новости космоса
12525 35
17 января 2018 05:51:11

Ученые нашли новый предел максимальной массы нейтронной звезды

Астрофизики из Франкфуртского университет им. И.В. Гёте, Германия, установили новый предел максимальной массы нейтронной звезды: не более 2,16 массы Солнца.

Начиная с самого открытия нейтронных звезд, которое состоялось в 1960 г., ученые искали ответ на важный вопрос: насколько массивными могут быть нейтронные звезды? В отличие от черных дыр нейтронные звезды не могут набирать массу неограниченно – существует предел, при превышении которого нейтронная звезда «схлопывается» в черную дыру. В своем исследовании астрофизики из Франкфуртского университета им. И.В. Гёте впервые строго рассчитали величину предельной массы нейтронных звезд.

В своей работе исследователи под руководством профессора физики Лучано Резолла (Luciano Rezzolla) выяснили, что верхний предел массы нейтронной звезды составляет строго 2,16 массы Солнца. Основой расчетов стал принцип «универсальных отношений» разработанный во Франкфурте несколько лет назад. Существование «универсальных отношений» подразумевает, что практически все нейтронные звезды «выглядят похоже» в том смысле, что их свойства могут быть выражены безразмерными величинами.

В новой работе исследователи объединили эти «универсальные отношения» с данными гравитационно-волновых наблюдений слияния нейтронных звезд и послесвечения этого события (т.н. «килоновы»), полученными при помощи обсерватории LIGO в прошлом году. Это упростило расчеты и сделало их независимыми от уравнения состояния материи нейтронной звезды. Уравнение состояния представляет собой теоретическую модель, описывающую поведение плотной материи внутри звезды на разных глубинах.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal.


(Добавил: Hot Temp)

комментарии
1
Leonid3190 · 17-01-2018

То есть теоретический диапазон возможных масс сузился довольно значительно и нейтронные звёзды становятся близнецами-братьями, за исключением наличия/отсутствия сильного магнитного поля.
Наверное это может помочь в уточнении космической линейки для измерения расстояний.

2
Otzzi139 · 17-01-2018

Совсем недавно Рейнканфил утверждал, что все нейтронные звезды разные, а если данная работа верна, то все они почти близнецы-братья! (как все счастливые семьи по Толстому :-).

3
dr_ovosek0 · 17-01-2018

Это что же получается, что между самым большим белым карликом и черной дырой примерно 0,5 массы солнца?!

4
elena192 · 17-01-2018

То есть получатся,что здесь строго определена масса,а все остальные величины не имеют размеров?

5
dilettant170 · 17-01-2018

Да, Елена, при гравитационном коллапсе основополагающей является масса, остальное менее значимо.

6
viktor7777111 · 17-01-2018

тогда получается что при схлопывании больше трёх масс солнца должны образовываться чд но их во вселенной меньше как быть?

7
dilettant170 · 17-01-2018

Viktor7777, если мы не видим суслика, то это не значит, что суслика нет. Искать, искать и ещё раз искать!

8
puzzler91 · 17-01-2018

Тем более, что ЧД (суслики) сами свет не излучают.

9
Inoplanetyan94 · 17-01-2018

А как же кварковые звёзды? И те, в центре которых каоны и гипероны? На свалку, что ли?..

10
Князь149 · 17-01-2018

dr_ovosek, да, массы одинаковые, но зато рамееер! БК имеет диаметр 14 000 км, НЗ - 10 км

11
Dimas102 · 17-01-2018

Странно сказано о массе НЗ,букально год назад китайские учёные писали о слиянии двух НЗ и возникновения (новой НЗ) и без возникновения даже Чёрное Дыры))

12
Князь149 · 17-01-2018

Dimas, есть критический размер, НЗ бывают и 20 км в диаметре

13
7483 · 17-01-2018

А еще вроде есть ведь фактор вращения НЗ вокруг собственной оси. А значит, центробежная сила должна влиять на степень сжатия нейтронов, при которой НЗ сколлапсирует в ЧД. Выходит, чем выше скорость вращения НЗ, тем большую массу она (НЗ) может иметь, при этом не сколлапсировав в ЧД.

14
dengess1-6 · 18-01-2018

Для возникновения ЧД не столько масса, сколько плотность важна. Если Землю ЧДэхнуть, то будет сантиметровый шарик всё той же массой.
===
"""тогда получается что при схлопывании больше трёх масс солнца должны образовываться чд но их во вселенной меньше как быть?"""
Нет! Прежде чем звезде схлопнутся должно много сгореть и много рассеятся в космос. Значит нужно много больше масс Солнца чем три для возникновения ЧД.

15
Otzzi139 · 18-01-2018

Inoplanetyan: "А как же кварковые звёзды?..."
Вы где про них узнали, у писателей-фантастов? Дык там и не такое ещё напишут!
...
"На свалку, что ли?.."
Именно, именно на свалку!

16
pervokursnik92 · 18-01-2018

74, логично!

17
puzzler91 · 18-01-2018

Dimas, я не знаю, что сказали китайские ученые, но российские источники пишут следующее:
"продукт столкновения двух нейтронных звезд, породивших вспышку GW170817 — небольшая черная дыра".
Ссылку не даю.

18
Awwal11297 · 18-01-2018

dengess, а какими внешними силами вы предлагаете "чедэхнуть землю"? Масса объекта в конечном счёте и определяет, будет он состоять из плазмы, сожмёт ли его собственная гравитация в нейтронную звезду или пойдет ещё дальше.

19
dengess1-6 · 18-01-2018

какими внешними силами "чедэхнуть землю"? - Я не предлогаю это делать. Лишь гипотетически рассуждаю о достижении плотности вещества необходимой для схлопывания в ЧД. Осоотношении масса Земли = объём сферы 1 см диаметром (или 10 см, точно не помню). Ну или Солнце сжать до до сферы в 10 км диаметром.
Методы достижения такой плотности - другой разговор.

20
dilettant170 · 18-01-2018

Дим, плотность важна? Плотность может быть и меньше плотности воды, но масса позволяет объекту демонстрировать гравитацию свойственную "классической" ЧД. Так-что МАССА рулит!

21
Awwal11297 · 19-01-2018

dilettant, позвольте-позвольте. Само наличие черной дыры определяется (нелинейно) плотностью массы: если объем некой сферической массы со стабильной геометрией больше объема её сферы Шварцшильда, то чёрной дыры вы не получите. Разумеется, плотность воды по астрономическим меркам весьма велика, и начиная с определенного момента водное тело неизбежно даст вам черную дыру (правда, её радиус Шварцшильда в итоге тоже может оказаться существенно меньше радиуса исходного тела с плотностью воды: просто геометрия тела окажется нестабильной - водное тело соответствующей массы быстро радикальным образом сожмется, нарастив тем самым свою плотность). С другой стороны, например, масса Галактики значительно больше массы всех известных черных дыр, но сама Галактика сингулярности не образует (не хватает средней плотности вещества). Масса существенна в первую очередь в определении того, образует ли сплошное (т.е. связанное электромагнитными взаимодействиями) тело - типа звезды - черную дыру самопроизвольно или не образует.

22
Awwal11297 · 19-01-2018

А может быть и линейно зависит от плотности. Что-то соображаю медленно.

23
dilettant170 · 19-01-2018

Awwal, я имел ввиду гравитационное искривление лучей света, проходящих вблизи массивного объекта, тут плотность уже роли не играет. Да и последние "сенсационные" гипотезы о том, что мы (наша Вселенная) находимся внутри огромной ЧД, как раз и "подтверждают", что плотность не главное. :-)

24
Inoplanetyan94 · 19-01-2018

О кварковых звёздах:
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.

25
Awwal11297 · 19-01-2018

dilettant, то есть как это не играет? Искусственная мини-ЧД с массой около земной может искривлять луч существенно сильнее, чем Юпитер!

26
dilettant170 · 19-01-2018

Awwal112, не буду Вас утомлять пересказом, вот Вам цитата из Вики:
"Средняя плотность падает с ростом массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 10^9 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) обладает средней плотностью порядка 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды. Таким образом, чёрную дыру можно получить не только сжатием имеющегося объёма вещества, но и экстенсивным путём, накоплением огромного количества материала."

27
nazar24 · 19-01-2018

Inoplanetyan, многие из перечисленных вами "Звезд", могут быть вовсе не Звезды, они могут быть обычные планеты без контур-орбит, которые сверкают за счет собственного электричества т.е разряженный газа вокруг планеты в вакууме под большим напряжением.

28
Otzzi139 · 20-01-2018

Inoplanetyan, интересная информация, беру свои слова обратно, насчет свалки.
...
nazar2, Ваша "теория" полностью "исчерпалась" и становится никому не интересной (разве что Петру, для его тетрадки :-)

29
Awwal11297 · 20-01-2018

dilettant, значит, зависит таки нелинейно, я был прав (=f(ρ, m)). Но вы же понимаете, что сами разговоры о "накоплении массы" бессмысленны в отрыве от того, в каком именно объеме вы её собираетесь накапливать. Цитата из Википедии, вообще говоря, звучит довольно странно: любое "накопление массы" в одном теле (что, очевидно, подразумевается) в конце концов неизбежно приведет и к росту плотности под действием собственной гравитации. Интересный "практический" вывод тут в том, что сверхгигантские звезды с подобными массами (если предположить, что поток излучения в любом случае будет удерживать их от дальнейшего коллапса; это не факт, нужно рассчитывать) должны были бы уже рождаться для внешнего наблюдателя как черные дыры.

30
dilettant170 · 20-01-2018

Awwal112, речь не зря зашла о квазарах! Квазар - галактика, но для земного наблюдателя это "звезда", ибо так далеко, что иначе как звездой и не представить. Истинный размер квазара неизвестен, а масса огромная (опять же косвенно измеренная), что в центре квазара? Предполагают, что там СМЧД, та же ЧД, но огромной массы, может это и так, а может и нет. Но, но есть "масса" в конкретной точке пространства, вот эту "массу" и подставили в уравнения, описывающие "классические" ЧД, из уравнений получилась "средняя плотность" предполагаемой квазаровой СМЧД. Чистая математика и ничего более!

А.И. Герцен
"Астрономия, как наука, стала существовать с тех пор, как она соединилась с математикой."

31
Awwal11297 · 22-01-2018

dilettant, квазары - не галактики, а активные ядра галактик, с характерными размерами порядка Солнечной системы (что видно из периода колебаний их яркости). Потому и являются для земного наблюдателя точечными объектами. Окончательно перестаю понимать, о чём мы спорим. Возможность сформировать ЧД зависит от плотности вещества? В общем случае, безусловно, зависит (если материя не коллапсирует сама, то должна, по меньшей мере, вся влазить в свой радиус Шварцшильда - т.е., по определению, иметь достаточную плотность, хотя эта плотность и уменьшается пропорционально квадрату рассматриваемой массы).

32
dilettant170 · 22-01-2018

Awwal112, ядро галактики размером с Солнечную систему? Вы видно шутите!

Я Вам цитату из Вики привёл, Вы эту статью о ЧД потрудились прочитать хотя бы?
Не хотите продолжать разговор - воля Ваша, я не обижусь.

33
Awwal11297 · 23-01-2018

dilettant, законы физики и экспериментальные данные - штука упрямая. Да возьмите и сами упрощенно посчитайте радиус Шварцшильда для сверхмассивной дыры с массой 10^9 солнечной, в конце концов. Получается 2*10^39 кг*(1,48*10^-27 м/кг)=2,96*10^12 м, т.е. ~3 млрд км. Перигелий Плутона, если что, составляет 30 а.е., или ~4,4 млрд км. О черных дырах я для человека, далекого от теоретической физики, прочитал за свою жизнь достаточно.

34
Leonid3190 · 23-01-2018

Awwal112, да что там 10 млрд солнц, мелочь пузатая :-)
Средняя плотность барионной материи в нашей видимой вселенной 0.5 бариона/м^3 (днём с огнём не найдёшь) или ρ = 8.36*10^(-28) кг/м^3.
А сколько массы в среднем содержится в шаре радиусом R? Очень просто:
m = ρ*V, а объём шара V = (4*Pi*R^3)/3 м^3 или
m = 8.36*10^(-28)*(4*Pi*R^3)/3 = 3.50*10^(-27)*R^3 кг
Радиус Шварцшильда сами привели (за язык никто не тянул):
R = 1.48*10^(-27)*m, откуда масса ЧД внутри радиуса Шварцшильда
m = R/(1.48*10^(-27));
Отсюда просто найти радиус ЧД с плотностью нашей Вселенной:
R/(1.48*10^(-27)) = 3.50*10^(-27)*R^3
R = КОРЕНЬ(1/(((1.48*10^(-27))*3.50*10^(-27)) = 4.4*10^26 м или 46 млрд световых лет!
:-)

35
Awwal11297 · 24-01-2018

Да, гравитационный радиус наблюдаемой Вселенной сопоставим с её собственным радиусом.

написать комментарий наверх
Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль - воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

© 2002-2024. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!