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, 614 просмотров.


Нравится

Интервью

21.03.2017 00:13:00

Глобальное потепление ставит задачи - экономические, организационные, информационные / Активные воздействия, качество воздуха и воды в водоемах, доверие населения/ Александр Фролов - интервью на полях коллегии Росгидромета

Связаны ли экономический рост северных стран и глобальное потепление? Инициирует ли Правительство такое стратегическое направление, как рыночное квотирование загрязнений воздуха? Будет ли развиваться мониторинг рек и водоемов? Что будет с выбросами парниковых газов, Парижским соглашением, и можно ли «верить» в глобальное потепление? Станет ли Росгидромет «ближе к народу»  и доступнее в Интернете? На все эти вопросы ответил в своем интервью руководитель Росгидромета Александр Фролов.

космическая погода, Фролов, РОСГИДРОМЕТ

25.01.2017 00:07:00

"Капричос": от Гойи - к Дали / Марина Лошак об актуальности момента выставки

В XVIII веке Западная и Центральная Европа были буквально наводнены мрачными прогнозами о будущности лесов и сельской альменды. На этом фоне выдвигались различные гипотезы — в том числе — о несовершенстве рода человеческого вообще. Развивая эту идею, испанский художник Франсиско Гойя создал серию офортов, разоблачающих людские пороки в жанре острой социальной сатиры. Сальвадор Дали под влиянием впечатлений от ужасов фашизма продолжил мысль Гойя — и гениально дополнил ее своим активным вмешательством в сюжеты, созданные Гойя. Эта перекличка умов необходима нами и сегодня — перед нерешенными вопросами несправедливости, хищничества, насилия этот диалог гениев остается более чем актуален…

Гойя, Дали, коллекция, ГМИИ Пушкина

24.01.2017 11:32:45

Проблема мусора - знает ли кто-нибудь правду? / ОТР ставит "мусорный вопрос"

Сколько в России мусора, и сколько стоит его сбор и переработка? Участники обсуждения приводят различные цифры — наколено 100 млрд. тонн или 30 млрд.тонн? Если в год прозводится от 50 до 70 миллионов тонн бытового мусора то миллиарды — это за 1000 лет? Стоимость переработки — триллион рублей! Где взять триллион — это инвестиции или госдотации? Аргументы противостоят друг другу, а в итоге — решения пока нет…

мусор, отходы, полигоны

17.01.2017 00:22:22

Арктика - территория или путь в будущее? / Арктика территория диалога - круглый стол ТАСС

На круглом столе звучали различные определения Арктики как территории — от территории «эталонных технологий для сурового климата», до «территории  устойчивого развития». Однако в ответе на вопросы журналистов Арктика раскрылась как путь в будущее — а именно — Северный морской путь (СМП). Оказалось, что территория и путь неразрывно связаны. СМП это — «транспортный маршрут, на основании которого была сформирована арктическая зона РФ,»- сказал Александр Цибульский, зам.министра экономического развития РФ.

модели, технологии, Арктика

27.12.2016 17:42:06

Путин: Россия - планетарный ресурс и экологический донор мира /Госсовет по экологии в Кремле

Из выступления Президента Путина на Госсовете:  Хочу подчеркнуть, гигантский, именно гигантский ресурсный потенциал России, безусловно, имеет планетарное значение. Наша страна располагает колоссальными запасами пресной воды, лесных ресурсов, огромным биоразнообразием и выступает как экологический донор мира, обеспечивая ему почти 10 процентов биосферной устойчивости… Достойное существование нынешних и будущих поколений сможет обеспечить только эффективное использование природного капитала. Выступили также С. ИвановБ. ДубровскийА. ШохинС. Донской,  В. ЖириновскийГ. Зюганов

Путин, Госсовет 2016

27.12.2016 17:06:26

Квоты на выбросы - ответы или вопросы? /Дубровский о вредных выбросах и идеях доклада/ Госсовет по экологии в Кремле

Обзор доклада, подготовленного к Госсовету, дал губернатор Челябинской области Борис Дубровский.  времён Адама Смита природные ресурсы оцениваются по степени их вовлечённости в хозяйственный оборот. У человечества есть пассивы (это наши природные ресурсы, наш природный капитал) и есть активы (человеческий капитал). Наша задача – перевести пассивы в активы с минимальными потерями, то есть использовать природные ресурсы для наращивания человеческого капитала. Поднимаем ключевые моменты.

квоты, Дубровский, Госсовет 2016

29.11.2016 12:00:30

Свалки как вопрос безопасности/ С.И.Иванов - выступление на Совете по стратегическому развитию

Первая по важности тема для года экологии — это мусор, а вторая — состояние сточных вод. Сергей Иванов сообщил, что ликвидация накопленного экологического ущерба от свалки, на которую уже давно мусор не выбрасывают, при строительстве взлетно-посадочной полосы в Шереметево, обойдется в 1,3 млрд.руб.

сточные воды, свалки, Год экологии

RSS
Архив "Интервью"
Подписка на RSS
Реклама: