ВСОШ № 115

РЕФЕРАТ ПО АСТРОНОМИИ

ТЕМА РЕФЕРАТА:

«НЕЙТРОННЫЕ ЗВЁЗДЫ»

(пульсары)

ВЫПОЛНИЛ:

Тряпельников В.А.

11 «А» КЛАСС

МОСКВА

2004

Нейтронные звёзды

Открытие в 1932 году новой элементарной частицы - нейтрона заставило астрофизиков задуматься над тем, какую роль он может играть в эволюции звезд. Два года спустя было высказано предположение о том, что взрывы сверхновых звезд связаны с превращением обычных звезд в нейтронные. Затем были выполнены расчеты структуры и параметров последних, и стало ясно, что если небольшие звезды (типа нашего Солнца) в конце своей эволюции превращаются в белых карликов, то более тяжелые становятся нейтронными.

В августе 1967 года радиоастрономы при изучении мерцаний космических радиоисточников обнаружили странные сигналы - фиксировались очень короткие,

длительностью около 50 миллисекунд, импульсы радио - излучения, повторявшиеся через строго определенный интервал времени (порядка одной секунды). Это было совершенно не похоже на обычную хаотическую картину случайных нерегулярных колебаний радиоизлучения. После тщательной проверки всей аппаратуры пришла уверенность, что импульсы имеют внеземное происхождение. Астрономов трудно удивить объектами, излучающими с переменной интенсивностью, но в данном случае период был столь мал, а сигналы—столь регулярны, что ученые всерьез предположили, что они могут быть вес- точками от внеземных цивилизаций. А потому первый пульсар получил название
LGM-1 (от английского «Little Green Men» — «Маленькие Зеленые Человечки»!), хотя попытки найти какой - либо смысл в принимаемых импульсах окончились безрезультатно. Вскоре были обнаружены еще три пульсирующих радиоисточника.
Их период опять оказался много меньше характерных времен колебания и вращения всех известных астрономических объектов. Из-за импульсного характера излучения новые объекты стали называть пульсарами. Это открытие буквально всколыхнуло астрономию, и из многих радио обсерваторий начали поступать сообщения об обнаружении пульсаров. После открытия пульсара в
Крабовидной Туманности, возникшей из-за взрыва сверхновой звезды. В1054 году эта звезда была видна днем, (о чем упоминают в своих летописях китайцы, арабы и североамериканцы), стало ясно, что пульсары каким-то образом связаны с вспышками сверхновых звезд, Скорее всего, сигналы шли от объекта, оставшегося после взрыва. Прошло немало времени, прежде чем астрофизики поняли, что пульсары — это и есть быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые они так долго искали.

ФИЗИКА ПУЛЬСАРА

Пульсар – это огромный намагниченный волчок, крутящейся во круг оси не совпадающей с осью магнита. Если бы на него не падало и он ни чего не испускал, то его радиоизлучение имело бы частоту вращения и мы никогда бы его не услышали на Земле.

Но дело в том, что данный волчок имеет колоссальную массу и высокую температуру поверхности, да и вращающееся магнитное поле создаёт огромное по напряжённости электрическое поле, способное разгонять протоны и электроны почти до световых скоростей. Причём все эти заряженные частицы, носящиеся во круг пульсара, зажаты в ловушке из его колоссального магнитного поля. И только в пределах не большого телесного угла около магнитной оси они могут вырваться на волю (нейтронные звёзды обладают самыми сильными магнитными полями во Вселенной, достигающими (10-10, 10-14) десять в десятой, десять в четырнадцатой степени ГАУСС, к примеру, земное магнитное поле составляет один(1) ГАУСС, солнечное десять, пятьдесят (10-
50) ГАУСС.) Именно эти потоки заряженных частиц и являются источником того радиоизлучения, по которому, по которому и были открыты пульсары, оказавшиеся в дальнейшем нейтронными звёздами. Поскольку магнитная ось нейтронной звезды не совпадает с осью её вращения, то при вращении звезды поток радио волн распространяется в космосе подобно лучу проблескового маячка – лишь на миг прорезая окружающую мглу.

ВСЕСИЛЬНАЯ ГРАВИТАЦИЯ

Согласно современной теории эволюции массивные звезды заканчивают свою жизнь колоссальным взрывом, превращающим большую их часть в расширяющуюся газовую туманность. В итоге от гиганта, во много раз превышавшего размерами и массой наше Солнце, остается плотный горячий объект размером около 20 км, с тонкой атмосферой (из водорода и более тяжелых ионов) и гравитационным полем, в 100 млрд. раз превышающим земное. Его и назвали нейтронной звездой, полагая, что он состоит главным образом из нейтронов. Вещество нейтронной звезды - самая плотная форма материи (чайная ложка такого супер ядра весит около миллиарда тонн).

Очень короткий период излучаемых пульсарами сигналов был первым и самым главным аргументом в пользу того, что это и есть нейтронные звезды, обладающие огромным магнитным полем и вращающиеся с бешеной скоростью.
Только плотные и компактные объекты (размером всего несколько десятков километров) с мощным гравитационным полем могут выдерживать такую скорость вращения, не разлетаясь на куски из за центробежных сил инерции. Нейтронная звезда состоит из нейтронной жидкости с примесью протонов и электронов.
«Ядерная жидкость», очень напоминающая вещество из атомных ядер, в десять раз плотнее обычной воды. Это огромное различие вполне объяснимо - ведь атомы состоят в основном из пустого пространства, в котором вокруг крошечного, но тяжёлого ядра порхают легкие электроны. Ядро содержит почти всю массу, так как протоны и нейтроны в 2 000 раз тяжелее электронов.

Экстремальные силы, возникающие при формировании нейтронной звезды, так сжимают атомы, что электроны, вдавленные в ядра, объединяются с протонами, образуя нейтроны. Таким образом, рождается звезда, почти полностью состоящая из нейтронов. Сверхплотная ядерная жидкость, если ее принести на
Землю, взорвалась бы, подобно ядерной бомбе, но в нейтронной звезде она устойчива благодаря огромному гравитационному давлению. Однако во внешних слоях нейтронной звезды (как, впрочем, и всех звезд) давление и температура падают, образуя твердую корку толщиной около километра. Как полагают, состоит она в основном из ядер железа.

ОТКРЫТЫЙ ВОПРОС

Хотя нейтронные звезды интенсивно изучаются уже около трех десятилетий, их внутренняя структура доподлинно не - известна. Более того, нет твердой уверенности и в том, что они действительно состоят в основном из нейтронов.
С продвижением вглубь звезды давление и плотность увеличиваются, и материя может быть настолько сжата, что она распадается на кварки - строительные блоки протонов и нейтронов.

Согласно современной квантовой хромо динамике кварки не могут существовать в свободном состоянии, а объединяются в неразлучные «тройки» и
«двойки».
Но, возможно, у границы внутреннего ядра нейтронной звезды ситуация меняется и кварки вырываются из своего заточения.

Чтобы глубже понять природу нейтронной звезды и экзотической кварковой материи, астрономам необходимо определить соотношение между массой звезды и ее радиусом (средняя плотность). Исследуя нейтронные звезды со спутниками, можно достаточно точно измерить их массу, но определить диаметр — намного труднее. Совсем недавно ученые, используя возможности рентгеновского спутника «ХММ - Ньютон», нашли способ оценки плотности нейтронных звезд, основанный на гравитационном красном смещении.