Cтраница 3
Поэтому звезда оказывается наиб, яр-дои не в момент наиб, сжатия, как можно было бы ожи-дать из простейших соображений, а при прохождении равновесного состояния во время последующего расширения. Данный эффект, называемый фазовым запаздыванием, связав с быстрым перемещением зоны ионн-адции водорода по звездному веществу в фазе макс, сжатия, благодаря чему эта зона примерно через четверть периода наиб, близко подходит к поверхности. Из-за асимметрии кривых типичное фазовое запаздывание составляет не четверть, а ОД-02 периода. [31]
При рассмотрении нейтронизации вещество можно считать холодным, если дополнительно k Т F - Wc. Эти неравенства могут нарушаться на конечных стадиях эволюции массивных звезд и в процессе гравитационного коллапса, когда звездное вещество оказывается относительно горячим. Нейтронизация горячего вещества обладает рядом особенностей. [32]
Уравнения состояния с более высокой жесткостью приводят к важным изменениям наших представлений о внутреннем строении и массах тяжелых нейтронных звезд. В частности, поскольку энергия взаимодействия при плотностях, превышающих ядерные, определяется отталкиванием, соответствующее давление способствует повышению устойчивости звездного вещества против гравитационного коллапса. В результате при более жестких уравнениях состояния максимальные массы звезд получаются больше, чем при мягких уравнениях состояния. [33]
Уравнение ( 117) показывает, как связана уменьшающаяся величина радиуса звезды Язв с ее возрастающей средней темпе ратурой Гср. Когда главным источником энергии становятся ядерные реакции, гравитационное сжатие звезды замедляется или совсем прекращается, потому что увеличение давления излучения противодействует дальнейшему сжатию звездного вещества. [34]
НЕЙТРОНИЗАЦИЯ ВЕЩЕСТВА - превращение протонов, входящих в состав вещества звезд, в нейтроны на заключит, стадиях эволюции звезд. Молодые звезды состоят в основном из водорода с добавкой гелия и малой примесью более тяжелых хим. элементов, поэтому в начале термоядерной эволюции звезд все нейтроны в звездном веществе связаны в атомных ядрах и их суммарное число невелико ( на 6 протонов в среднем приходится ок. В конце эволюции кол-во нейтронов резко возрастает, на что указывает существование нейтронных звезд - одного из продуктов звездной эволюции. [35]
Выброс наружу внешних слоев массивной звезды посредством гидродинамической ударной волны отскока, порождаемой внутренним ядром, остается наиболее вероятным механизмом взрыва сверхновой на основе гравитационного коллапса. Они предположили, что спадающее к центру ядро звезды может испытывать достаточно быстрый отскок при высоких плотностях ( из-за вырождения атомных ядер), который приводит к возникновению ударной волны, передающей энергию в наружные слои звездного вещества. [36]
Звездный прах азота возникает в сложнейшей цепи термоядерных процессов, начальная стадия которых - превращение водорода в гелий. Это многостадийная реакция, идущая, как предполагают, двумя путями. Этот цикл начинается, когда в звездном веществе, помимо ядер водорода - протонов, уже есть и углерод. [37]
Казалось бы, светимость звезды должна определяться только свойствами термоядерных реакций, к-рые являются источником энергии звезд гл. Однако светимость слабо зависит от скорости выделения энергии и определяется гл. В большинстве звезд перенос энергии осуществляется лучистой теплопроводностью, при к-рой поток переносимой энергии пропорционален градиенту темп-ры и зависит также от непрозрачности звездного вещества. В каждой точке гидростатически равновесной звезды градиент давления уравновешивается силой тяготения, определяемой массой звезды. Средний по звезде градиент давления, как и градиент темп-ры, тем больше, чем больше масса звезды. [38]
Другая характерная особенность данной области знания состоит в том, что здесь не приходится рассчитывать на открытие новых общих законов природы - возникающая на наших глазах наука в сущности относится к прикладной физике. Квантовая механика тут почти не используется. Лишенная глубины ж величия физики элементарных частиц или астрофизики, прикладная физика горячей плазмы привлекательна тем, что в ней ставится одна из труднейших когда-либо сформулированных технических задач: получение и сохранение в лаборатории звездного вещества, нагретого до сотен миллионов градусов. [39]
В течение ряда лет было предложено много различных моделей сверхновых, объясняющих, каким образом энергия гравитационной связи, выделяемая при коллапсе, может эффективно переноситься во внешние слои звезды, обеспечивая их выброс. Колгейт и Уайт [144] предложили модель, согласно которой пары нейтрино-антинейтрино, образующиеся в горячем веществе за фронтом ударной волны, переносят свою энергию в наружные области с меньшей плотностью. Нагрев, вызванный этим переносом, обеспечивает достаточное тепловое давление, которое сдувает внешние части звезды, оставляя внутри теплую нейтронную звезду. К сожалению, подробные гидродинамические расчеты с привлечением переноса нейтрино [15, 617] показали, что этот механизм неэффективен из-за слишком высокой непрозрачности звездного вещества для нейтрино; он может обеспечивать лишь образование черных дыр без всякого взрыва. [40]
Уран и торий, как полагают, образуются путем последовательного захвата нескольких нейтронов, протекающего в огромных потоках нейтронов настолько быстро, что он может успешно конкурировать с процессами а - или р-распада. Эти процессы также связаны с вспышками сверхновых. Механизм, вызывающий вспышки так называемых сверхновых типа I, до сих пор является дискуссионным. Во всяком случае, он, видимо, включает гравитационный коллапс, который является причиной термоядерного взрыва, порождающего огромные потоки нейтронов; последние в звездном веществе образуют изотопы с A ss 270 в течение нескольких секунд. [41]
В земных лабораториях физики стремятся создать условия, при которых возникли хотя бы ничтожные количества сверхплотного вещества. Задача состоит в том, чтобы сжать каким-то способом ядро атома и узнать, нет ли у ядерной материи более плотной устойчивой фазы. Пока единственный способ для достижения такой цели - это столкновение тяжелых ионов друг с другом. Но хотя звездное вещество пока нельзя изучать в лаборатории, физики уже знают, что при малых расстояниях между частицами, при больших плотностях, в сотни и тысячи раз превышающих плотности, характерные для ядер, в игру должны вступить кварки и глюоны; за пределами расстояний порядка миллиферми ( 10 - 16 см) начинается, как мы сейчас уверены, новая физика. В ее изучении ускорители и телескопы будут помогать друг другу, физики и астрофизики пойдут рука об руку. [42]
Здесь г0 - гравитационный радиус звезды, связанный с ее гравитационной массой т равенством г0 2mg / c; он постоянен. Локальный наблюдатель, находящийся вблизи поверхности звезды, где в любом случае давление должно быть низким, увидит, что вещество уходит внутрь со скоростью, очень близкой к скорости света. Энергия, уходящая с поверхности звезды, будет очень сильно уменьшаться в процессе ухода за счет эффекта Доплера для удаляющегося источника, за счет большого гравитационного красного смещения, ( 1 - г0 / гь) 1 / 2, и за счет гравитационного отклонения света, которое будет препятствовать уходу излучения во всех направлениях, кроме конуса с осью, образованной внешней нормалью к поверхности, раствор которого неограниченно суживается по мере сжатия звезды. Позднее мы увидим, что, хотя с точки зрения далекого наблюдателя для такой полной изоляции требуется бесконечное время, наблюдатель, сопутствующий звездному веществу, находит этот срок конечным и, возможно, очень коротким. [43]
После сгорания кремния сочетание двух разных физических эффектов подводит ядро звезды к состоянию динамической неустойчивости и возникновению гравитационного коллапса. Вначале коллапс стимулируется частичной диссоциацией ядер железа. При этом расходуется энергия связи ядер и в результате понижается давление. По мере развития коллапса растет плотность, увеличивая химический потенциал электронов. Это приводит к нейтронизации ядра по мере того, как электроны захватываются находящимися в ядрах протонами ( см. разд. Как диссоциация, так и нейтронизация уменьшают показатель адиабаты для звездного вещества до значений ниже 4 / 3, приводя тем самым к коллапсу. [44]
Каждый атом испускает свет определенных частот, подобно тому как у каждого музыкального инструмента есть свое звучание - определенный набор частот, или высот, звука. Слыша одновременно несколько тонов, мы можем разделить их; но способности нашего глаза в этом отно - ( шении далеко не столь велики, он не может разделить смесь j цветов на составляющие части. Однако с помощью спектро - 1 скопа становится возможным анализ частот световых волн, он позволяет видеть истинные тона атомов различных звезд. Но раз звезды со - стоят из тех же атомов, что и Земля, то это сильно продви - гает нас вперед в понимании сущности звезд. Нам хорошо известно поведение атомов при высоких температурах и невысоких плотностях, и это позволяет при помощи статистической механики анализировать поведение звездного вещества. Даже не умея воспроизводить звездное состояние на Земле, но опираясь на основные физические законы, мы часто i указываем совершенно точно ( а иногда почти точно), что происходит на звездах. Так физика помогает астрономии. Это может показаться странным, но распределение вещества внутри Солнца мы знаем куда лучше, чем его распределение внутри Земли. [45]