Кварковая звезда

Кварковые звёзды маскируются под рядовые пульсары

Кварковая звезда

Удивительные вещи порой открываются в «бумажных» научных исследованиях. Новая работа американских физиков обосновывает существование странных звёзд, словно бы мимикрирующих под нейтронные, но таковыми не являющихся.

Прашант Джаикумар (Prashanth Jaikumar) из американской национальной лаборатории Аргонн (Argonne National Laboratory) и его соавторы из национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory) — Санджей Редди (Sanjay Reddy) и Эндрю Стейнер (Andrew Steiner) — опубликовали в Physical Review Letters теоретический анализ структуры так называемых «Странных кварковых звёзд» (strange quark star).

Эти гипотетические объекты состоят из кварковой материи. Они компактны и тяжелы, и в этом отношении являются ближайшими родственниками нейтронных звёзд. Собственно, предполагается, что некоторые нейтронные звёзды при ряде условий могут превращаться в странные кварковые.

Тут нужно пояснить, что из кварков состоят обычные частицы (протоны, нейтроны и так далее). Но под кварковой материей в данном случае понимается «каша» из свободных кварков, не образующих никаких элементарных частиц.

Ранее учёные в своих выкладках сходились на том, что если кварковые звёзды и существуют (что пока не доказано), то они обладают огромным градиентом плотности на поверхности (1026г/см4), большим электрическим полем (там же) и чрезвычайно высокой яркостью.

Однако авторы новой работы развили теорию строения странных кварковых звёзд, по которой на их поверхности нет ни сверхсильных полей, ни столь высокого градиента плотности.

Джаикумар сотоварищи придумали и смоделировали гипотетическую «гетерогенную кору» странной звезды, состоящую из разрозненных «крупиц» или «кусков» странной кварковой материи, вложенных в однородный «фон» из электронов.

Какие могут быть интересные следствия из расчётов теоретиков? Они говорят, что, возможно, мы давно наблюдаем кварковые звёзды, но не знаем об этом. Они, мол, составляют некоторую часть из известных нам нейтронных звёзд, которые на самом деле, выходит, и не нейтронные вовсе.

Также авторы исследования утверждают, что по внешним признакам (читай — излучению) отличить нейтронную звезду от кварковой будет намного сложнее, чем предсказывали все прежние физические модели. Эти звёзды для наших приборов — очень похожи.

В то же время, американцы говорят о возможных путях вычисления кварковых звёзд среди населения нейтронных. Например, по модели Джаикумара и его коллег выходит, что кварковые звёзды охлаждаются чуть быстрее, чем нейтронные. А значит, при равном возрасте они будут холоднее нейтронных.

И что вы думаете? Именно такое открытие было сделано совсем недавно – астрономы нашли пульсар, который значительно холоднее обычных. Может быть, гипотеза американцев и вправду верна?

Джаикумар, Редди и Стейнер объясняют, на что похожа поверхность странной звезды.

В традиционном представлении поверхность эта очень гладкая. Но авторы новой работы полагают, что поверхность странной звезды можно сравнить с поверхностью воды, в которую добавили моющее средство. Это уменьшает поверхностное натяжение, позволяя формироваться мыльным пузырям.

Говоря упрощённо, в странной звезде из кварковой материи состоят как раз эти самые «пузыри», плавающие в море электронов. «До сих пор учёные, рассматривающие модели странных звёзд, упускали из виду силы поверхностного натяжения» — говорит Джаикумар.

По его расчётам выходит, что хотя ядро у странной звезды и чрезвычайно плотное, поверхность её — не столь плотная, как считали астрофизики ранее.

Вот традиционное представление интерьера нейтронной звезды (слева) и кварковой звезды (справа). Красные кружки – верхние кварки, зелёные – нижние кварки, синие – странные кварки. Слева показано, что кварки заключены в нейтронах (так называемый confinement), справа – что они свободны и перемешаны (иллюстрация с сайта chandra.harvard.edu).

Нужно вспомнить, что и наши старые знакомые, то есть — нейтронные звёзды, это вовсе не десятикилометровые шары из нейтронов, прижатых друг к другу силами гравитации.

На самом деле, строение таких тел очень сложное и, судя по всему, показывает множество слоёв, отличных по составу.

Например, учёные сходятся на том, что на поверхности нейтронных звёзд существует металлическая кора (толщиной порядка пары километров).

Некоторые нейтронные звёзды имеют столь сильные магнитные поля (в триллион раз больше земного), что их выделяют в отдельную группу — магнетары. Магнитное поле создаёт в их коре сильнейшее механическое напряжение.

А поскольку система не статична, время от времени наступают моменты, когда в определённой точке кора лопается, давая трещину и вызывая звездотрясение, словно по поверхности нейтронной звезды, как по колоколу, ударили гигантским молотом.

Это звездотрясение сопровождается мощной и короткой вспышкой гамма излучения — гамма-взрывом. Его могут зафиксировать приборы.

Так, к примеру, в декабре 2004 года рекордно сильное звездотрясение, с разломом коры (как сообщали исследователи), испытал магнетар SGR 1806-20. Анализ гамма-излучения даже позволил определить частоту колебаний «коры-колокола» — около 100 герц. Кстати, во время этой гамма-вспышки выделилась энергия, которую Солнце излучает за 150 тысяч лет.

И вот ещё в тот раз учёные, анализировавшие данные со спутников, говорили, что наблюдения за такими звездотрясениями – это один из важных путей, чтобы наконец-то выяснить их (нейтронных звёзд) структуру (аналогично тому, как землетрясения «просвечивают» нашу планету) и, отметьте, способ понять — есть ли в глубинах этих объектов странная кварковая материя.

До сих пор точно это не установлено.

Между тем, один из самых активных и давних исследователей нейтронных звёзд Норман Гленденнинг (Norman Glendenning) из американской лаборатории Беркли (Berkeley Lab) считает: строение нейтронной звезды сложнее и интереснее не только того, как его представляет себе среднестатистический обыватель, но даже и того, о чём говорит большинство современных физиков.

Его теорию нейтронных звёзд мы подробно излагали в этом материале.

Как и Джаикумар с соавторами, в своей теории Норман даёт ряд ключей, по которым, по его мнению, можно разобраться всё-таки — каковы нейтронные звёзды.

Так вот совпадение (или закономерность?) — Гленденнинг тоже считает, что в глубинах нейтронных звёзд формируется кварковая материя, где нет ни протонов, ни нейтронов (давших, собственно, таким звёздам наименование), ни электронов, а есть лишь одни свободные кварки, да глюоны.

И ещё о моделях. Сейчас появилось сразу несколько версий состава начинки сверхплотных объектов, типа нейтронных и кварковых звёзд.

А это уже рисунок из работы Фридолина Вебера, в которой он описывает различные типы сверхплотных объектов. Пояснения в тексте (иллюстрация с сайта arxiv.org).

Здесь появляются уже такие интересные понятия, как протонная сверхпроводимость и цветная сверхпроводимость (основанная на спаривании кварков, а не электронов или протонов). Даже рождаются новые гипотетические типы этих сверхплотных звёзд (смотрите рисунок):

1 — Традиционная нейтронная звезда;

2 — Нейтронная звезда с пионным конденсатом (это почти обычная нейтронная, но с ядром из отрицательных пионов);

3 — Нуклонная звезда (почти такая же, как традиционная нейтронная, но с ядром из отрицательных каонов);

4 — Странная звезда. За исключением железной коры, которая, видимо, одинакова вообще для всех объектов в этой серии, она состоит из кварков, возможно, в состоянии цветной сверхпроводимости;

5 — Гиперонная звезда (соответственно, почти как простая нейтронная, но с ядром из гиперонов);

6 — Кварк-гибридная звезда (как обычная нейтронная, но с ядром из кварковой материи, то есть – такая, о которой говорил ещё Гленденнинг);

Кроме того, на рисунке указаны: 7 – металлическая кора; 8 – водородно-гелиевая атмосфера; 9 – тонкий слой сверхтекучей нейтронной жидкости; 10 – слой сверхпроводящих протонов.

Подробное описание всех этих звёзд и фазовых переходов вещества в них вы можете найти в этой новой работе Фридолина Вебера (Fridolin Weber) из университета Сан-Диего (San Diego State University) — PDF-документ.

Итак, если разным исследователям приходят в голову сходные мысли, значит, есть шанс, что они небеспочвенны?

Ждём от астрономов открытия странных звёзд.

  • Открытый космос
  • нейтронные звёзды
  • пульсары
  • звёзды

Источник: http://www.membrana.ru/particle/507

Суперэкзотические объекты Вселенной. Кварковая звезда

Кварковая звезда

Звездное небо ещё в глубокой древности зачаровывало людей. Древних философов оно вдохновляло на построение теории мироздания, античные поэты видели там очертания персонажей греческой и римской мифологии, а астрономы пытались понять природу этих загадочные ночных огней, горящих холодным светом сотни и тысячи лет подряд.

С тех пор минуло много веков. Знания, полученные за это время помогли людям приблизиться к понимаю природы звёзд и звёздных скоплений. Но как оказалось, что чем больше мы узнаём о Вселенной, тем больше загадок она нам преподносит. Давайте же сегодня поговорим об экзотических объектах.

Причём не о тех, которые у всех на слуху — нейтронные звёзды, чёрные и белые дыры, тёмная материя и энергия, а о совсем экзотических, в основном построенных на теоретических изысканиях, т.е. требующих подтверждения своего существования.

Но это ничего, ведь и чёрные дыры с нейтронными звёздами сравнительно недавно покинули категорию объектов, существующих только теоретически.

Итак, начнём.

Звёзды рождаются живут и умирают по различным сценариям, но всё же большинство из них на завершающем этапе своей жизни должно превратиться либо в белого карлика, это участь звёзд типа нашего Солнца, либо в нейтронную звезду, это в том случае, если её масса не превысит предел Чандрасекара, а уже если звезда совсем массивная, то её ждёт участь чёрной дыры — гравитационной могилы, объекта откуда обратно ни свет, ни материя уже выбраться не могут.

Но как оказалось, возможен ещё один удивительный вариант. Бывают такие звёзды, которые по массе немного не дотягивают до того, чтобы схлопнуться в чёрную дыру. Сильнейшая гравитация при этом будет стараться сжать такой объект до состояния сингулярности, но нейтроны, подчиняясь принципу Паули не дают этого сделать и звезда становится равновесной.

Довольно долго считалось, что такие нейтронные звёзды будут очень долго оставаться равновесными, остывая на протяжении триллионов лет.

Однако по мере того, как менялись представления о физике материи, учёные начали высказывать предположение о том, что может существовать особый тип звёзд, который мог бы появиться, если бы дегенеративное давление нейтронного ядра прекратилось.

При том, колоссальном давлении, которое существует в центре такого объекта, материя приобретает совершенно экзотические свойства.

Например, температура в центре звезды может достигать 100 миллионов градусов, нейтроны будут в таких условия сверхтекучими, а протоны сверхпроводящими и это будет самый высокотемпературный сверхпроводник! Плотность материи там будет превышать плотность атомного ядра, булавочная головка в миллиметр диаметром будет весить миллиард тонн! Но самое интересно в данном случае это то, что при таких условиях нейтроны скорее всего будут распадаться на кварки.

Путь образования кварковых звезд — это фазовый переход от адронной к кварковой материи в недрах субкритических по массе нейтронных звезд. Для иллюстрации данной теории иногда привлекают элементарные геометрические выкладки.

Если мы знаем размер и массу нуклона, то будет легко себе представить, что уже в атомных ядрах, находящихся в обычных условиях, с плотностью около 280 миллионов тонн на миллилитр нуклоны почти соприкасаются.

Представляется вполне естественным, что при намного более высокой плотности во внутреннем ядре тяжёлой нейтронной звезды нуклоны будут попросту раздавлены и кварки смогут свободно перемещаться по всему внутреннему ядру звезды.

Объединение кварков по три в нуклоны перестаёт существовать, и образовавшееся вещество можно рассматривать как кварковую жидкость или некий кварковый бульон.

Вторым вариантом существования кварковых звёзд могут быть странные реликтовые объекты, сохранившиеся с времён начала нашей Вселенной.

Первое упоминание о кварковых звездах было сделано в заметке Ито 1970 года, а в 1971 году Бодмер показал возможность существования странного кваркового вещества, составленного из трех типов кварков — u, d и s.

Если составить вещество только из кварков u и d, то оно при низком давлении распадется на обычные нуклоны, а странное кварковое вещество устойчиво даже при нулевом давлении.

Особую популярность эта идея приобрела после появления в 1984 году статьи Виттена о кварковых крупицах — сгустках невидимого кваркового вещества, составленного из u, d и s-кварков, которое может быть стабильным.

Согласно Виттену, такие крупицы (их еще называют «странглеты», или «страпельки») могли остаться во Вселенной после Большого взрыва и образовать темную материю, а объединяясь под действием гравитации, они могли бы сформировать кварковые звезды. Другое название таких звезд — странные звезды.

До настоящего времени существование кварковых звёзд считается не доказанным. При этом продолжается отбор пульсаров в кандидаты в кварковые звёзды. Одним из таких пртендентов считается быстро вращающийся пульсар XTE J1739-285.

Ещё одним кандидатом в кварковые звёзды считается объект RX J1856.5-3754. Первоначально считалось что это нейтронная звезда, однако в 2002 году Дж.

Дрейк с коллегами с помощью уточнённых данных, полученных телескопом «Чандра», предположил, что тело может быть кварковой звездой, удалённой от Солнечной системы на расстояние около 400 световых лет, с радиусом 3,8—8,2 км (против 12 км у нейтронной) Это предположение, однако, впоследствии не подтвердилось.

Ещё одного кандидата предложили астрономы из канадского университета в Калгари. Он считают, что остаток яркой сверхновой, обнаруженной 18 сентября 2006 года SN 2006gy, возможно, является кварковой звездой. Но тем не менее поиски идут и шансы того, что кварковые звёзды будут найдены, постепенно увеличиваются.

Читайте так же о других экзотических объектах — преонных звёздах

Если вам понравилась статья, подписывайтесь на канал, ставьте лайки, это позволяет автору создавать больше интересных материалов и глубже раскрывать суть тематики канала о Вселенной.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a14ab71fd96b1d4d0dfb37a/5af9e6144bf1619ffff88bb2

Кварковые звезды — самые странные звезды

Кварковая звезда
Кварковые звезды

Век звёзд немыслимо долог по меркам человеческой жизни, но вовсе не безграничен, и казавшееся вечным небесное светило однажды заканчивает свой путь. Итог жизни звезды определяется её массой, и, стало быть, силой гравитации собирающей вещество звезды вместе.

Пока звезда активна, колоссальное давление и температура поддерживают котел термоядерной реакции в её недрах, перегоняя водород в гелий и дальше по таблице Менделеева, вплоть до железа. Порождаемое термоядерной реакцией излучение раздувает звезду изнутри, не давая её внешним слоям провалиться внутрь, сложившись вместе.

Именно поэтому звезды настолько огромны.

Но что происходит, когда термоядерная реакция заканчивается? Заканчивается потому, что все легкие элементы истощились. Звезды массой до полутора солнечных, становятся белыми карликами — звездами, сжатие которых остановлено взаимодействием электронов между собой.

Непрерывно двигающиеся электроны удерживают атомные ядра, не давая им провалиться под силой гравитации. Но давление электронов ограничено скоростью света, и поэтому при превышении звездой массы в 1.5 массы Солнца, электроны уже не в силах сдержать коллапс.

В таком случае жизнь звезды заканчивается мощнейшим взрывом, когда часть материи развеивается в пространстве, а оставшаяся коллапсирует под действием силы тяжести.

И если масса звезды превышает солнечную более чем в десять раз, то силу гравитации не в силах удержать уже ничто и звезда коллапсирует в объект бесконечной плотности — черную дыру.

Взрыв звезды

А если масса звезды лежит в диапазоне от 1.5 до 10 масс Солнца? Если эта масса от 1.5 до 3 масс Солнца, то дальнейший путь четко определён — это нейтронная звезда. Звезда, сжатие которой остановлено самими соприкоснувшимися атомными ядрами.

Протоны и электроны при этом вдавливаются друг в друга, образуя нейтроны. Именно поэтому нейтронные звезды и называются нейтронными, потому что состоят преимущественно из нейтронов. Такие звезды, по сути своей являются одним колоссальным атомным ядром.

Плотность этих звезд немыслима, крупица вещества такой звезды весит больше горного хребта, при массе в полторы солнечных её радиус около 11-13 километров. А само вещество проявляет очень интересные свойства.

Главной силой внутри них становится сильное взаимодействие, которые и удерживает в обычных условиях протоны и нейтроны внутри ядра, не позволяя им разлететься.

Различия нейтронной и кварковой звезды

Например, нейтроны в её ядре обладают сверхтекучестью, а протоны являются сверхпроводниками. Поверхность такой звезды скрыта под океаном глубиной в несколько сотен метров.

А дно океана представляет собой кору толщиной в несколько километров. Эта кора состоит из атомных ядер, которые застыли в электронном газе. А между ядром и поверхностью нейтроны образуют сложные структуры вроде трубок или плоских слоёв.

По некоторым гипотезам, на их основе даже возможно существование особой, нейтронной жизни.

Образование кварковой звезды

А как быть с теми звездами, чья масса больше 3 солнечных, но меньше 10? Здесь всё становится ещё интереснее, а вернее страннее. Атомные ядра уже не в состоянии сдерживать силу гравитации, и они сдавливаются ещё сильнее, распадаясь на составные части — кварки. Нейтроны и протоны состоят из двух видов, up и down кварк.

Но помимо них также существуют их сородичи, так называемые странные кварки. Смешиваясь под действием гравитации в сплошной кварковый суп, образуется странное вещество. Если получившаяся звезда состоит только из up и down кварков, она является кварковой.

Если же примешиваются странные кварки, то и звезду можно назвать странной. Кварковое вещество обладает свойствами ещё более интересными, чем нейтронное. Так кварковые звезды могут иметь свойство «цветной сверхпроводимости» связанное с ещё одним параметров кварков — цветом.

На поверхности таких звезд свирепствуют чудовищные электрические поля, своей силой способные соперничать даже с гравитацией.

Кандидаты

Нейтронная звезда (бледная синяя точка прямо в центре) RX J1856.

5-3754 — один из кандидатов в кварковые звезды

Но как же обнаружить кварковые звезды? А это очень затруднительно, ведь они могут быть покрыты слоем нейтронного вещества, и со стороны казаться обычной нейтронной звездой. Но такие способы имеются.

Одним из таких является большая скорость остывания кварковой звезды по сравнению с нейтронной. Другим способом является сравнение мощности взрыва сверхновой, взрыв кварковой сверхновой является одним из самых мощных всплесков энергии во вселенной.+

Одним из кандидатов на кварковые звезды является RX J1856.5-3754, нейтронная звезда, находящаяся всего в 150 световых годах от Солнца, чей размер значительно меньше, чем свойственно нейтронным звездам.

Другой же кандидат, звезда 3C58, отличается слишком высокой скоростью остывания для нейтронной звезды. Но этих данных все равно недостаточно, для признания существования кварковых звезд. Можно лишь признать, что эти кандидаты не похожи на правильные нейтронные звезды.

Но не то, что они являются именно кварковыми звездами, которые так и остаются лишь гипотетическими космическими объектами.

Полная версия: https://spacegid.com/kvarkovyie-zvezdyi.html

Читайте и смотрите нас там, где удобно!

:https://.com/space_astro
:https://.com/astrogid
Instagramm:https://www.instagram.com/spacegid/
:https://ok.ru/group/52581467685067
:https://www..com/spacegid
Telegram:https://t.me/spacegid

Наш сайт: Гид в мире космоса

Подписывайтесь на наш канал в Дзен

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a92c2df57906a35b4a202d6/5d4404f4f73d9d00aea06ce6

10 странных звезд, которые могут существовать в теории

Кварковая звезда

  • Подписаться
  • в
  • Рассказать ВКонтакте

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в и ВКонтакте.

Самые странные звёзды, которые действительно могут существовать.

Человека испокон веков манили звёзды. Современный учёные знают о небесных телах достаточно много – и об их типах, и о их строении.

Но при этом астрофизики неуклонно выдвигают теории о существовании все новых разновидностей звезд, и зачастую их предположения подтверждаются.

В нашем обзоре 10-ка самых невероятных звёзд, которые теоретически действительно могут существовать.

Кварковые звезды.

Как известно, звезда в конце своей жизни может «схлопнуться» в черную дыру, в белого карлика или нейтронную звезду. Если звезда была достаточно плотной перед коллапсом в сверхновую, остаток звездной материи образует нейтронную звезду.

Когда это происходит, звезда становится очень горячей и плотной, после чего пытается сколлапсироваться. Этому, однако, мешают фермионы (в данном случае, нейтроны), которые подчиняются принципу Паули.

Это означает, что нейтроны не могут быть сжаты до такого же квантового состояния и они отталкиваются от коллапсирующей материи, тем самым уравновешивая звездную материю в текущем состоянии. На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что нейтронная звезда так и будет пребывать в равновесии.

Но, с развитием квантовой теории, астрофизики предположили возможность существования нового типа звезды, который образуется в случае прекращения дегенеративного давления нейтронного ядра. Назвали ее кварковой звездой.

При увеличении давления массы звезды, нейтроны будут распадаться на свои составляющие — кварки, которые в условиях сильного давлениея и огромного количества энергии будут в состоянии существовать в свободном состоянии. Названный «странной материей», этот суп из кварков будет невероятно плотным, гораздо плотнее обычной нейтронной звезды.

Электрослабые звезды.

Казалось бы, кварковые звезды — последний этап жизни звезды перед ее смертью и превращении в черную дыру. Однако, физики недавно предположили существование еще одного теоретического типа звезды, которая может существовать между кварковой звездой и черной дырой.

Так называемая электрослабая звезда теоретически смогла поддерживать состояние равновесия благодаря сложным взаимодействиям между слабой ядерной силой и электромагнитной силой, известной как электрослабая сила. В электрослабой звезде энергия от массы звезды давила бы на ядро звезды из «странной материи».

При увеличении энергетического воздействия электромагнитная и слабая ядерная энергии «смешивались» бы, становясь практически неразличимыми. При таком уровне энергии кварки в ядре начали бы растворяться в лептонах, таких как электроны и нейтрино.

Фактически большая часть «странной» материи превратилась бы в нейтрино, а высвобождающаяся энергия препятствовала бы коллапсу звезды.

Объекты Торна-Житковой.

В 1977 году Кип Торн и Анна Житкова опубликовали свою работу, в которой было подробное описание нового типа звезды, названной «Объект Торна-Житковой». Это гибридная звезда, которая образуется в результате столкновения между красным сверхгигантом и небольшой, плотной нейтронной звездой.

Поскольку красный сверхгигант является чрезвычайно огромной звездой, нейтронной звезде понадобятся сотни лет, чтобы просто пробиться через ее внутреннюю атмосферу. По мере погружения нейтронной звезды в красного сверхгиганта, орбитальный центр (так называемый барицентр) двух звезд будет двигаться в направлении центра сверхгиганта.

В конце концов, две звезды сольются, в результате чего возникнет большая сверхновая и, в конечном итоге, черная дыра.

Замороженные звезды.

Стандартная звезда сжигает водородное топливо, создает гелий и поддерживает свое существование энергией и давлением, которые создаются во время этого процесса. Тем не менее, водород не вечен, и в конце концов звезда начнет сжигать более тяжелые элементы.

К сожалению, энергия, высвобождающаяся при сгорании этих тяжелых элементов, не настолько обильна, как при сгорании водорода, и звезда начинает охлаждаться. Когда звезда в конечном счете становится сверхновой и взрывается, то она буквально «засеивает» вселенную молекулами металла, которые затем играют существенную роль в формировании новых звезд и планет.

Поскольку Вселенная становится все старше, все больше и больше звезд взрываются, а соответственно и в пространстве становится все больше металла. В прошлом в звездах почти не было металла, но со временем это количество все растет.

В будущем, при старении Вселенной, будут образовываться новые и необычные виды металлических звезд, в том числе и гипотетические замороженные звезды, которые смогут поддерживать ядерный синтез при нулю градусов по Цельсию.

Магнитосферические вечно коллапсирующие объекты.

С черными дырами связано непонятных явлений и парадоксов. Теоретики предположили существование различных звездообразных объектов.

К примеру, в 2003 году ученые предположили, что черные дыры на самом деле не являются сингулярностями (как считалось ранее), а они — экзотический тип звезд, которые были названы «магнитосферический вечно коллапсирующий объект».

Подобный объект якобы должен разрешить парадокс, при котором материя коллапсирующей черной дыры в конце концов начинает двигаться быстрее скорости света. Изначально магнитосферический вечно коллапсирующий объект образуется, как обычная черная дыра — под воздействием гравитации материя начинает «схлопываться» внутрь звезды.

Но энергия, возникающая при столкновении частиц, создает субатомное внешнее давление, которое противостоит давлению, вызванному синтезом в ядре звезды. Это позволяет подобному объекту оставаться относительно стабильным. Он никогда не достигнет горизонта событий и никогда полностью не разрушится.

Звезды III населения.

Как прогнозируют ученые, ближе к закату Вселенной появятся холодные металлические звезды. Однако, а как же обстоят дела с звездами на другом конце спектра? Эти звезды, состоящие из первичного газа, оставшегося от Большого Взрыва, были названы звездами III населения.

Схема населения звезд была разработана Вальтером Бааде в 1940 году, а в ней было описано содержание металла в звезде. Чем выше число «населения», тем в звезде выше содержание металла. Долгое время разделяли только два вида звезд (логически названные звездами населения I и II).

Однако, современные астрофизики начали серьезно исследовать тип звезд, которые должны были существовать сразу после Большого Взрыва. В них не было тяжелых элементов, а состояли они полностью из водорода и гелия, с возможными вкраплениями лития.

Звезды III населения были абсурдно яркими и гигантскими, больше, чем большинство нынешних звезд. В ядрах не только синтезировались обычные элементы, они также питались от реакции аннигиляции темной материи. Существование подобных звезд было очень недолгим, всего около двух миллионов лет.

В конце концов, эти звезды сожгли весь свой водород и гелий, начали синтезировать более тяжелые металлические элементы и взорвались, рассеяв их по всей вселенной.

Квазизвезды.

Не стоит путать квазизвезды с квазарами (объектом, который выглядит, как звезда, но на самом деле не является ей). Квазизвезда — теоретический тип звезды, которые мог бы существовать только на заре Вселенной.

Как и объекты Торна-Житковой, они были бы «каннибалами», но вместо того, чтобы скрывать еще одну звезду в центре, там была бы черная дыра. Квазизвезды должны были образовываться из массивных звезд III населения. При коллапсе обычных звезд они становятся сверхновыми и оставляют после себя черную дыру.

В квазизвезде плотный внешний слой ядерного материала должен был впитать энергию взрыва от коллапса, которая бы не вышла за пределы сверхновой. Таким образом, внешняя оболочка звезды осталась бы нетронутой, в то время как внутри ее образовалась бы черная дыра.

Равновесие существования такой звезды поддерживалось бы противостоянием энергии, излучаемой из ядра черной дыры, и энергии гравитационного коллапса.

Преонные звезды.

Философы на протяжении веков вели прения относительно того, что является наименьшим возможным делением материи. Обнаружив протоны, нейтроны и электроны, ученые посчитали, что они нашли базовую структуру Вселенной. Однако, с ходом развития науки, были найдены более мелкие частицы, что заставило пересмотреть всю концепцию нашей Вселенной.

Гипотетически, деление может продолжаться вечно, но некоторые теоретики считают, что так называемые преоны являются наименьшими частицами в природе. Теоретически преонные звезды были бы величиной от горошины до футбольного мяча. В столь крошечном объеме содержалась бы масса примерно равная Луне.

Существование преонных звезд могло бы дать разгадку огромного содержания во Вселенной так называемой темной материи.

Звезды Планка.

Один из самых интересных вопросов о черных дыр — как же они выглядят изнутри.

Часто центр черной дыры описывается как сингулярность с бесконечной плотностью и без пространственного измерения, но что это означает на самом деле? Современные теоретики предположили, что в центре черных дыр находятся так называемые звезды Планка.

Якобы звезда Планка — очень странное явление, которое поддерживается обычным ядерным синтезом. Она была названа так, поскольку должна иметь плотность энергии близкую к планковской плотности (т. е. — 5,15 х 1096 килограммов на кубический метр).

Пушистый клубок.

Физики любят придумывать забавные названия для сложных концепций. «Пушистый клубок» — симпатичное название для смертельной области космоса, которая моментально убивает все рядом. Теория пушистого клубка — по сути попытка описать черную дыру, используя теорию струн.

По существу, пушистый клубок не настоящая звезда в обычном понимании, это не шар плазмы, поддерживаемый термоядерным синтезом. Скорее, это область запутанных струн энергии, поддерживаемых их собственной внутренней энергией. Подобный объект попросту испарял бы любое вещество, приближающееся к нему.

Тем, кого интересует непознанное, интересно будет узнать и про 10 альтернативных теорий, объясняющих, как появилась жизнь на Земле.

Источник: https://novate.ru/blogs/171215/34192/

Астронет > Звезды, кварковые и нейтронные

Кварковая звезда
Звезды, кварковые и нейтронные
15.04.2002 15:35 | М. Е. Прохоров/ГАИШ, Москва

Чем массивнее звезда тем жарче она горит, тем сильнее светит и меньше живет.

В ходе термоядерных реакций водород в центрах таких звезд превращается в гелий, затем гелий в так называемые элементы углеродного цикла (собственно углерод, кислород, азот и т.д.), они в свою очередь превращаются в еще более тяжелые элементы (магний, кремний и т.д.

) вплоть до железа (подробнее об этом вы можете прочитать здесь или здесь).

И когда достаточно массивная (с массой больше 8-10 масс Солнца) звезда завершает свою эволюцию в ее центре образуется ядро состоящее из тяжелых элементов, структура которого похожа на луковицу самые тяжелые находятся внутри и окружены оболочками из более легких.

В некоторый момент это ядро теряет устойчивость и начинает катастрофически сжиматься коллапсировать (подробнее см. здесь). Центральная часть ядра превращается в сверхплотный объект — нейтронную звезду — о которой и будет идти речь дальше, а оболочка звезды и внешние части ядра с высокой скоростью выбрасываются в пространство. Такой сброс оболочки, сопровождающийся чрезвычайно сильным и быстрым увеличением светимости звезды (некоторое время она одна светит как целая галактика), называется взрывом сверхновой звезды.

Нейтронная звезда называется так не зря. В свободном состоянии нейтрон (n) является неустойчивой частицей и в среднем через 15 минут он распадается на протон, электрон и антинейтрино

Масса нейтрона превышает сумму масс покоя протона и электрона, а остаток энергии идет в кинетическую энергию движения частиц и на нейтрино.

Однако, если поместить нейтрон в холодный и очень плотный газ протонов и электронов (так называемый вырожденный газ), то «все места» для частиц на которые «хотел бы» распасться нейтрон оказываются заняты и он становится устойчивым.

Для того, чтобы создались описанные условия, необходимо очень высокое давление, которое в недрах нейтронной звезды создается ее собственной гравитацией. За исключением внешних слоев нейтронной звезды (коры) ее вещество состоит в основном из нейтронов и очень небольшого количества протонов и электронов.

Давление в центре нейтронной звезды столь высоко, что плотность вещества там может в несколько раз (до 10-15) превышать плотность атомных ядер. (Атомные ядра тоже состоят из нейтронов и протонов, только они удерживаются рядом друг с другом ядерными силами, а не гравитацией, как в нейтронной звезде).

Как ведет себя вещество при таких высоких плотностях нам известно не очень хорошо, сегодня об этом выдвинут ряд гипотез: вещество может оставаться нейтронным, в нем могут начать рождаться более тяжелые частицы (гипероны) или образоваться конденсат — или K-мезонов.

Еще одной, очень популярной на сегодня гипотезой, является превращение нейтронной материи в кварковую. Согласно этой модели при плотностях достигающихся в центрах нейтронных звезд нейтроны оказываются расположенными вплотную друг к другу (на расстоянии их классических радиусов).

Каждый нейтрон (а также протон) состоит из трех кварков. При не столь высоких плотностях кварки удерживаются внутри нейтрона, но в центре нейтронной звезды они теперь получают возможность переходить в соседний нейтрон, то есть свободно перемещаться по всей области высокой плотности.

Группировка кварков по три в нуклоны исчезает и вещество можно рассматривать как кварковый газ или жидкость. Как показывают исследования кроме обычных u (верхнего) и d (нижнего) кварков в таком газе в большом количестве будут присутствовать s-кварки (странные).

В протонах и нейтронах s-кварков нет, зато они входят в состав более тяжелых частиц — и гиперонов. Из-за этого кварковые звезды чаще называют странными.

Последнее время теорией странных звезд занимаются очень многие ученые, однако, многие их свойства остаются до конца не понятными.

Не ясно, например, является ли переход нейтронной материи в кварковую обратимым, то есть как ведет себя кварковое вещество при снижении давления.

И здесь высказываются прямо противоположные идеи: что при понижении давления и плотности кварки будут объединяться в нуклоны (нейтроны), или что однажды образовавшись в центре нейтронной звезды странное вещество будет сохранять свои свойства и при низком давлении.

[Несколько десятилетий назад в научно-популярной литературе очень популярным было говорить о спичечном коробке вещества белого карлика, который на Земле весил бы 100 тонн. Такой же коробок нейтронного вещества весил бы несколько миллиардов тонн.

Однако нигде в этой картине не говорилось о том, что коробок, в котором содержалось бы такое звездное вещество, должен был быть гораздо прочнее спичечного.

Если последнее из высказанных предположений верно, то странное кварковое вещество (плотность которого такая же как у нейтронного) можно было бы хранить без всякого сосуда.]

Другой вопрос — будет ли странная звезда целиком состоять из кваркового вещества или кварковое ядро может быть покрыто корой (возможно достаточно толстой) из нейтронного или обычного вещества. В последнем случае отличить ее от нейтронной звезды становится трудно, так как очень многие наблюдательные свойства у проявления у таких звезд очень похожи.

Однако такие попытки делаются. Образующийся при взрыве сверхновой компактный остаток оказывается нагретым до очень высокой температуры (миллиарды градусов). Его температура снижается за счет испускания нейтрино и электромагнитных волн.

(Нейтринные потери энергии более важны в первые несколько миллионов лет.) Нейтронные и кварковые звезды остывают по-разному (кварковые — быстрее).

Следует заметить, что на процесс остывания звезд влияет целый ряд плохо известных факторов — какой тип урка-процессов разрешен в нейтронной звезде, переходит ли вещество в ее недрах в сверхтекучее состояние, атмосферой какого химического состава покрыта нейтронная звезда, насколько сильно ее магнитное поле и т.д. Для странных звезд к таким факторам можно отнести момент фазового перехода нейтронного вещества в кварковое, а также количество выделяющейся (или поглощающейся) при этом энергии.

Другим заметным отличием в свойствах нейтронных и кварковых звезд являются противоположные зависимости их радиуса от массы. По мере уменьшения массы нейтронной звезды ее радиус возрастает, наименьший размер имеют наиболее массивные нейтронные звезды. Радиус самой маленькой нейтронной звезды не может быть меньше 10-12 км.

У странных звезд прямая зависимость размера от массы — самый большой размер имеют наиболее тяжелые странные звезды, а звезды малый масс могут иметь очень малые размеры.

Это различие не слишком помогает наблюдателям, так как у тех нейтронных звезд, массы которых удалось измерить с высокой точность (в первую очередь это двойные радиопульсары), они лежат в очень узком интервале 1.35-1.41Mo, в котором радиус почти не меняется.

Таким образом, если вы увидите нейтронную звезду, температура поверхности которой существенно ниже полагающейся по возрасту или если ее радиус окажется заметно меньше 10 км, то можно предположить, что наблюдаемый вами объект не нейтронная, а странная звезда. (Но сначала надо еще и еще раз проверить насколько точны полученные значения температуры и возраста или радиуса объекта.)

Версия для печати

АстрометрияАстрономические инструментыАстрономическое образованиеАстрофизикаИстория астрономииКосмонавтика, исследование космосаЛюбительская астрономияПланеты и Солнечная системаСолнце

Источник: http://www.astronet.ru/db/msg/1175939

Вселенная сегодня

Кварковая звезда

Нейтронная и кварковая звёзды на фоне Большого Каньона.

Кварковая звезда — это редкий и экзотический звёздный объект.

Есть белые карлики, остатки звёзд, таких как наше Солнце, которые прошли фазу главной последовательности и теперь остывают.

Есть нейтронные звёзды и пульсары, образовавшиеся в момент, когда звезда намного больше нашего Солнца погибает, становясь сверхновой.

Их гравитация и плотность настолько огромны, что все протоны и электроны из всех атомов объединяются вместе. Одна чайная ложка нейтронной звезды весит 10 миллионов тонн.И есть чёрные дыры.

Они образуются из ещё более массивных взрывов сверхновых, и гравитация и плотность в них такие высокие, что они преодолевают силы, сохраняющие целостность атомов.

Художественное изображение нейтронной звезды. Предоставлено: NASA.

Белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры. Их существование было предсказано теориями физиков, и они все были открыты наблюдательными астрономами. Мы знаем, что они там в космосе.

Все ли это экзотические формы, которые может принять звезда? Да, это все, о которых нам известно, однако в теории существуют ещё более экзотические объекты. Это кварковые звёзды. Что же такое кварковые звёзды?

Давайте вернёмся к концепции нейтронной звезды. Согласно теории, нейтронные звёзды имеют такую сильную гравитацию, что они сдавливают протоны и электроны вместе, создавая нейтроны.

Целая звезда, состоящая из нейтронов внутри и снаружи.

Если бы вы добавили ещё массы к нейтронной звезде, то пересекли бы черту, где массы стало слишком много для того, чтобы поддерживать целостность нейтронов, и вся эта масса коллапсировала бы в чёрную дыру.

Звезда как наше Солнце имеет слои. Внешняя — конвективная зона, потом идёт зона лучистого переноса, а затем в самом центре находится ядро, где идут термоядерные процессы.

Может ли нейтронная звезда иметь слои? Что находится в ядре нейтронной звезды, в сравнении с поверхностью?

Идея заключается в том, что кварковая звезда является промежуточным этапом между нейтронной звездой и чёрной дырой. В ней слишком много массы, чтобы удерживать целостность нейтронов, но недостаточно, чтобы полностью коллапсировать в чёрную дыру.

Различие между нейтронной звездой и квантовой звездой. Предоставлено: Chandra.

В основе этих объектов лежат кварки, на которые распадаются нейтроны, образуя ещё более сжатое вещество, называемое кварк-глюонной плазмой, или кварковым супом. «Верхние» и «нижние» кварки смешиваются вместе в «странных» кварков.

Поскольку вещество состоит из «странных» кварков, физики называют его «странной материей». Нейтронные звёзды сами по себе достаточно странные, так что это не даёт веществу дополнительного эмоционального оттенка только потому, что оно называется странной материей.

Если эти кварки сливаются в «очарованных» кварков, тогда вещество называется очарованной материей.

И как я уже сказал, это всё теория, но есть некоторые доказательства, что они существуют. Астрономы открыли класс сверхновых, которые при взрыве вырабатывали в 100 раз больше энергии, чем при обычных сверхновых. Хотя они могли быть просто гиперновыми, есть ещё одна интригующая возможность.

Нейтронная звезда (25 км в диаметре) рядом с кварковой звездой (16 км в диаметре). предоставлено: NASA’s Goddard Space Flight Center.

Это могут быть тяжёлые нестабильные нейтронные звёзды, которые взорвались второй раз, вероятно питаясь звездой-компаньоном в своей звёздной системе. Когда они дойдут до некого предела, они преобразуются из обычной нейтронной звезды в звезду, состоящую из кварков.

Но если кварковые звёзды существуют, то они очень маленькие. Если обычная нейтронная звезда в диаметре 25 км, то кварковая звезда имела бы диаметр 16 км и находилась бы прямо на грани становления чёрной дырой.

Если кварковые звёзды действительно существуют, они, по всей вероятности, живут недолго. Это промежуточный этап между нейтронной звездой и конечным этапом — чёрной дырой. Последний вздох звезды перед образованием горизонта событий.

Очень интригующе думать, что где-то в космосе есть такие экзотические объекты, образовавшиеся, когда материя сжималась всё плотнее и плотнее, когда достигались и затем пересекались различные пределы физики. Астрономы продолжать искать кварковые звёзды, и когда найдут, вы узнаете об этом в новостях на нашем сайте.

Название прочитанной вами статьи «Что такое кварковые звёзды?».

:

Источник: http://universetoday-rus.com/blog/2016-11-11-1789

Booksm
Добавить комментарий