаются на дикой скорости, это сплющивание настолько сильное, что придаёт им форму мяча для регби. Из-за своих высоких вращательных скоростей, эти звёзды также отбрасывают огромные количества материи вокруг своих экваторов, создавая вокруг себя «оболочку» газа – формируя, таким образом, оболочечную звезду. На изображении выше, та белая, немного прозрачная масса, которая окружает приплюснутую звезду Ахернар (Альфа Эридана) и является «оболочкой».

5. Нейтронная звезда

Как только звезда становится суперновой, от неё обычно остаётся только нейтронная звезда. Нейтронные звёзды очень маленькие и очень плотные шары, состоящие из (как вы уже догадались) нейтронов. Во много раз плотнее, чем ядро атома, и размером меньше дюжины километров в диаметре, нейтронные звёзды действительно представляют собой замечательный продукт физики. Из-за чрезвычайной плотности нейтронных звёзд, любой атом, который вступает в контакт с их поверхностью, практически моментально разрывается на части. Все не нейтронные субатомные частицы сначала распадаются на свои постоянные кварки, а затем «переформировываются» в нейтроны. В результате этого процесса высвобождается огромное количество энергии, которой настолько много, что в результате столкновения нейтронной звезды с астероидом среднего размера, произошёл бы взрыв гамма-излучения с высвобождением гораздо большего количества энергии, чем наше солнце смогло бы выработать за всё время своего существования. Уже только по одной этой причине, любая нейтронная звезда, находящаяся недалеко от нашей солнечной системы (на расстоянии нескольких сотен световых лет) представляет собой вполне реальную угрозу уничтожения Земли выбросом смертельной радиации.

4. Звезда тёмной энергии

Из-за многих проблем связанных с нашим текущим пониманием чёрных дыр, особенно в отношении квантовой механики, много альтернативных теорий было выдвинуто для объяснения наших наблюдений. Одной из этих теорий является теория о звезде тёмной материи. Существует теория, что когда огромная звезда разрушается, она превращается не в чёрную дыру, а в пространственно-временную, мутирующую тёмную материю. Из-за квантовой механики, эта звезда должна обладать довольно уникальным свойством: за пределами своего горизонта событий она должна притягивать всю материю, в то время как внутри, вне своего горизонта событий, она будет отторгать всю материю. В теории это происходит потому, что тёмная материя обладает «негативной» силой тяготения, которая отталкивает всё, что приближается к ней, точно так же, как одинаковые полюса магнита отталкиваются друг от друга. Кроме того, в соответствии с этой теорией, как только электрон проходит через горизонт событий звезды тёмной энергии, он превращается в позитрон, также известный как антиэлектрон, и отбрасывается. Когда эта античастица сталкивается с нормальным электроном, они взаимно уничтожаются, образуя при этом небольшой выброс энергии. Считается, что этот процесс, в крупном масштабе, способен объяснить огромное количество радиации, которая выбрасывается из центра галактик – именно оттуда, где по альтернативным теориям и располагаются чёрные дыры. По большей части – легче всего представлять звезду тёмной энергии в виде чёрной дыры, которая отбрасывает материю и не обладает сингулярностью.

3. Железная звезда

Звёзды создают более тяжёлые элементы с помощью ядерного синтеза – процесса, в ходе которого более лёгкие элементы сливаются для образования более тяжёлых элементов. В результате этого процесса происходит высвобождение энергии. Чем тяжелее элемент, тем меньше энергии высвобождается при его слиянии. Типичным путём преобразования элементов для звёзд считается следующий: водород преобразуется в гелий, затем гелий в углерод, углерод в кислород, кислород в неон, неон в кремний, а затем — в конечном итоге — кремний в железо. Для синтеза железа требуется больше энергии, чем высвобождается, поэтому железо является последней ступенью в любой стабильной реакции ядерного синтеза. Большинство звёзд умирает до того, как они начинают синтезировать углероды, но те из них, которые достигают этой ступени, или следующей за ней, обычно вскоре после этого взрываются в сверхновую. Железная звезда, которая состоит полностью из железа, но, тем не менее, продолжает парадоксальный выброс энергии. Но каким же образом? С помощью туннельного эффекта. Туннельный эффект – феномен, при котором частица преодолевает барьер, который при обычных условиях она бы не смогла преодолеть. Например: если вы кинете мячик об стену, обычно он ударится об неё и отскочит. Однако, согласно квантовой механике, существует небольшой шанс, что мяч пролетит сквозь стену и ударится о человека, стоящего позади стены. Это пример квантового туннелирования. Конечно, вероятность такого случая бесконечно мала, но на атомном уровне такое происходит достаточно часто – особенно в таких огромных объектах, как звёзды. Обычно, для того чтоб синтезировать железо, необходимо большое количество энергии, так как в нём присутствует некоторый барьер, предотвращающий синтез – это значит, что железо поглощает больше энергии, чем отдаёт. При туннельном эффекте железо может синтезироваться без того, чтобы поглощать энергию. Для облегчения понимания представьте два небольших мячика, катящихся навстречу друг другу, а при столкновении они вдруг становятся одним целым. Обычно такое слияние потребовало бы огромную энергию, но туннелирование позволяет производить его без энергии вообще. Синтез железа через туннельный эффект, явление очень редкое, поэтому железная звезда должна была бы обладать невероятно большой массой, чтоб в ней постоянно проходила реакция ядерного синтеза. По этой причине, и потому что железо достаточно редкий элемент во Вселенной – считается, что до появления первой железной звезды пройдёт 1 квингентиллион лет (10 в 1503 степени). 



2. Квази-Звезда

«Мерцай, мерцай, квази-звезда! Далека ты, иль близка?Так отлична от других,Светом ослепляешь их.Мерцай, мерцай, квази-звезда!

В мыслях, я с тобой всегда»

Георгий Антонович Гамов, «Квазар», 1964 год. Гипергиганты – самые большие из звёзд, обычно превращаются в чёрные дыры, масса которых в десять раз больше массы нашего Солнца.

Естественно возникает вопрос: откуда могут появляться сверхмассивные чёрные дыры в центре галактик, массой в миллиард звёзд? Ни одна обычная звезда не может быть настолько большой, чтоб породить такого монстра! Конечно, можно подумать, что чёрные дыры постепенно разрастаются, поглощая материю, но, вопреки широко распространённому мнению, это очень медленный процесс. Более того, большинство сверхмассивных чёрных дыр образовались в первые несколько миллиардов лет жизни нашей Вселенной, что не дало бы достаточного времени любой обычной чёрной дыре разрастись до тех монстров, которые можно увидеть сейчас. Согласно одной из теорий, первые звёзды третьего поколения, которые были больше нынешних гипергигантов и состоящие из гелия и водорода, быстро погибали и создавали огромные чёрные дыры, которые впоследствии соединялись в одну сверхмассивную чёрную дыру. Согласно другой, более вероятной, теории сверхмассивные чёрные дыры – «дети» квази-звёзд. В первый миллиард лет, во Вселенной передвигались огромные облака гелия и водорода. Если материя, содержащаяся в этих облаках, достаточно быстро сжималась – она могла породить большую звезду с небольшой чёрной дырой в центре – квази-звезду, яркостью в миллиард звёзд. Обычно такой сценарий бы привёл к образованию сверхновой звезды, после чего «оболочка» звезды и окружающая её материя вырвалась бы в окружающий космос. Но, если облако материи, окружающее звезду, достаточно большое и плотное, материя выдержит взрыв и начнёт поглощаться чёрной дырой. «Подкормленная» огромным объёмом материи чёрная дыра разрослась бы до огромных размеров за небольшой промежуток времени. В качестве примера: представьте, что у вас есть небольшая бомба, окруженная картоном. Если бомба взорвётся, как суперновая, картон улетит, а чёрная дыра, образовавшаяся в результате взрыва, не смогла бы поглотить материю. Но, если вместо картона будет толстый слой бетона, взрыв не смог бы сдвинуть стену, которую бы впоследствии смогла бы поглотить чёрная дыра.

1. Бозонная звезда

Во вселенной существуют два типа частиц: бозоны и фермионы. Самым простым отличием между ними является то, что фермионы являются частицами с полуцелым значением спина, в то время как бозонные частицы обладают целым значением спина. Все элементарные и составные частицы, такие как электроны, нейтроны и кварки являются фермионами, в то время как к бозонам относятся фотоны и глюоны. В отличие от фермионов, два или более бозона может находиться в одном месте. Чтоб облегчить понимание: фермионы это здания, а бозоны это призраки. В одном месте может находиться одно здание, так как невозможно построить два здания на одном и том же месте, но тысячи призраков могут находиться в одном месте или здании, так как они нематериальны (у бозонов на самом деле есть масса, это всего-лишь пример). Количество бозонов в одном месте неограниченно. Все известные звёзды состоят из фермионов, но если существуют стабильные бозоны, обладающие некоторой массой, то гипотетически могут существовать и бозонные звёзды.

Учитывая, что гравитация зависит от массы, представьте, что может случиться, если существует такой тип частицы, что в одной точке пространства может сосуществовать бесконечное количество частиц такого типа.

Вернувшись к нашему примеру – представьте, что каждый призрак обладает какой-то, даже небольшой массой, а теперь поместите миллиарды призраков в одну точку – получится точка, обладающая огромной массой, которая будет притягивать другие объекты своей огромной гравитационной силой.

Таким образом, бозонные звёзды могут обладать бесконечной массой, сконцентрированной в бесконечной малой точке пространства. Согласно теориям, бозонные звёзды, если они существуют, расположены в центрах галактик.

Поделись позитивом с друзьями! Спасибо! 🙂  

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт фото и видео приколов БУГАГА.РУ, как незарегистрированный пользователь. Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться, либо зайти на сайт под своим именем.

Зарегистрированные пользователи имеют ряд преимуществ, в том числе могут комментировать посты и почти не видят рекламу.

Источник: https://bugaga.ru/interesting/1146736461-10-zvezd-kotorye-porazyat-vashe-voobrazhenie.html

Что такое гипотетические астрономические объекты? Звёзды

Бозонная звезда

Космическая эра началась недавно — всего каких-то 60 лет назад, когда были запущены первые орбитальные аппараты и первые космонавты.

Сегодня глубины Вселенной «просматриваются» мощнейшими телескопами, а в окрестностях планет Солнечной Системы выполняют свою миссию разные автоматические станции.

Но даже соседка Луна пока ещё не раскрыла всех своих тайн, чего уж говорить о более дальних масштабах!

В общем, астрофизики решили идти по принципу древних мифотворцев, которые, не зная, что за существа обитают на «краю земли», включали воображение и описывали их в виде огнедышащих драконов и прочих фантастических чудовищ. Надо сказать, в науке смелые гипотезы не только не возбраняются, а ещё и приветствуются. Достаточно вспомнить планету Нептун, которую сначала вычислили на бумаге, а уж затем обнаружили на небе.

Теперь пожелаем успехов нашим учёным в творчестве такого рода и расскажем о самых необычных гипотетических звёздах.

Кварковая звезда. Сверхновая после взрыва превращается либо в плотную нейтронную звезду, либо в чёрную дыру. Однако не всё так просто, как может показаться на первый взгляд.

Согласно расчётам, имеется и третий вариант — «кварковая звезда», которая полностью состоит из кварк-глюонной плазмы. Это астрономическое тело намного плотнее нейтронной звезды, но недостаточно плотное для «схлопывания» в чёрную дыру.

Другими словами, оно занимает промежуточное положение.

По мнению астрономов, кварковые звёзды образуются под воздействием колоссального давления, когда нейтроны распадаются на входящие в их состав кварки. Поиски таких объектов могут помочь в познании процессов, которые проходили на ранних этапах развития Вселенной, ведь тогда она была заполнена кварковой материей, только разогретой до триллионов градусов.

Преонная звезда. Есть гипотеза, которая гласит, что кварки и лептоны не являются фундаментальными частицами, а состоят из преонов — частиц глубочайшего уровня.

Если это так, то по аналогии с кварковыми звёздами могут существовать и преонные звёзды с более чудовищной плотностью (1020 г/куб.см). Грубо говоря, такая звёздочка при радиусе в 175 метров будет иметь массу двух Солнц.

Поскольку в теории преонная звезда не испускает излучения, её удастся обнаружить только посредством эффекта гравитационной линзы.

Бозонная звезда. Этот объект целиком и полностью состоит из бозонов (обычные звёзды состоят в основном из фермионов).

Главное условие для жизни подобной диковинки — бозоны должны обладать хотя бы небольшой массой и при этом быть стабильными.

Но на сегодняшний день известно только об одном стабильном представителе данного типа частиц — фотоне. Увы, он безмассовый и к тому же всегда «летает» со скоростью света.

Бозонные звёзды, по крайней мере, гипотетически могут находиться в центрах галактик. Также они рассматриваются в качестве компонента, составляющего тёмную материю.

Железная звезда. Термоядерные реакции, при которых лёгкие атомные ядра преобразуются в более тяжёлые, являются основным источником звёздной энергии.

Они протекают следующим образом: водород превращается в гелий, гелий — в углерод, углерод — в кислород, кислород — в кремний, и, наконец, кремний — в железо.

Синтез железа требует больше энергии, чем выделяется, поэтому железо — последняя стадия.

Добрая половина звёзд умирает еще до «возгорания» углерода, остальные же, достигнув этой или следующей ступени, взрываются в виде сверхновой. Но может ли существовать звезда, полностью состоящая из железа и при этом вырабатывающая энергию?

Да, в теории может — за счёт холодного нуклеосинтеза, идущего путём эффекта квантового туннелирования. Это когда частица преодолевает барьер, который в обычной жизни преодолеть бы не смогла.

Например, если вы бросите резиновый мячик в бетонную стену, он отскочит, ударившись об неё.

Но в квантовой механике есть маленький шанс, что мячик пройдёт сквозь стену и стукнет по макушке человека, которому не повезло оказаться позади стены.

Железная звезда должна быть невероятно массивной, чтобы в ней постоянно шли термоядерные реакции. Поскольку железо — довольно редкий по космическим меркам элемент, считается, что первая железная звезда появится через 101500 лет, что значительно больше нынешнего возраста Вселенной.

Квази-звезда. Такие гипотетические объекты могли существовать исключительно в ранней истории Вселенной. Эти древние звёзды черпают энергию вовсе не из термоядерных реакций, как их современные «сородичи», а светятся благодаря излучению, которое генерируется в результате засасывания материи в черную дыру.

По сути, квази-звезда — это огромная протозвезда (находящаяся на заключительном этапе своего формирования) с небольшой чёрной дырой в центре. Оболочка такой звезды настолько массивная, что при взрыве она не рассеивается в окружающем космосе, как это происходит с обычными сверхновыми.

Для того чтобы лучше понять принцип излучения квази-звезды, в качестве наглядного примера возьмём петарду, окружённую тончайшей бумагой.

Если петарда взорвётся, бумага улетит в сторону, и чёрная дыра, возникшая в результате взрыва, не сможет её поглотить.

Но если окружить петарду слоем кирпича, взрыв не разрушит столь прочный материал, и впоследствии он будет «съеден» чёрной дырой. Такая «подкормка» сопровождается огромным выделением лучистой энергии.

Каждый раз, когда мы восторженно глядим на миллиарды сверкающих звёзд, невольно задаёмся вопросом: «Какие же тайны скрывает Космос?» Вполне естественно, что большинство увлекательных объектов находится за пределами возможностей наших технологий. И пока их не удаётся обнаружить напрямую, учёные будут строить гипотезы. галактика, исследования, космос, звезды, вселенная

Источник: https://ShkolaZhizni.ru/world/articles/69840/

Q-звезды или серые дыры – объекты с идеальной бозонной конфигурацией

Бозонная звезда

Сегодня мы снова вам будем рассказывать о гипотетических объектах, которые могут в той или иной мере населять нашу Вселенную. Речь в данном видео пойдет об объекте, который получил название Q-звезда (по-английски — Q-star).

Оговоримся сразу же, что это тема в научном мире, несмотря на то, что не новая, является достаточно не раскрытой в полной мере, а поэтому доходчивой информации на этот счет очень мало.

Попытаемся рассказать Вам об этом с максимальной простотой, хотя сделать это будет крайне не просто, поскольку в этом будут задействованы специфические термины квантовой физики.

Итак, начнем с того, что самым стабильным ядром атома является ядро, то есть, нуклид Никель-62, а не, кстати, Железо-56, как почему-то ошибочно считают многие.

Никель-62 – это самый стабильный изотоп с самой высокой энергией связи из расчета на один нуклон из всех известных ныне науке нуклидов, а это чуть меньше, нежели 8,8 мегаэлектронвольта.

Это объясняется практически идеальной конфигурацией этого нуклида, состоящего из 62 нуклонов, а именно 28 протонов и 34 нейтронов.

Примерно в конце 60-х годов прошлого века в научном мире стали появляться публикации физиков-теоретиков о конфигурации заряженного скалярного поля, которое являются классически стабильными и устойчивым к, разного рода, возмущениям. Чуть позже появились и теории о том, что может быть, если аналогии конфигурации ядра Никеля-62 перенести в квантовую физику и создать подобную конфигурацию только уже с участием бозонов.

Такая бозонная конфигурация получила название Q-шар (по-английски — Q-ball). По мнению теоретиков, она может возникать в теории бозонных частиц, когда между ними существует притяжение.

Если объяснять грубо, то Q-шар представляет собой сферу конечного размера, содержащую неограниченно большое количество подобных частиц.

Эта сфера будет необычайно устойчивой к делению на более мелкие составляющие или же к «испарению» путем эмиссии из шара отдельных частиц, потому что этот шар или сфера будет иметь оптимальную конфигурацию с наименьшей энергией из этого числа частиц.

Если брать теоретическую физику, то ее словами, Q-шар – это тип нетопологического солитона, то есть, конфигурации поля, которая обладает, так называемым, законсервированным Нётеровским зарядом и устойчивостью к превращению в обычные частицы этого поля.

Иными словами, эта конфигурация очень стабильна — она не может распространяться и рассеиваться. Нетопологическому солитону стабильность обеспечивается сохраняющимся зарядом.

Такой солитон будет имеет более низкую энергию на единицу заряда, чем это можно наблюдать в любой другой конфигурации.

В физике заряд, то есть, сохраняющееся квантовое число часто обозначается буквой «Q», а учитывая то, что солитон является сферически симметричным, то отсюда проистекает и название его типа — Q-шар, а поскольку его принцип положен и в теорию гипотетических астрономических объектов, о которых мы попытаемся чуть подробнее рассказать ниже, то и их название будет содержать латинскую букву «Q». Однако в то же время Q-звезды не стоит путать с кварковыми звездами, природа которых будет отличной от них. Кроме этого, Q-звезды, по своей теоретической природе, будут несколько отличатся от черных дыр, хотя по ряду косвенных признаков должны быть очень сильно похожи на них. Не являются они и планковскими черными дырами или максимонами, хотя в ряде источников в обозначении этих теоретических объектов иногда используется латинская буква «Q». Ну и наконец, Q-звезды ничего общего, кроме, собственно, частиц, из которых состоят, не имеют с бозонными звездами, о которых мы Вам уже рассказывали в одном из наших выпусков ранее.

А вообще название «Q-шар» и доказательство квантово-механической устойчивости, то есть устойчивости к туннелированию в конфигурации с более низкой энергией, исходят от американского физика-теоретика Сидни Ричарда Коулмана (Sidney Richard Coleman), который долгое время занимался этой темой.

В конце прошлого века американский физик и космолог Александр Кусенко предположил о том, что темная материя может состоять из Q-шаров. По мнению ученого, они должны возникать в общем случае в суперсимметричных теориях поля и их природа должна быть, действительно, суперсимметричной. А раз так, то Q-шары могли зародиться в ранней Вселенной и дожить в космосе до настоящего ее возраста.

Стоит отметить, что ранее в теоретических моделях Q-шарам также отводили важную роль в бариогенезе, то есть, происхождении материи, наполняющей нашу Вселенную. Однако далее начальных предположений, данная теория своего продолжения не нашла.

К выше сказанному, пожалуй, стоит добавить и то, что тему Q-шаров в современном искусстве можно встретить в британско-американском научно-фантастическом фильме режиссера Дэнни Бойла «Солнечный свет».

По сюжету фильма, Солнце неожиданно начало преждевременно остывать и угасать, причиной этому стало, так сказать, «заражение» нашего светила Q-шаром, по другой версии — Q-звездой.

Кроме этого, в вымышленной компьютерной вселенной Рукав Ориона Q-шары являются одним из предполагаемых источников большого количества антивещества.

Как оказалось, астрофизики не стали стоять в стороне от темы Q-шаров, поэтому за последние два десятилетия появилось несколько концепций гипотетических объектов на их основе, которые получили общее название Q-звезд или серых дыр (по-английски – Gray hole). Сейчас существует три теоретических направления или ответвления по этим объектам, которые, по сути дела, определяют их три теоретических типа, объединенных общим термином.

По самой простой теории, Q-звезда представляет собой компактную, но тяжелую нейтронную или кварковую звезду с экзотическим состоянием вещества, частично или полностью сформированным по принципу конфигурации Q-шара. Подобные объекты должны образовываться на конечной стадии эволюции обычных звезд после того, как они будут взрываться сверхновыми.

Бозонная конфигурация в таких нейтронных звездах будет их удерживать от коллапса до сингулярности, то есть, классических черных дыр, но при этом существенных отличий во внешней наблюдаемой природе от них у таких объектов не будет. Кандидатом на подобный объект теоретики почему-то считают бинарную систему V404 Лебедя (по-латыни — V404 Cygni).

Ее наиболее ярые и оптимистически настроенные приверженцы теории уже поспешили назвать «Объект Q1 Лебедя». Данная система состоит из релятивистского объекта с массой от 9 до 15 солнечных и желтого или оранжевого гиганта-донора, с околосолнечной массой и с которого к компаньону аккрецируется вещество.

По мнению некоторых ученых, релятивистский объект, как раз, и является Q-звездой или серой дырой, но ни как не черной, как считает сейчас большинство специалистов.

Механизм формирования в данном случае такой Q-звезды остается до конца неясным. Видимо по этому, еще одно теоретическое ответвление предполагает поглощение в процессе своей жизни нейтронной звездой одного или нескольких Q-шаров.

Во втором варианте: поглощение такого шара или шаров еще звездой-прародительницей нейтронной звезды, как это произошло, собственно, с нашим Солнцем по сюжету упомянутого выше фильма «Солнечный свет». Именно поглощенные Q-шары добавят нейтронной звезде массы, однако от неизбежного коллапса до черной дыры все же уберегут ее, благодаря опять же таки своей исключительной конфигурации.

Предполагается, что Q-шары в нейтронных звездах будут иметь большое барионное число, поэтому для них заготовили новый термин – В-шар (по-английски B-ball).

И наконец, третье теоретическое ответвление в концепции Q-звезд.

По ней, Q-звездами являются, по сути дела, сами Q-шары, которые в свободном состоянии в изрядном количестве сейчас населяют космос, зародившись еще на начальных стадиях формирования нашей Вселенной сразу же после Большого Взрыва.

В эволюционном плане такие Q-звезды будут довольно стабильны по времени, а поэтому как-то предположить срок их жизни и последующий механизм возможного распада практически невозможно.

Нам сейчас трудно судить о жизнеспособности теории Q-звезд, а также о том, существуют ли они во Вселенной или нет.

В то же время, если они и существуют, то являются весьма опасными субстанциями, поскольку до неимоверности непредсказуемо должны влиять на классические и ставшими уже для нас тривиальными объекты, включая наше Солнце и окружающие нас ближайшие звезды.

Как знать, может они, действительно, способны погасить звезду главной последовательности, ускорив ее эволюционный процесс, как это показано в фильме «Солнечный свет»? Если так, то нынешнему поколению землян не стоит расслабляться по поводу запасов водорода в ядре нашего светила еще примерно на 4 миллиарда лет?

Ранее сообщалось о том, что Израиль планирует отправить на Луну свой космический аппарат.

Источник: http://news-important.ru/q-zvezdy-ili-serye-dyry-obekty-s-idealnoj-bozonnoj-konfiguraciej/

Booksm
Добавить комментарий