Официальный сайт журнала "Экология и Жизнь"
You need to upgrade your Flash Player or to allow javascript to enable Website menu.
Get Flash Player  
Всё об экологии ищите здесь:
Loading
  Сайт функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям  
Сервисы:
Каналы:
Каналы:
Блоги:
Дайджесты,
Доклады:

ЭКО-ВИДЕО



Реклама


Translate this page
into English

Translate.Ru PROMT©


Система Orphus


Главная Космос Загадка нейтронных звезд - почему они "горячие и быстрые" ?

Загадка нейтронных звезд - почему они "горячие и быстрые" ?

Загадка нейтронных звезд -  почему они "горячие и быстрые" ?

М.Е. Гусаков, А.И. Чугунов, Е.М. Кантор

 

Группе исследователей из ФТИ им. А.Ф. Иоффе удалось объяснить, почему в природе существует много нейтронных звезд, которые обладают двумя качествами одновременно: высокой температурой и быстрым вращением.
Загадка заключалась в том, что такое состояние звезды, по современным представлениям, неустойчиво. В результате неустойчивости скорость вращения должна быстро падать, и вероятность застать даже одну горячую звезду быстровращающейся должна быть крайне мала. Возможное решение предложили сотрудники сектора теоретической астрофизики Михаил Гусаков, Андрей Чугунов и Елена Кантор. Оказалось, что неустойчивость может эффективно подавляться, как это ни парадоксально, благодаря присутствию сверхтекучего вещества внутри таких объектов. В результате частота вращения будет падать не так быстро, что  позволяет примирить теорию и наблюдения. Ученым удалось не только  разгадать загадку, почему наблюдатели регистрируют достаточно много нейтронных звезд с высокими температурой и скоростью вращения, но и подтвердить теоретические предсказания существования сверхтекучести в недрах нейтронных звездах.
Нейтронные звезды — самые компактные звёзды среди существующих во Вселенной. Их масса в 1–2 раза больше солнечной, а диаметр составляет около 25 км — примерно как у крупного мегаполиса. В таком сверхплотном объекте (плотность вещества в нём больше, чем внутри атомного ядра) происходят очень необычные процессы, которые нельзя наблюдать ни в какой земной лаборатории. Поэтому, фактически, единственный способ исследовать их заключается в том, чтобы наблюдать нейтронные звезды и описывать эти наблюдения в рамках теоретических моделей.
К счастью, природа позаботилась о том, чтобы поставить для нас огромное число «экспериментов» с нейтронными звездами. Они являются конечным этапом звездной эволюции, а потому существуют в нашей Галактике во множестве — их число оценивают в миллиард. Хотя абсолютное большинство из них — старые и холодные объекты, которые вряд ли удастся наблюдать, несколько тысяч известных нейтронных звёзд обладают настолько разнообразными наблюдательными проявлениями, что позволяют не только изучать, что происходит с ними прямо сейчас, но и делать выводы о том, как такие объекты  появляются и эволюционируют.
Одним из «темных пятен» в этой области астрофизики было существование большого числа нейтронных звёзд, одновременно достаточно горячих и быстро вращающихся. Дело в том, что во вращающихся нейтронных звездах существует особый тип колебаний (r-моды). Эти колебания излучают гравитационные волны, которые тормозят вращение звезды. Кроме того, излучаемые гравитационные волны «раскачивают» излучающую их r-моду, что, в свою очередь, приводит к усилению гравитационного излучения и возникновению неустойчивости. При низких температурах вязкость оказывается достаточно эффективной, чтобы подавить раскачку колебаний, однако в горячих нейтронных звездах этого не происходит. Понятно, что в таком неустойчивом состоянии нельзя находиться очень долго: скорость вращения должна падать очень быстро и шансы «поймать» наблюдениями нейтронную звезду, которая была бы одновременно и горячей, и быстрой, должны быть очень низкими. Тем не менее, наблюдения показывали, что таких звёзд достаточно много. Это видимое противоречие требовало объяснения.
«Чтобы объяснить наблюдения, мы учли, что благодаря наличию сверхтекучего вещества в нейтронной звезде существует множество типов колебаний, так называемых мод, с разной зависимостью частоты от температуры, — говорит Андрей Чугунов, старший научный сотрудник сектора теоретической астрофизики Отделения физики плазмы, атомной физики и астрофизики. — Если при некоторых температурах частоты двух мод колебаний совпадают, они попадают в резонанс и начинают быстро обмениваться энергией (примерно также происходит обмен энергии между связанными маятниками одинаковой длины). В частности, если мода, попавшая в резонанс с r-модой, затухает быстро, то она успевает рассеивать всю поступающую в неё энергию, не возвращая её r-моде. В результате, гравитационные волны не успевают раскачать r-моду, так как она быстро теряет свою энергию на раскачку другой моды. Поэтому даже при достаточно высоких температурах звезда может тормозиться гравитационным излучением достаточно медленно, чтобы это не противоречило наблюдениям».
Предложенный учеными механизм приводит к образованию резонансных пиков стабильности, «разрезающих» область неустойчивости на плоскости частота-температура нейтронной звезды (их границы показаны на графике красными линиями, уходящими почти вертикально вверх). Частоты и температуры, наблюдаемые у реальных звезд (показаны на рисунке кружками), согласуются с наличием пиков стабильности.
Андрей Чугунов и его коллеги Михаил Гусаков и Елена Кантор также показали, что результатом действия такого механизма может быть целый новый класс нейтронных звезд, «живущих» на границе пиков стабильности. Исследователи предложили назвать их HOFNAR (от английского HOt and Fast NonAccreting Rotators) или «горячие вдовы» (по аналогии с пульсарами «черная вдова»), имея в виду, что эти объекты «съели» свою звезду-компаньон, которая раскрутила их до высокой частоты вращения (200 и более оборотов в секунду), но сохранили высокую температуру (около 100 миллионов градусов) в своих недрах благодаря r-модам. Дело в том, что на границе резонансных пиков, где и «живут» «горячие вдовы», неустойчивость r-мод подавлена не полностью, т.е. раскачка колебаний гравитационными волнами находится в равновесии с темпом обмена энергией с резонансной модой. При этом диссипация энергии последней приводит к подогреву звезды и позволяет ей поддерживать высокую температуру. Важно, что среди наблюдаемых нейтронных звёзд удалось выделить несколько кандидатов в «горячие вдовы». Если гипотезу об этом классе нейтронных звёзд удастся подтвердить, это станет еще одним доказательством существования гравитационных волн, предсказанных общей теорией относительности, но всё еще не задетектированных экспериментально.
«Очень важно, что описанный нами механизм тесно связан с возникновением сверхтекучести в недрах нейтронных звёзд, — подчеркивает Михаил Гусаков, старший научный сотрудник сектора теоретической астрофизики. — Её предсказывают большинство моделей сверхплотного вещества. Поэтому если существование быстровращающихся горячих нейтронных звёзд связано именно с резонансным взаимодействием колебаний, это, во-первых, подтверждает появление сверхтекучести, а во-вторых, даёт ученым в руки новый метод её исследования».

 

На диаграмме по вертикали отложены наблюдаемые частоты вращения, а по горизонтали — внутренние температуры нейтронных звезд.
Точками на диаграмме обозначены некоторые наиболее горячие быстровращающиеся нейтронные звёзды. Розовая область — область «стабильности», то есть такое соотношение температуры и частоты вращения, при котором внутренние колебания не усиливаются и не тормозят звезду. Пунктир — граница области «стабильности» при обычных предположениях (если нет резонансного подавления, предложенного авторами работы). Видно, что многие наблюдаемые объекты находятся далеко за её пределами. Резкие «пики» обозначают расширенные границы области стабильности, связанные с резонансным подавлением неустойчивости. На рисунке представлены только два пика, но их может быть больше, что связано с резонансным взаимодействием разных мод колебаний.

 

Публикация результатов в зарубежном журнале: MNRAS 445, 385–391 (2014)
New possible class of neutron stars: hot and fast non-accreting rotators
A. I. Chugunov, (1), M. E. Gusakov (1,2) and E. M. Kantor (1)
1. Ioffe Institute, Polytekhnicheskaya 26, 194021 St. Petersburg, Russia
2. St-Petersburg State Polytechnical University, Polytekhnicheskaya 29, 195251 St. Petersburg, RussiaAccepted 2014 August 27. Received 2014 August 27; in original form 2014 June 11
ABSTRACTA new class of neutron stars (NSs) – hot rapidly rotating non-accreting NSs, which we proposeto call HOFNARs (HOt and Fast Non-Accreting Rotators) or ‘hot widows’ (in analogy with‘black widow’ pulsars) – is suggested. We argue that such stars should originate from thelow-mass X-ray binaries (LMXBs) provided that they were unstable with respect to excitationof r modes at the end of accretion epoch (when their low-mass companions ceased to fill theRoche lobe). High temperature of ‘hot widows’/HOFNARs is maintained by r-mode dissipationrather than by accretion.We analyse observational properties of ‘hot widows’/HOFNARsand demonstrate that these objects form a specific separate class of NSs. In particular, some ofthe most stable X-ray sources among the candidates to quiescent LMXB systems (qLMXBs),can, in fact, belong to that new class. We formulate observational criteria which allow us todistinguish ‘hot widows’/HOFNARs from qLMXB systems, and argue that available observationsof X-ray sources 47 Tuc X5 and X7 satisfy (or, at least, do not contradict) these criteria.In addition, we discuss pieces of indirect evidence in favour of ‘hot widows’/HOFNARs existence,following from the analysis of observations and predictions of population synthesistheories. If that new class of NSs does exist, it would prove the possibility to emit gravitationalwaves by mass–current multipole. Various applications of our results, such as prospects forconstraining superdense matter properties with ‘hot widows’/HOFNARs, are analysed.

нейтронная звезда 

03.01.2016, 691 просмотр.


Нравится

Интервью

26.12.2017 20:09:18

Сертификация органического земледелия

В России имеют право сертифицировать по международным стандартам органического сельского хозяйства только 16 органов по сертификации, «Контрол Юнион Сертификейшенс» входит в их число. Это самый представительный сертификационный орган в сфере органического сельского хозяйства в нашей стране. Помимо России «Контрол Юнион Сертификейшенс» осуществляет органическую сертификацию еще в 130 странах мира, что имеет большое значение с точки зрения опыта и профессионализма.

сельское хозяйство, стандарт, земледелия, Сертификация

21.12.2017 00:15:00

Авторские концепции Никиты Моисеева / По материалам презентации книги в Библио-Глобусе

Презентация книги воспоминаний Никиты Николаевича Моисеева «Как далеко до завтрашнего дня..» снабженной новыми главами дополнениями,  прошла в середине декабря в Библио-Глобусе. Встреча была интересна всем присутствующим – они смогли поведать всем «имеющим уши» о своих опытах общения и понимания личности Моисеева. Издатель книги — Александр Самсонов, рассказал о том, что научно-популярные издания, вышедшие из-под пера Моисеева, отличаются наличием ярко выраженной авторской концепции излагаемого предмета, каким бы он ни был  – от прикладной математики до самой науки, как таковой..

Моисеев

20.12.2017 00:41:47

Извини Колумб! / Доминик Гёрлиц - немецкий Тур Хейердал/ ABORA IV стартует из Сочи ?!

Путешествие через океан на камышовой лодке. Преодолеть Гольфстрим и ветер позволяло мореходное искусство древних доказывает немецкий исследователь-авантюрист Доминик Гёрлиц. В посольстве России в Берлине он представил карту экспедиции на камышовой лодке, стартующей из Сочи в Крым, Варну, Стамбул … ABORA не только обещает новые идеи, но, что более важно, положительные эмоции. Только они могут дать ключи настройки к постоянным изменениям нашего мира, к самым тревожным темам современности — такими как последствия изменения климата или определенных стратегий цивилизации, которые могут остановить развитие общество в будущее

ABORA, Герлиц

20.12.2017 00:05:00

Праздник идей - встреча с Моисеевым .. и его идеями / Презентация книги Н.Н.Моисеева

В Библио-Глобусе прошла презентация книги Н.Н.Моисеева «Как далеко до завтрашнего дня…», изданной к 100-летнему юбилею ученого. Будущее экономики — в сфере духовных ценностей — так считает один из учеников Моисеева — член-корр РАН Игорь Поспелов. Ядерная зима — рассказ об исследованиях - как это было, и как это может быть, огненные штормы и пылевая завеса скрывающая Солнце..

Акимова, Петросян, Пархоменко, Поспелов, книга Н.Н.Моисеева, Библио-Глобус

27.11.2017 09:51:26

Эволюция вместо революции. Energiewende в Германии - стратегия 2050 в Швейцарии /Интервью с Франсуа Вюи (François Vuille, EPFEL, Lausanne)

Почему потерпела неудачу инициатива «зеленых либералов» Швейцарии — заменить НДС на налог на энергию? Конфидерация вырабатывает стратегический план использования возобновляемой энергетики рассчитанный до 2050.  Об этом и других аспектах выбора путей современного развития — интервью с Франсуа Вюи / François Vuille — представителем энергетического центра EPFEL при университете Лозанны.

Lausanne), Франсуа Вюи / François Vuille (EPFEL

13.11.2017 01:18:38

Никите Моисееву - 100-лет / Конференция и заседание в Президиуме РАН

Символично, что вместо помпезного юбилея советской власти, который мог бы состояться 7 ноября, вековому юбилею одной человеческой судьбы – судьбы ровесника революции Никиты Моисеева, были посвящены события, рожденные другой силой современности -  совсем по другому великой и обладающей неизмеримым потенциалом роста  – наукой.

Никита Моисеев

13.11.2017 00:57:00

Мы живем под собою не чуя страны / Роберт Нигматулин - Никите Моисееве, и современных ученых, далеких от реальности

Выступление в Президиуме РАН Роберта Нигматулина, опытного оратора, прошедшего школу политической борьбы в парламенте Башкирии и научных сражений — в том числе в роли  Президента Академии наук Башкирии. Выступление посвящено 100-летнему юбилею Никиты Моисеева — ровесника революции, труды и воспоминания которого важны сегодня для российской интеллигенции, как никогда.

Роберт Нигматулин, Никита Моисеев

RSS
Архив "Интервью"
Подписка на RSS
Реклама: