WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Релятивістські об’єкти астрофізики - Курсова робота

Релятивістські об’єкти астрофізики - Курсова робота

Цікаво, що вже і одних тільки даних про світимість пульсарів в радіодіапазоні без якихнебудь відомостей про випромінювання на коротших довжинах хвиль досить, щоб переконатися в нетепловому, нечернотельном характері їх випромінювання. Відстань до Крабовидної туманності відома:

d = 2knk = 61019 м

тому за допомогою даних про потік випромінювання можна знайти світимість пульсара. Повна Світимість у всіх діапазонах виходить множенням повного потоку на площу, сфери радіусу d

L = f4pd2 = 31028 Вт

(Як потік f узятий фактично потік в гамма діапазоні.) Світимість цього пульсара приблизно в тисячу разів більше світимості Сонця на всіх довжинах хвиль. Тут, проте потрібно зробити одне зауваження. Наша оцінка була б цілком справедлива, якби пульсар випромінював однаково на всіх напрямках. Насправді його випромінювання не ізотропне, воно володіє певною спрямованістю. Ми не знаємо, як виглядає промінь цього "маяка": яка його ширина і як вісь обертання пульсара орієнтована щодо Землі. Тому врахувати спрямованість випромінювання точно не вдається; Дійсна світимість може бути, взагалі кажучи, і більше, і менше; чим 3*1029 Вт

Невизначеність все ж таки не катастрофічно велика; отже значення світимості знаходиться, ймовірно, між

31027 31030 Вт

III.IIIРентгенівські пульсари.

Рентгенівські пульсари це тісні подвійні системи, в яких одна із зірок є нейтронною, а інша яскравою зіркоюгігантом. Відомо близько двох десятків цих об'єктів. Перші два рентгенівські пульсари в сузір'ї Геркулеса і в сузір'їв Центавра відкриті в 1972 р. (за три роки до виявлення барстеров) за допомогою американського дослідження супутниця "Ухуру"). Пульсар в Геркулесові посилає імпульси з періодом 1,24 з. Це період обертання нейтронної зірки. У системі є ще один період нейтронна зірка і її компаньйон здійснюють поводження навколо їх загального центру тяжкості з періодом 1,7 дня. Орбітальний період був визначений в цьому випадку завдяки тій (випадковому) обставині, що "звичайна" зірка при своєму орбітальному русі регулярно виявляється на промені зору, що сполучає нас і нейтронну зірку, і тому вона затуляє на якийсь час рентгенівське джерело. Це можливо, очевидно, тоді, коли площина зоряних орбіт складає лише невеликий кут з променем зору. Рентгенівське випромінювання припиняється приблизно на 6 годин, потім знову з'являється, і так кожні 1,7 дня.

Синім кольором показаний розподіл нейтрального водню в Малій Магеллановом Хмарі. Червоні крапки відомі раніше рентгенівські пульсари, жовті зірочки нові пульсари (Між іншим, спостереження рентгенівських затьмарень для барстеров до останнього часу не вдавалося. І це було дивно: якщо орбіти подвійних систем орієнтовані в просторі хаотично, то потрібно чекати, що із понад трьох десятків барстеров принаймні декілька мають площини орбітального руху, приблизно паралельні свічу зір (як у пульсара в Геркулесові), щоб звичайна зірка могла періодично закривати від нас нейтронну зірку. Тільки у 1982 р., тобто через 7 років після відкриття барстеров, один приклад затменного барстера був, нарешті, виявлений.) Тривалі спостереження дозволили встановити ще один третій період рентгенівського пульсара в Геркулесові: цей період складає 35 днів, з яких 11 днів джерело світить, а 24 дні немає. Причина цього явища залишається поки невідомою. Пульсар в сузір'ї Центавра має період пульсацій 4,8 з . Період орбітального руху складає 2,087 дня він теж знайдений по рентгенівських затьмареннях. Долгоперіодічеськіх змін, подібних до 35денного періоду пульсара в сузір'ї Геркулеса у цього пульсара не знаходять. Компаньйоном нейтронної зірки в подвійній системі цього пульсара є яскрава видима зіркагігант з масою 1020 Сонць. В більшості випадків компаньйоном нейтронної зірки в рентгенівських пульсарах є яскрава блакитна зіркагігант. Цим вони відрізняються від барстеров, які містять слабкі зіркикарлики. Але як і в барстерах, в цих системах можливе перетікання речовини від звичайної зірки до нейтронної зірки, і їх випромінювання теж виникає завдяки нагріву поверхні нейтронної зірки потоком аккрецируемого речовини. Це той же фізичний механізм випромінювання, що і у разі фонового (не вспышечного) випромінювання барстера. У деяких з рентгенівських пульсарів речовина перетікає до нейтронної зірки у вигляді струменя (як в барстерах). У більшості ж випадків зіркагігант втрачає речовину у вигляді зоряного вітру витікаючого від її поверхні на всі боки потоку плазми, іонізованого газу. (Явище такого роду спостерігається і у Сонця, хоча сонячний вітер і слабкіше Сонце не гігант, а карлик.) Частина плазми зоряного вітру потрапляє в околиці нейтронної зірки, в зону переважання її тяжіння, де і захоплюється нею. Проте при наближенні до поверхні нейтронної зірки заряджені частинки плазми починають випробовувати дію ще одного силового поля магнітного поля нейтронної зіркипульсара. Магнітне поле здатне перебудувати аккреционный потік, зробити його несферическисиметричним, а направленим. Як ми зараз побачимо, через це і виникає ефект пульсацій випромінювання, ефект маяка. Є всі підстави вважати, що нейтронні зірки рентгенівських пульсарів володіють дуже сильним магнітним полем, що досягає значень магнітної індукції 108 – 109 Тл, що в 1011 – 1012 Тл разів більше середнього магнітного поля Сонця. Але такі поля природно виходять в результаті сильного стиснення при перетворенні звичайної зірки на нейтронну. Згідно загальним співвідношенням електродинаміки магнітна індукція В поля, силові лінії. якого пронизують дану масу речовини, посилюється при зменшенні геометричних розмірів R цієї маси.Це співвідношення виходить із закону збереження магнітного потоку. Варто звернути увагу на те, що магнітна індукція наростає при стисненні тіла точно так, як і його частота обертання. При зменшенні радіусу зірки від значення, рівного, наприклад, радіусу Сонця 109 м, до радіусу нейтронної зірки, 104 м магнітне поле посилюється на 10 порядків. Магнітне поле з індукцією B=104 Тл порівнянне з полем Сонця, вважається більш менш типовим для звичайних зірок; у деяких "магнітних" зірок виявлені поля в декілька тисяч разів великі, так що цілком можна чекати, що певна (і не дуже мала) частка нейтронних зірок дійсно повинна володіти дуже сильним, магнітним полем. До такого висновку прийшов радянський астрофізик Н. С. Кардашев ще в 1964 р.

IV. Чорні дірки:

IV.IІсторія ідеї про чорні дірки.

Чорні дірки- область простору, в якій гравітаційне тяжіння настільки сильне, що ні речовина, ні випромінювання не можуть цю область покинути. Для тіл, що знаходяться там, друга космічна швидкість (швидкість тікання) повинна була б перевищувати швидкість світла, що неможливе, оскільки ні речовина, ні випромінювання не можуть рухатися швидше за світло. Тому з чорної дірки ніщо не може вилетіти. Межу області, за яку не виходить світло, називають "горизонтом подій", або просто "горизонтом" чорної дірки. Щоб поле тяжіння змогло "замкнути" випромінювання, що створює це поле, маса (M) повинна стиснутися до об'єму з радіусом, меншим "гравітаційного радіусу" rg = 2GM/c2 (гравітаційна постійна G = 6,672 10-11 м3кг-1с-2 і швидкість світла с = 299 792 458 м/с). Значення гравітаційного радіуса надзвичайно мале в порівнянні з звичним розміром фізичних тіл. Наприклад, для Сонця з масою близько 21030 кг і радіусом близько 700 тис. км. значення rg =3 км. А для Землі (M = 61024 кг) значення rg= 1 см. З цієї причини створити і досліджувати чорну дірку в лабораторії практично неможливо: щоб тіло будь-якої розумної маси (навіть у мільйони тонн) стало чорною діркою, його потрібно стиснути до розміру, меншого, ніж розмір протона або нейтрона, тому властивості чорних дірок поки вивчаються тільки теоретично. Проте розрахунки показують, що тіла астрономічного масштабу (наприклад, масивні зірки) після виснаження в них термоядерного палива можуть під дією власного тяжіння стискатися до розміру свого гравітаційного радіусу. Пошук таких об'єктів ведеться вже більше 40 років, і зараз можна з великою упевненістю вказати декілька вельми вірогідних кандидатів в чорні дірки з масами від одиниць до мільярдів мас Сонця. Проте їх вивчення утруднене величезними відстанями від Землі. І хоча сам факт існування чорних дірок вже важко ставити під сумнів, практичне вивчення їх властивостей ще попереду.Англійський геофізик і астроном Джон Мічелл (J.Michell, 1724-1793) припустив, що в природі можуть існувати такі масивні зірки, що навіть промінь світла не здатний покинути їх поверхню. Використовуючи закони Ньютона, Мічелл розрахував, що якби зірка з масою Сонця мала радіус не більше 3 км., то навіть частинки світла (які він, услід за Ньютоном, вважав корпускулами) не могли б відлетіти далеко від такої зірки. Тому така зірка здавалася б здалеку абсолютно темною. Цю ідею Мічелл представив на засіданні Лондонського Королівського суспільства 27 листопада 1783. Так народилася концепція "ньютонівської" чорної дірки. Таку ж ідею висловив в своїй книзі Система миру (1796) французький математик і астроном Пьер Симон Лаплас. Простій розрахунок дозволив йому написати: "Зірка, що світиться, з щільністю, рівній щільності Землі, і діаметром, в 250 разів великим діаметру Сонця, не дає жодному світловому променю досягти нас із-за свого тяжіння; тому можливо, що найяскравіші небесні тіла у Всесвіті виявляються з цієї причини невидимими". Проте маса такої зірки повинна була б в десятки мільйонів разів перевершувати сонячну. А оскільки подальші астрономічні вимірювання показали, що маси реальних зірок не дуже сильно відрізняються від сонячної, ідея Мітчела і Лапласа про чорні дірки була забута. Удруге учені "зіткнулися" з чорними дірками в 1916, коли німецький астроном Карл Шварцшильд отримав перше точне рішення рівнянь тільки що створеною тоді Альбертом Ейнштейном релятивістській теорії гравітації - загальній теорії відносності (Від). Виявилось, що порожній простір навколо масивної крапки володіє особливістю на відстані rg від неї; саме тому величину rg часто називають "шварцшильдовськім радіусом", а відповідну поверхню (горизонт подій) - шварцшильдовськой поверхнею. У наступні півстоліття зусиллями теоретиків було з'ясовано багато дивовижних особливостей рішення Шварцшильда, але як реальний об'єкт дослідження чорні дірки ще не розглядалися. Правда, в 1930-і, після створення квантової механіки і відкриття нейтрона, фізики досліджували можливість формування компактних об'єктів (білих карликів і нейтронних зірок) як продуктів еволюції нормальних зірок. Оцінки показали, що після виснаження в надрах зірки ядерного палива, її ядро може стиснутися перетворитися на маленький і дуже щільний білий карлик або ж в ще щільнішу і зовсім крихітну нейтронну зірку. У 1934 європейські астрономи Фріц Цвікки і Вальтер Бааде, що працювали в США, висунули гіпотезу - спалахи найновіших є абсолютно особливим типом зоряних вибухів, викликаних катастрофічним стисненням ядра зірки. Так вперше народилася ідея про можливість спостерігати колапс зірки. Бааде і Цвікки висловили припущення, що в результаті вибуху найновішою утворюється надщільна вироджена зірка, що складається з нейтронів. Розрахунки показали, що такі об'єкти дійсно можуть народжуватися і бути стійкими, але лише при помірній початковій масі зірки. Але якщо маса зірки перевищує три масу Сонця, то вже ніщо не зможе зупинити її катастрофічного колапсу. У 1939 американські фізики Роберт Оппенгеймер і Хартланд Снайдер обгрунтували висновок, що ядро масивної зірки винне безупинно коллапсировать в гранично малий об'єкт, властивості простору навколо якого (якщо він не обертається) описуються рішенням Шварцшильда. Іншими словами, ядро масивної зірки в кінці її еволюції повинне стрімко стискатися і йти під горизонт подій, стаючи чорною діркою. Але оскільки такий об'єкт (як говорили тоді, "коллапсар", або "застигла зірка") не випромінює електромагнітні хвилі, то астрономи розуміли, що виявити його в космосі буде неймовірне важко і тому довго не приступали до пошуку. Оскільки ніякий носій інформації не здатний вийти з-під горизонту подій, внутрішня частина чорної дірки причинно не пов'язана з рештою Всесвіту, фізичні процеси, що відбуваються усередині чорної дірки, не можуть впливати на процеси поза нею. В той же час, речовина і випромінювання, падаючі зовні на чорну дірку, вільно проникають всередину через горизонт. Можна сказати, що чорна дірка все поглинає і нічого не випускає. З цієї причини і народився термін "чорна дірка", запропонований в 1967 американським фізиком Джоном Арчібальдом Уїлером.

Loading...

 
 

Цікаве