Неистовая вселенная Сергей Попов ГАИШ МГУ

Сверхновые, гамма-всплески, нейтронные звезды и черные дыры

Сверхновые Тип Ib/c, II Тип Ia

Эволюция звезд Массивные звезды в конце жизни взрываются как сверхновые типа II или Ib/c, а потом остается или черная дыра, или нейтронная звезда.

Белые карлики и сверхновые Есть критическая масса белого карлика. Если он наберет большую за счет аккреции или слияния, то произойдет взрыв.

Остатки сверхновых После взрыва остается компактный остаток и туманность Синтез элементов и их выбрасывание в межзвездную среду!

Сверхновые в галактиках Темп вспышек сверхновых в нашей Галактике примерно раз в 30 лет.

Наша Галактика 1 св.год = см До ближайших звезд ~5 св. лет До ближайших массивных звезд ~500. Сверхновые на «опасном» расстоянии происходят раз в десятки или даже сотни миллионов лет.

«Ядерная угроза из космоса»? Серия американский спутников Vela для контроля за ядерными испытаниями Неожиданно сигналы стали приходить из космоса!

Гамма-всплески Сейчас всплески наблюдают примерно раз в день. Все это очень далекие источники. Темп всплесков в галактике типа нашей составляет раз в несколько десятков или даже сотен тысяч лет.

Два типа всплесков Выделяют короткие (менее нескольких секунд) и длинные (более 10 секунд) всплески.

Длинные всплески – гиперновые? В нескольких случаях одновременно с длинным всплеском удалось зафиксировать необычные сверхновые – гиперновые.

Короткие всплески – слияния нейтронных звезд?

Не они ли динозавров наших? Гамма-всплески происходят реже сверхновых, но зато они мощнее. Один эффект компенсирует другой, и раз в несколько десятков миллионов лет Земля может испытывать воздействие всплеска.

Нейтронные звезды и черные дыры

Загадочное vs. красивое

Черные дыры vs. Нейтронные звезды

Есть ли черные дыры?

Черные дыры Черные дыры для астрофизиков и «на самом деле» «Черная дыра в источнике Лебедь X-1 – это самая консервативная гипотеза» (Э. Салпитер)

Sgr A* Темный компактный объект с массой несколько миллионов солнечных

В Sgr A* нет горизонта? Наблюдается только излучение от потока, но не от поверхности. Наиболее легко это объясняется наличием горизонта.

Двойные системы НЗ ЧД У кандидатов в черные дыры нет барстерных вспышек, хотя, если бы не было горизонта, то они должны были бы быть в ряде потенциальных альтернативных моделей.

Черные дыры вблизи нас? Черная дыра – не пылесос! Никакой опасности «засасывания» нет. Влияние – гравитационное, но нет достаточно близких. Есть рентгеновские двойные, но все они очень далеко.

Нейтронные звезды – экстремальные источники Сверхсильные магнитные поля (больше швингеровского) Сильная гравитация (радиус порядка 3-4 шварцшильдовских) Сверхплотное вещество (в центре плотность выше ядерной)

Рождение Нейтронные звезды рождаются в результате взрыва ядра массивной звезды в конце ее эволюции. Это называют сверхновой. На месте взрыва остается компактный объект – например, нейтронная звезда и т.н. остаток взрыва сверхновой – расширяющаяся туманность. Внутри туманности может существовать плерион. Эта часть туманности видна из-за накачки энергии нейтронной звездой Крабовидная туманность – плерион. Внутри находится один из самых известных радиопульсаров.

Нейтронные звезды Радиус 10 км Масса 1-2 солнечной Плотность порядка ядерной Сильные магнитные поля

Как наблюдаем радиопульсары рентгеновские источники в двойных системах - рентгеновские пульсары - барстеры - другие типы … магнитары - аномальные рентгеновские пульсары - источники мягких повторяющихся гамма-всплесков одиночные остывающие нейтронные звезды - компактные источники в остатках сверхновых - Великолепная семерка - Геминга и похожие источники вспыхивающие радиоисточники (RRATs) гамма-источники

Чем важны Инструменты для физиков и астрофизиков - радиопульсары – тесты теорий гравитации - регистрация гравитационных волн - точное время Теория поведения вещества при высокой плотности – квантовая хромодинамика Процессы в сильном магнитном поле

Новый зоопарк нейтронных звезд В последние 10 лет стало ясно, что нейтронные звезды могут рождаться очень разными, совсем непохожими на обычные радиопульсары типа Краба. o Компактные рентгеновские источники в остатках сверхновых o Аномальные рентгенов. пульсары o Источники мягких повторяющихся гамма-всплесков o Великолепная семерка o Гамма источники o Транзиентные радиоисточники... … но остается вопрос: почему разные???

Магнитары Магнитные поля –10 15 Гс Расходуется энергия магнитного поля. Иногда – постепенно, иногда – в виде вспышек.

Исторические заметки 05 Марта Эксперимент Конус. Венера-11,12 (Мазец и др. Vedrenne и др.) Событие в БМО. SGR Флюэнс: около эрг/см 2 Мазец и др. 1979

Гигантская вспышка источника МПГ 27 декабря 2004 гигантская вспышка SGR была зарегистрирована множеством спутников: Swift, RHESSI, Konus-Wind, Coronas-F, Integral, HEND, … В 100 раз ярче, чем все предыдущие! Palmer et al. astro-ph/

Integral RHESSI CORONAS-FCORONAS-F

27 Дек Гигантская вспышка SGR Импульс 0.2 сек Флюэнс 1 эрг/см 2 E(имп)= эрг L(имп)= эрг/с Длинный «хвост» (400 с) P=7.65 с E(хвост) эрг Расстояние 15 кпк

Данные Konus-Wind SGR Дек 2004 Мазец и др. 2005

Миф о Медузе

А если рядом? Гигантская вспышка опасна с 3 св. лет, гипервспышка – с 30. Но! Магнитары – очень редки. Рождаются в галактике раз в 1000 лет, а период активности недолог. Вблизи нет ни одного известного объекта. Но! Раз в миллионов лет может «повезти».

Загадка нейтронных звезд В недрах – очень плотное вещество. Мы плохо понимаем, как ведет себя вещество при такой плотности. Обычные нейтронные звезды Пионный конденсат Каонный конденсат Странные звезды Гиперонные звезды Гибридные звезды Как же устроено вещество при очень высокой плотности и «низкой» температуре?

Фазовая диаграмма Разные участки фазовой диаграммы можно исследовать с помощью ускорителей, с помощью расчетов на суперкомпьютерах, и с помощью наблюдений компактных объектов. Все эти виды исследования не дублируют, а дополняют друг друга.

Ускорители

Спутники

Столкновения ядер атомов золота Может быть все-таки можно что-то выяснить в лаборатории?

Экспериментальные результаты, сравнение с теорией и наблюдениями 1 Mev/fm 3 = Pa Вещество нейтронных звезд не похоже на вещество сталкивающихся ядер. Асимметрия (нейтронов намного больше, чем протонов)

Астрофизические измерения Масса Радиус Красное смещение (M/R) Температура Момент инерции Гравитационная и барионная массы Предельное вращ. В двойных, особенно с радиопульсарами. В будущем – и по линзированию. У одиночных остывающих НЗ, у барстеров в двойных, у двойных с QPO. По наблюдениям спектральных линий Одиночные остывающие НЗ и некоторые двойные (прогрев коры) По радиопульсарам (в будущем) В системах из двух нейтронных звезд, если будут хорошие данные по звездам. Миллисекундные пульсары

R=2GM/c 2 P=ρ R~3GM/c 2 ω=ωKω=ωK R =R(1-2GM/Rc 2 ) -1/2

Масса PSR J Наиболее точные значения. Это очень тесная система, где наблюдается два радиопульсара.

Две задачи на будущее Странное вещество Гравитационные волны

Странное вещество и страпельки Кварковое вещество – «самодостаточно». Для его устойчивости не нужна гравитация. Т.е., могут существовать как странные звезды, Так и маленькие комочки, капельки. Страпельки могут встречаться в космических лучах. Это будут частицы с большой массой, но с зарядом относительно небольшим.

Странная кварковая эпидемия Если в недрах компактных объектов есть кварковое вещество, то после слияний оно будет выбрасываться. Далее, страпельки могут попадать в другие нейтронные звезды, превращая их в кварковые…

Слияние нейтронных звезд

Гравитационные волны (подробнее см. «Вокруг света» N2 2007) Предсказаны Общей теорией относительности. Возникают при слиянии нейтронных звезд и черных дыр. А также при вращении нейтронных звезд и при эволюции тесных двойных звезд.

Детекторы гравитационных волн Первый детектор Вебера Эксперимент LIGO

Подведем итоги Опасные явления, связанные со сверхновыми, гамма-всплесками, магнитарами и т.д. и т.п. происходят не чаще чем раз в десятки миллионов лет. Взрывы сверхновых – важнейшее звено в цепочке эволюции. Гамма-всплески – самые мощные взрывы в современной вселенной. Связаны с некоторыми типами сверхновых и со слияниями нейтронных звезд. Черная дыра – самая консервативная гипотеза. Нейтронные звезды – интереснейшие физические объекты с рядом «супер»-свойств.

Что почитать 1.Астрономия и физика. «Русский Репортер» /42/nebestnye_kollaydery/ /42/nebestnye_kollaydery/ 2.Поиск гравитационных волн. Вокруг света Нейтронные звезды. Элементы.ру Магнитары. Элементы.ру Магнитары, барстеры и другие компактные чудеса. Первое сентября - Физика Звезды: жизнь после смерти. Из-во Век-2 7.Астрономия XXI века. Из-во Век sergepolar.livejournal.com