Вторник, 21 Ноября 2017

Очень странные звезды

Очень странные звезды

Когда гибнет гигантская звезда, она может выродиться в черную дыру или в в сверхплотную нейтронную звезду. Но на ночном небе, порой, случаются куда более странные вещи. Вот несколько типов звезд, на фоне которых черная дыра выглядит скучной и неинтересной.

Прежде чем приступить, следует сказать несколько слов об общих чертах для большинства звезд. Обычная звезда представляет из себя гигантский сгусток светящейся плазмы, преимущественно состоящей из водорода, но также содержащей некоторое количество других элементов. Масса звезд может сильно варьироваться, от крошечных красных карликов, до синих супер-гигантов.

Когда звезда достигает конца своей жизни, может случиться одно из двух. Звезды, обладающие маленькой или средней массой, проходят через короткий период расширения, сужаясь затем до белого карлика — бледной копии старой звезды, которая может существовать практически вечно. Но если звезда достаточно массивная, она взорвется, сформировав сверхновую, а потом превратится в нейтронную звезду или черную дыру.

Нейтронные звезды

Чтобы лучше понять природу звезд, о которых дальше пойдет речь, нужно сначала остановиться на нейтронной звезде. Само название говорит о том, что она, преимущественно, состоит из нейтронов. Согласно современному представлению об этих звездах, они имеют внешний слой атомов в окружении свободных электронов; глубже находятся протоны и нейтроны, причем, последних значительно больше. Еще глубже идет смесь свободных нейтронов и электронов, а также ядер. А вот о том, что из себя представляет ядро нейтронной звезды, мы пока знаем не много.

Но самое интересное начинается, когда сила тяжести становится достаточной, чтобы втиснуть звездную материю в сферу диаметром 30 километров. При такой невероятной плотности материя принимает новые, вырожденные формы, которые мы называем нейтронной материей. И если плотность становится сильнее, чем эта материя способна выдержать, звезда полностью разрушается и принимает форму черной дыры.

Итак, пока что все выглядит довольно просто. Но что если между нейтронными звездами и черными дырами существуют другие виды крошечных светил? В конце концов, компактная звезда должна иметь массу, в 10 раз превышающую массу Солнца, чтобы стать черной дырой, но масса нейтронных звезд больше солнечной всего в 1.5-3 раза. Что находится между этими двумя показателями? Вот здесь и начинаются странные вещи.

Окунемся в странное: Кварковые звезды

Причина, по которой нейтронные звезды способны выдерживать огромные силы тяжести, кроется в квантовом свойстве, известном как «вырождение давления». Это когда материя достигает такой плотности, что частицы могут существовать раздельно только потому, что законы квантовой механики запрещают им занимать одни и те же квантовые состояния. Так как отдельные нейтроны значительно меньше, чем атомы, они намного легче прижимаются друг к другу в рамках нейтронной звезды, на что не способны даже самые плотно упакованные атомные структуры.

А что случается, когда плотнее уже не бывает? В теории, нейтроны начинают делиться на свои собственные части, именуемые кварками. Нейтроны состоят из одного верхнего и двух нижних кварков, которые, в свою очередь, могут превратиться в своих более тяжелых родственников — «странных кварков». И вся эта удивительная каша из частиц называется «странной материей».

Так вот, если эта гипотетическая звезда имеет верхние и нижние кварки, она зовется кварковой, а если она содержит еще и большое количество s-кварков, то ее называют странной звездой. Но действительно ли существуют такие звезды? Проблема в том, что мы пока мало разбираемся в уравнениях, которые регулируют поведение нейтронно-вырожденной и кварк-вырожденной материи, поэтому мы не можем знать наверняка.

Но не нужно терять надежду — может быть у нас и нет никаких теоретических доказательств, но вот эмпирических данных полно. Благодаря теории мы имеем некоторое представление о том, как выглядят такие звезды. Ближайшая звезда, которая считается нейтронной, находится на расстоянии в 150 световых лет от Земли и имеет кодовое название RX J1856.5-3754. Ее диаметр составляет всего 11 километров. Есть также 3C58 — другая нейтронная звезда, показывающая очень высокие темпы охлаждения. Проблема в том, что диаметр первой и разница температур второй звезды выходят за рамки тех свойств, которыми, по мнению ученых, могут обладать нейтронные звезды.

Обе эти звезды сразу же стали первыми кандидатами в кварковые звезды, хотя большинство ученых пока не готовы сделать окончательные выводы. Ведь никто точно не знает, какими на самом деле должны быть нейтронные звезды, поэтому нельзя быть уверенным, что отклонения, которые мы наблюдаем, на самом деле таковыми являются.

Тем не менее, есть еще несколько признаков существования кварковых звезд. Дело в том, что если уж нейтронная звезда выродится в кварковую, мы это точно заметим, так как при этом освобождается грандиозное количество энергии — 10^47 джоулей. Есть мнение, что именно эти взрывы стоят за наиболее интенсивными гамма-всплесками, которые мы наблюдаем.

И хотя это все на данный момент находится на уровне теории, но знания о кварковых звездах постепенно накапливаются. Возможно, они станут для нас тем, чем были черные дыры для предыдущих поколений — спорным космическим объектом, для признания которого пока что нет достаточно доказательств. Когда-то объем информации о черных дырах достиг критической точки, после чего это явление охотно приняли в научных кругах.

Погружаемся глубже: Преонные звёзды

Можно развить идею вырождения и представить, что случится с кварковой материей, когда она станет настолько плотной, что не сможет состоять из отдельных частиц. Есть два варианта. Согласно первому, общепринятому, гравитация полностью все подавит, наделив частицы бесконечной плотностью, в следствии чего образуется черная дыра.

Но есть другая, альтернативная точка зрения. Нейтроны состоят из кварков… что если кварки тоже не являются цельными и, в свою очередь, состоят из еще более фундаментальных частиц? Если это действительно так, то между кварковой звездой и черной дырой существует промежуточное звено, именуемое «преонной звездой», состоящей из суб-суб-субатомных частиц — преонов. Преоны были предложены в качестве неделимых объектов, которые, в определенных комбинациях, формируют любой другой тип частиц.

Но эта стройная теория противоречит Стандартной Модели, которая до сих пор отлично помогала объяснять природу вселенной, хотя и не без шероховатостей. Преонная модель же довольно непопулярна среди физиков. Но некоторые шансы на признание у нее есть — до тех пор, пока никто не доказал существование бозона Хиггса, который, как известно, напрочь перечеркивает все теории о преонах.

Что-то среднее: Электрослабые звезды

Давайте забудем о кварках и преонах, и просто обратимся к общепринятой модели, в которой массивные звезды могут стать либо нейтронными, либо черными дырами. Теперь представим, что нейтронная звезда достигла критических показателей силы тяжести и вот-вот превратится в черную дыру. В процессе, температура увеличивается настолько, что слабые ядерные силы становятся электрослабыми.

Электрослабые силы, вероятно, не существуют с тех пор, как ранняя вселенная охладилась до определенной температуры. Но нейтронные звезды с «правильной» плотностью могут эту силу возродить. И что же это значит? Одним из свойств электрослабой силы является способность превращения кварков в лептоны — частицы, которые намного легче, чем электрон или нейтрино.

Потеря такого значительного количества массы сопровождается выделением громадной энергии, и этого должно хватить, чтобы остановить окончательное разрушение звезды. Электрослабые звезды могут сохраняться на протяжении миллионов лет, прежде чем опять деградировать в черную дыру.

А теперь нечто совсем другое: Бозонные звезды

До этого момента все звезды, о которых мы говорили, состояли (по крайней мере, изначально) из фермионов — семейства частиц, к которому принадлежат и электроны, и протоны, и нейтроны, и кварки. Но что если звезда может сформироваться из совсем другой группы частиц — бозонов? Бозоны, в теории, являются тем связующим звеном, благодаря которому взаимодействуют элементарные фермионы.

Но существует вероятность того, что бозоны сами могут сформировать свой собственный тип материи. Такие частицы должны обладать малой массой и быть стабильными. И если подобные бозоны имеют место быть, они могут объединиться, сформировав звезду. И то, что никаких доказательств существования подобных звезд нет, не останавливает физиков от спекуляций на эту тему, так как есть несколько интригующих причин, почему наука не отрицает их существование.

Дело в том, что если бозонная звезда где-то и находится, то это, скорее всего — центр галактики. В частности, мы наблюдаем несколько галактик с так называемыми активными галактическими ядрами, которые в своих сердцевинах намного ярче, чем можно было бы ожидать. Вот там вполне могут прятаться бозонные звезды.

Считается, что они могли сформироваться во время экстремальных гравитационных условий на ранних стадиях развития вселенной. Это косвенно подтверждается тем фактом, что большинство галактик с активными ядрами наблюдаются в отдаленных (следовательно, самых древних) частях космоса.

Напоследок

Мы рассмотрели некоторые возможные варианты развития гигантских звезд, при которых они не сразу превращаются в черные дыры. Хотя есть и совершенно другой взгляд на все это, согласно которому черных дыр вообще не существует. Все это лишь показывает, насколько мало можно узнать об окружающей вселенной, не выходя за пределы своей собственной солнечной системы. Если вы хотите узнать больше о всем вышесказанном, можете ознакомиться с ссылками ниже:

комментария 2

  1. tulipstas says:

    Интересно

    Ответить
  2. Павел Шпаков says:

    Уважаемый Василий Иванов, спасибо за статью. Но существующие теории звёзпд ротиворечат природе яд. сил. Рекомендую статью, размещённую по адресу:» Шпаков П.Д. Природа ядерных сил противоречит теории нейтронных звёзд».

    Ответить

Оставьте комментарий

*


© 2003 — 2017 OutZone

Создано в студии webdesire