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, 645 просмотров.


Нравится

Интервью

31.08.2017 14:38:49

В.И.Глазко После Чернобыля - отбор "на дурака" /Круглый стол к 100-летию Н.Н.Моисеева

Когда приезжаешь в зону, — первое – это тишина. Как поется в песне, «там птицы не поют». Но интересно то, что в рыжем лесу микробиота восстановилась через 8 лет. Птицы прилетели через 6 лет. Через 20 лет в Чернобыле было 40 краснокнижных видов, начиная от оленей, кабанов и т.д. Оказывается, антропогенное воздействие хуже, чем радиационное…Круглый стол, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева, состоялся в рамках Климатического форума городов России.

Моисеев100, Глазко, Чернобыль, кюри, грэй, зиверт

31.08.2017 12:51:37

Самсонов А.Л. Идеи Моисеева - сегодня /Круглый стол к 100-летию Н.Н.Моисеева

Коэволюция — это отталкивание существ друг от друга. Кризис управления служит драйвером развития. Круглый стол, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева, состоялся в рамках Климатического форума городов России 21 августа.

Моисеев100, Самсонов, коэволюция

31.08.2017 09:39:02

Сывороткин В.Л. Водородный механизм разрушения озонового слоя/ Круглый стол к 100-летию Н.Н.Моисеева

Главные каналы водородной дегазации планеты — это рифтовые зоны на вершинах срединно-океанских хребтов — падение озона коррелирует с рифтовыми зонами. Круглый стол, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева, состоялся в рамках Климатического форума городов России.

Моисеев100, озон, водород

31.08.2017 00:56:00

Климатический форум - круглый стол/ К 100-летию Н.Н.Моисеева

Круглый стол, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева, состоялся в рамках Климатического форума городов России. В круглом столе принял участие руководитель департамента природопользования Москвы и организатор форума Антон Кульбачевский, а также ученые  И.Г.Поспелов, Г.С.Голицин, А.С.Гинзбург, Г.Г.Малинецкий, Т.А.Акимова и др. Вел круглый стол главный редактор журнала «Экология и жизнь» А.Л.Самсонов

круглый стол к 100-летию Н.Н.Моисеева

29.08.2017 10:09:00

Малинецкий Г.Г. Человек, который занимался будущим / Круглый стол, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева

Из 100 человек в постиндустриальном мире достаточно, чтобы в сельском хозяйстве работало двое. В промышленности – 10 человек. В управлении – 13. Что надо делать остальным 75? Ответ очень простой. Их надо развлекать Мы живем в виртуальном мире, где господствуют развлечения. Выступление Г. Г.Малинецкого на круглом столе, посвященный 100-летию Н.Н.Моисеева. Заседание прошло в рамках Климатического форума городов России. В круглом столе принял участие руководитель департамента природопользования Москвы и организатор форума Олег Кульбачевский, а также ученые  И.Г.Поспелов, Г.С.Голицин, А.С.Гинзбург, Г.Г.Малинецкий, Т.А.Акимова, В.П. Пархоменко, В.И.Меденников, Ф.И.Ерешко и др. Вел круглый стол главный редактор журнала «Экология и жизнь» А.Л.Самсонов.

Малинецкий, Моисеев100

29.08.2017 07:19:00

Виктор Меденников: Системный анализ - подход Моисеева / Круглый стол к 100-летию Н.Н.Моисеева / АКАДЕМИК Н.Н. МОИСЕЕВ И ИНФОРМАТИЗАЦИЯ АПК Ерешко Ф.И., Меденников В.И., Огнивцев С.Б.

Ученые-сельхозники, не понимая ни системного подхода, ни системного анализа, думали, что достаточно ухватить какую­-то ниточку, с помощью которой можно распутать этот клубок проблоблем, которое представляло наше сельское хозяйство. Им казалось, что можно сделать скажем, либо систему орошения, либо переброску сибирских рек на европейскую территорию, либо найти какие-то чудо-семена, либо еще что-то  новое, породы животных.

Моисеев100, Огнивцев С.Б., Ерешков Ф.И., Меденников В.И.

24.08.2017 13:06:30

Н.Н. Моисеев - Президентский совет и Рэнд Корпорэйшен/ Проект Моисеев100 - к 100-летию ученого

23 августа 2017 года исполнилось бы 100 лет со дня рождения замечательного русского ученого - Никиты Николаевича Моисеева. В Проекте Моисеев100 опубликована первая книга — книга воспоминаний ученого «Как далеко до завтрашнего дня» и его заметки о русской интеллигенции Вехи2000. В публикуемом далее фрагменте раскрывается тема служения ученого своей стране, которой посвящена и вся книга в целом…»Ученый не может управлять, ибо, если внутри него не живет сомнение, то он не может быть ученым. И его задача — не преодолевать сомнение, а использовать его для получения новых знаний. А человек, принимающий решение, должен уметь преодолевать сомнение, иметь мужество идти на риск, и для него важнее всего «ввязаться в драку“ — вот так я пересказываю знаменитое высказывание Наполеона»….

Моисеев, системный анализ, Rend Corporation

RSS
Архив "Интервью"
Подписка на RSS
Реклама: