Transcript Лекция 2
Строение и эволюция звезд II Звезды из вырожденного вещества 1. Коричневые карлики (T~700-2000K) 2. Белые карлики (T~10000-100000K) 3. Нейтронные звезды (T~0.1-0.3 кэВ) Средний импульс электронов Среднее расстояние между электронами Занимаемый фазовый объем p ~ me k T s meGMmp ~ 7R 1/ 2 1/ 2 1/ 3 4m p R m p ~ q ~ M 3/ 2 3 4 m p R meGMmp 3 (qp ) ~ M R 1/ 3 M ~ 180h M Sun 3 1/ 2 3 R RSun 3/ 2 При R~0.03R(Sun) объем становится ~ h3 Вырождение Давление нерелятивистского вырожденного электронного газа (3 ) p m 5me p 2 2/3 2 5/ 3 Давление релятивистского вырожденного электронного газа (3 ) c p m 4 p 2 1/ 3 Индифферентное равновесие 4/3 U Предел массы белого карлика (нейтронной звезды) Плотность фермионов 3 в звезде n ~ N R Объем на фермион V ~ R3 N Значит импульс фермиона p ~ n 1/ 3 1/ 3 cN Энергия Ферми EF ~ n1/ 3c ~ R релятивистского фермиона Гравитационная энергия фермиона EG ~ GMmp R Предел массы белого карлика (нейтронной звезды) Предельное число фермионов, удерживаемых гравитацией N max cN EF EG R 3/ 2 c ~ 2 1057 ~ Gm2 p 1/ 3 GNm 2 p R M max ~ Nmaxmp ~ 1.5M Sun Подтверждается ли наблюдениями? Форма линий -> сила тяжести (давление) на поверхности (log g ~8.556) Сириус В Положение линий -> гравитационное красное смещение (~20-80 км/сек) Форма спектра и параллакс -> радиус Результаты обзора SDSS Общая теория относительности Метрика Шварцшильда 2GM rs 2 c rs E 1 E0 r Шварцшильдовский радиус Гравитационный сдвиг энергии E 10 r 9 м м , ~ 7 10 Для пов.Земли s E0 (относительно бесконечности) Для БК E 6 ~ 7 10 ~ 20 80км / сек E0 Эффекты общей теории относительности на Земле Опыт Паунда и Ребки (1960) E (22.5 м) ~ 2.5 1015 E0 Подтвердил правильность ОТО с точностью 10% На спутниках время уходит на ~8.5 мсек в год Без ОТО навигаторы работать не будут Для нейтронных/ кварковых звезд? Кварковое состояние вещества энергетически выгоднее барионного? Для нейтронных звезд? Массы PSR J0737-3039A/B Системы из двух нейтронных звезд Массы ЧД и НЗ в двойных системах Для нейтронных звезд? Размеры? Температура и радиус остывающих нейтронных звезд 12-15км Горячее пятно? Вспомним условия в центре Солнца Pc>4.5 x 108 атмосфер, Плотность ~150 г/см3 Tc GM s mp 6krs 2.3 106 K И в атмосфере НЗ При типичной аккреции Mdot~10-9Msun/год~5000г/см2/сек Темп накопления 109 Ms / year 3 2 5 10 г / см / сек 2 4R Высота однородной атмосферы НЗ kT P dP g mp dz m p gh P P0 exp kT GM ns 14 g ~ 2 10 2 R kT~1 кэВ hns ~ 5см На глубине порядка 10 см за сутки копится плотность >107 г/см3 Термоядерные взрывы Для нейтронных звезд? Размеры? Термоядерное горение атмосферы (взрыв) 12-15км Всплески первого типа на НЗ Взрывы классических Новых на БК В чем разница? Термоядерные взрывы на комп.объектах GM 2 Eгр ~ , Eтя ~ 0.007 mc R Для нейтронных звезд? Размеры? Не подтвердилось Осцилляции во время термоядерных взрывов Многообещающий способ Для нейтронных звезд? Спектр слоя растекания Проект “Рентгеновский Микрофон” Эфф. площадь 10 кв.м Двойные системы Двойные системы v P ( v ) v R 2 v t 2 v - сила Кориолиса GM1 GM 2 1 R (ω r ) 2 | r r1 | | r r2 | 2 потенциал Роша Угловой момент двойной системы G(M1 M 2 ) M1, 2 2 a J (M a M a ), a1, 2 3 a M 1/ 2 Ga При консервативном J M 1M 2 обмене массой M1 M 2 2 1 1 2 2 2 a 2 J 2( M 2 ) M 2 1 a J M 2 M1 1/ 3 M2 R2 0.462 a M1 M 2 M=M1+M2=const R 2 2 J 2( M 2 ) 5 M 2 R2 J M 2 6 M1 размер полости Роша и его эволюция Если Если M2 5 M1 6 M2 5 M1 6 Самоподдерживающееся перетекание Для поддержки перетекания необходим отвод углового момента Гравитационные волны dEorb 32G M 5 5 dt 5c a 4 7/2 dJorb 32G dt 5c 5 1 d ln Lorb 9 M1 (GW ) 1.2 10 dt M 1 M M 1 2 M M2 M 2 5/ 2 a7 / 2 1 3 a R 4 Магнитный звездный ветер Вещество “отцепляется” от зв.ветра на расстоянии >>Rs Уносит много углового 2 J MR момента V ~t 1/ 2 из наблюдений 2 (приливные силы) dLorb ( a ) J2 dt 2 d ln Lorb R24 GM 2 5 dt M1 a Звезда заполняет полость Роша: Образование диска Обзоры всего неба Слоан SDSS RXTE INTEGRAL ближайший проект Спектр-рентген-гамма PanSTARRS LSST.. Маломассивные двойные в ГЦ CHANDRA FOV ИНТЕГРАЛ Водород? Пример: как минимум некоторые из таких систем действительно очень тесные – влияние грав. волн? 4U0614+091 Аккреция из ветра: Звезда не заполняет полость Роша racc GM x GM x 2 2 v rel v w v 2x Аккреция из ветра: Звезда не заполняет полость Роша Массивные двойные Молодые Спиральные рукава Массивные двойные Молодые Спиральные рукава Орбитальные обсерватории с участием ИКИ РАН Мир/Квант (1987-2001) Орбитальные обсерватории с участием ИКИ РАН Гранат (1989-1998) Орбитальные обсерватории с участием ИКИ РАН ИНТЕГРАЛ(2002-) Измерение излучательной способности локальной Вселенной Монитор Всего Неба (МВН) на МКС (2012?) Картографирование аккр. диска Вспышечная аккреция SS Лебедя “неустойчивости карликовых Новых” Две ветви состояния аккреционного диска - влияние ионизации водорода Рентгеновские Новые – двойные системы с ЧД или НЗ с неустойчивыми аккреционными дисками 1975 1988 1991 1989 Рентгеновские Новые – двойные системы с ЧД или НЗ с неустойчивыми аккреционными дисками Небо в 2004-2007 по результатам наблюдений монитора всего неба обсерваториии RXTE Аккреция на замагниченные компактные объекты Магнитные поля ~1012-1015 Гаусс Температура плазмы ~10-100x106 К Диапазон частот - ~кГц Затмения в катаклизмических переменных (аккрецирующих БК) Структура полярной шапки Телескоп РТТ150 Ближайший большой проект Спектр-Рентген-Гамма (СРГ) Обзор неба с рекордной чувствительностью – тысячи скоплений галактик, миллионы АЯГ Темная энергия, эволюция ЧД, их влияние на галактики, перепись населения нашей Галактики “Рентгеновский микрофон” Уравнение состояния нейтронных/кварковых звезд Теория относительности вблизи горизонта событий Слабые системы систематически пропускаются в простых обзорах Mdot~10-11 Msun/год Количество слабых объектов – ключ к эволюции двойных Систем под влиянием грав. волн При массе <0.3Msun механизм МЗВ выключается Переход между Механизмами МЗВ и ГВ Провал в периодах катаклизмических переменных Временной масштаб эволюции системы за счет магнитного ветра 4 2 d ln Lorb R GM 5 dt M1 a 1 2 d ln Lorb 6 M 1 M ( MSW ) 1.5 10 dt M M 2 a R 5 R2 R 4 Из последних интересных открытий Обсерватория ИНТЕГРАЛ “Поглощенные” источники