Строение и эволюция звезд II

Строение и эволюция звезд II

Звезды из вырожденноговещества

1. Коричневые карлики (T~700-2000K)2. Белые карлики (T~10000-100000K)3. Нейтронные звезды (T~0.1-0.3 кэВ)

2/1

2/1

7~~

R

GMmmTkmp pe

se

3/133/14

~~

M

Rmmq pp

2/32/1

3

2/333

180~

4~)(

SunSun

pep

R

R

M

Mh

R

GMmm

M

Rmpq

Средний импульсэлектронов

Среднее расстояниемежду электронами

Занимаемый фазовый объем

При R~0.03R(Sun) объем становится ~ h3

Вырождение

3/523/22

5

)3(

pe mmp

Давление нерелятивистского вырожденногоэлектронного газа

3/43/12

4

)3(

pm

cp

Давление релятивистского вырожденного электронного газа

UИндифферентное равновесие

Предел массы белого карлика (нейтронной звезды)

3~ RNnПлотность фермионов в звезде

Объем на фермионNRV 3~

Значит импульс фермиона 3/1~ np

Энергия Ферми релятивистского фермиона R

cNcnEF

3/13/1 ~~

R

GMmE p

G ~Гравитационная энергияфермиона

Предел массы белого карлика (нейтронной звезды)

Предельное числофермионов, удерживаемыхгравитацией

R

GNm

R

cNEE p

GF

23/1

57

2/3

2max 102~~

pGm

cN

Sunp MmNM 5.1~~ maxmax

Сириус ВФорма линий ->сила тяжести (давление)на поверхности(log g ~8.556)

Положение линий ->гравитационное красноесмещение (~20-80 км/сек)

Подтверждается ли наблюдениями?

Результаты обзораSDSS

Форма спектра ипараллакс -> радиус

Общая теория относительностиМетрика Шварцшильда

Шварцшильдовский радиус2

2

c

GMrs

r

r

E

E s 10

Гравитационный сдвиг энергии

Для пов.Земли(относительнобесконечности)

10

0

107~,9

E

Eммrs

Для БК секкмE

E/8020~107~ 6

0

15

0

105.2~)5.22(

E

мE

Эффекты общей теории относительности на Земле

Опыт Паунда и Ребки (1960)

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 состояниевещества энергетически выгоднее барионного?

Для нейтронных звезд?

PSR J0737-3039A/B

Массы

Системы из двух нейтронных звезд

Массы ЧД и НЗ в двойных системах

Для нейтронных звезд?Размеры?

Температураи радиусостывающих нейтронныхзвезд

12-15км

Горячее пятно?

Вспомним условияв центре Солнца

Pc>4.5 x 108 атмосфер,Плотность ~150 г/см3

Kkr

mGMT

s

psc

6103.26

И в атмосфере НЗ

При типичной аккреции Mdot~10-9Msun/год~5000г/см2/сек

Темп накопления сексмгR

yearMs//105

4

/10 232

9

gdz

dP

Высота однородной атмосферы НЗ

pm

kTP

kT

ghmPP pexp0

142

102~ R

GMg ns kT~1 кэВ

смhns 5~На глубине порядка 10 см за сутки

копится плотность >107 г/см3

Термоядерные взрывы

Для нейтронных звезд?Размеры?

12-15км

Термоядерное горениеатмосферы (взрыв)

Всплески первого типа на НЗ

Взрывы классических Новых на БК

В чем разница?

Термоядерные взрывы на

комп.объектах

2007.0~,~ mcER

GME тягр

Для нейтронных звезд?Размеры?

Не подтвердилось

Осцилляции во время термоядерных взрывов

Многообещающий способ

Для нейтронных звезд?Спектр слоярастекания

Проект “РентгеновскийМикрофон”Эфф. площадь10 кв.м

Двойные системы

Двойные системы

P

t R

vvvv

2)(

v2 - сила Кориолиса

2

2

2

1

1 )(2

1

||||r

ω

rr

GM

rr

GMR

потенциал Роша

Угловой момент двойной системы

aM

MaaMaMJ

2,1

2,1222

211 ,)( 3

212 )(

a

MMG

2/1

2121

MM

GaMMJ При консервативном

обмене массойM=M1+M2=const

1

2

2

2 1)(22

M

M

M

M

J

J

a

a

3/1

21

22 462.0

MM

M

a

R

1

2

2

2

2

2

6

5)(22

M

M

M

M

J

J

R

R

размер полости Роша и его эволюция

6

5

1

2 M

M

6

5

1

2 M

M

ЕслиСамоподдерживающеесяперетекание

ЕслиДля поддержкиперетекания необходим отводуглового момента

Гравитационные волны

5

32

5

4

5

32

a

M

c

G

dt

dEorb

2/7

2/52

5

2/7

5

32

a

M

c

G

dt

dJorb

41

2

11

191

102.1ln

)(

R

a

M

M

M

M

M

M

dt

LdGW orb

2RMJ

Вещество “отцепляется” от зв.ветра на расстоянии >>RsУносит много угловогомомента

2/1~ tV

2 (приливные силы)

2

2 )(J

dt

adLorb

5

2

1

42ln

a

GM

M

R

dt

Ld orb

из наблюдений

Магнитный звездный ветер

Звезда заполняет полость Роша:Образование диска

Слоан SDSSОбзоры всего неба

RXTE

INTEGRALближайший проект

Спектр-рентген-гамма

PanSTARRSLSST..

Маломассивныедвойные в ГЦ

CHANDRA FOV

ИНТЕГРАЛ

Пример: как минимумнекоторые из таких системдействительно очень тесные –влияние грав. волн?

4U0614+091

Водо

род?

2x

2w

2rel vvv

xxacc

GMGMr

Аккреция из ветра:Звезда не заполняет полость Роша

Аккреция из ветра:Звезда не заполняет полость Роша

Массивные двойные

Молодые

Спиральные рукава

Массивные двойные

Молодые

Спиральные рукава

Мир/Квант (1987-2001)

Орбитальные обсерваториис участием ИКИ РАН

Гранат (1989-1998)

Орбитальные обсерваториис участием ИКИ РАН

Орбитальные обсерваториис участием ИКИ РАН

ИНТЕГРАЛ(2002-)

Измерение излучательнойспособности

локальной Вселенной

Монитор Всего Неба(МВН) на МКС

(2012?)

Картографирование аккр. диска

Вспышечная аккрецияSS Лебедя

“неустойчивости карликовых Новых”

Две ветви состоянияаккреционного диска

- влияние ионизации водорода

Рентгеновские Новые – двойныеРентгеновские Новые – двойныесистемы с ЧД или НЗ с неустойчивымисистемы с ЧД или НЗ с неустойчивыми

аккреционными дискамиаккреционными дисками

19751988

1991

1989

Рентгеновские Новые – двойныеРентгеновские Новые – двойныесистемы с ЧД или НЗ с неустойчивымисистемы с ЧД или НЗ с неустойчивыми

аккреционными дискамиаккреционными дисками

Небо в 2004-2007по результатам наблюдениймонитора всего небаобсерваториии RXTE

Аккреция на замагниченные компактные объекты

Магнитные поля ~1012-1015 ГауссТемпература плазмы ~10-100x106 К

Диапазон частот - ~кГц

Затмения в катаклизмическихпеременных (аккрецирующих БК)

Структураполярной шапки

ТелескопТелескопРТТ150РТТ150

Ближайший большой проектСпектр-Рентген-Гамма (СРГ)

Обзор неба с рекордной чувствительностью – тысячи скоплений галактик, миллионы АЯГ

Темная энергия, эволюция ЧД,их влияние на галактики, переписьнаселения нашей Галактики

“Рентгеновский микрофон”

Уравнение состояния нейтронных/кварковых звезд

Теория относительности вблизи горизонта событий

Слабые системы систематическипропускаются в простых обзорах

Количество слабых объектов – ключ к эволюции двойныхСистем под влиянием грав. волн

Mdot~10-11 Msun/год

При массе <0.3Msun механизм МЗВ выключается

Переход междуМеханизмами МЗВ и ГВ

Провал в периодах катаклизмических переменных

4

2

52

161

105.1ln

)(

R

R

R

a

M

M

M

M

dt

LdMSW orb

5

2

1

42ln

a

GM

M

R

dt

Ld orb

Временной масштаб эволюции системы за счет магнитного ветра

Обсерватория ИНТЕГРАЛ

“Поглощенные” источники

Из последних интересных открытий