Нейтронные звезды. Разнообразие и эволюция нейтронных звезд. Пульсары и радиопульсары.

Нейтронные звезды. Разнообразие и эволюция нейтронных звезд. Пульсары и радиопульсары.

00:03 Звезды и их роль в космосе
• Звезды являются самыми важными астрономическими объектами, так как все, что мы видим, происходит благодаря их свету.
• Звезды также имеют отношение к солнцу, так как все искусственное освещение связано с углеводородами или солнечной энергией.
• Звезды были известны людям всегда, но их природа была понята только в 19 веке, когда удалось измерить расстояние до них.

06:00 Эволюция звезд
• Звезды рождаются, живут и умирают, и этот процесс происходит на наших глазах.
• Звезды живут в основном за счет термоядерных реакций, превращая водород в гелий.
• Когда водород заканчивается, звезда превращается в красного гиганта.
• Если масса звезды достаточно большая, то ядро может превратиться в углерод, кислород и так далее.
• В конце жизни звезды могут взорваться как сверхновые, образуя тяжелые элементы.

11:04 Нейтронные звезды и черные дыры
• Нейтронные звезды образуются после взрыва сверхновой, и их эволюция зависит от многих параметров, таких как масса, скорость, период вращения, температура и магнитное поле.
• Нейтронные звезды могут вращаться очень быстро, но их предельный период составляет около одной тысячной доли секунды.

13:23 Анализ данных наблюдений
• Анализ данных наблюдений показывает, что практически все компактные объекты при рождении имеют периоды менее одной секунды.
• Это объясняется тем, что нейтронная звезда появляется на свет в результате коллапса ядра звезды, и ее размеры уменьшаются в тысячу раз.
• Вращение объекта увеличивается, и простые оценки показывают, что звездное ядро может легко раскрутиться до периода в доли секунды.
• Это может предотвратить образование черной дыры, так как быстрое вращение понижает плотность в центре.

14:18 Метастабильные объекты и супрамассивные нейтронные звезды
• Метастабильные объекты, называемые супрамассивными нейтронными звездами, имеют периоды, которые могут быть короткими, но не всегда приводят к образованию черной дыры.
• Теоретики используют их для двухстадийного коллапса с дополнительным энерговыделением в промежутке.
• Источником энергии служит вращение супермассивного объекта.

15:57 Замедление вращения и переход на следующую эволюционную стадию
• Нейтронная звезда чаще всего рождается как радиопульсар, но со временем может замедлить свое вращение и перейти на следующую эволюционную стадию.
• На этой стадии падение вещества на поверхность остановлено быстро вращающейся магнитосферой, которая вращается вместе со звездой.
• Вещество плазмы вморожено в магнитное поле, и плазма не может двигаться поперек силовых линий.
• Это приводит к быстрому торможению вращения нейтронной звезды, и стадия пропеллера обычно короткая.

20:49 Рентгеновские пульсары и аккреция
• Рентгеновские пульсары возникают в двойных системах, когда звезда замедляется.
• Если магнитное поле постоянно, то вращение является главным параметром, определяющим то, какой мы видим нейтронную звезду.
• Однако, магнитное поле не всегда постоянно, и его изменение может быть связано с изменением токов, порождающих магнитное поле.
• Токи могут быть сосредоточены в коре или ядре нейтронной звезды, и понимание их распределения важно для изучения магнитного поля и свойств нейтронных звезд.

24:41 Затухание магнитного поля нейтронных звезд
• Сверхтекучесть заряженных частиц приводит к сверхпроводимости, но сверхпроводники не дружат с магнитными полями.
• Нейтронные звезды могут быть сверхпроводниками второго рода, с множеством магнитных трубок в ядре.
• Затухание поля может происходить за счет выталкивания трубок из ядра в кору, но это зависит от многих факторов.

26:40 Затухание поля и его влияние на нейтронные звезды
• Токи в коре нейтронных звезд могут затухать из-за электрического сопротивления, вызванного дефектами в микроструктуре вещества и тепловыми колебаниями.
• Затухание полей может имитировать замедление вращения нейтронных звезд, приводя к более активному энерговыделению.

34:12 Тепловая эволюция нейтронных звезд
• Нейтронные звезды рождаются горячими и начинают остывать, главным образом из-за нейтрино.
• Остывание происходит изнутри, благодаря эффекту общей теории относительности и теплообмену.
• Нейтронные звезды могут остывать за счет излучения фотонов с поверхности или нейтрино из недр.

37:38 Нейтронные звезды и их свойства
• Гамов предложил назвать процесс в честь казино, который происходит только при высокой плотности.
• В белых карликах процесс может запускаться с участием ядер натрия и неона.
• Охлаждение происходит за счет прямого уркопроцесса в центральных областях массивных объектов.
• В недрах нейтронных звезд могут происходить модификации уркопроцесса, что помогает сохранять тепло.
• Сверхтекучесть подавляет прямой уркопроцесс, но может запускать новый канал остывания.

40:31 Тепловая эволюция и возраст нейтронных звезд
• Изучение зависимости температуры от возраста нейтронных звезд помогает понять устройство их недр.
• Измерения температуры дают независимую оценку возраста, если расчеты остывания верны.
• Магнитары отличаются высокой тепловой рентгеновской светимостью из-за затухания магнитного поля.
• Пикноядерные реакции могут приводить к заметному выделению тепла в коре нейтронных звезд в двойных системах.

46:20 Открытие нейтронных звезд и их свойства
• Нейтронные звезды были предсказаны в 1930-х годах, но их происхождение и поиск были затруднены.
• В 1967 году были обнаружены радиопульсары, которые стали первым свидетельством существования нейтронных звезд.
• Сверхсильные магнитные поля и быстрое вращение могут приводить к формированию строго периодических радиоимпульсов.

50:43 Открытие радиопульсаров
• Радиопульсары были открыты в 1967 году Джослином Беллом и его коллегами.
• Они обнаружили, что периоды радиопульсаров растут, что позволило определить их как нейтронные звезды, вращающиеся вокруг своей оси.

55:17 Рентгеновские пульсары
• В 1962 году Рикардо Джаконни, Герберт Гурски и их коллеги обнаружили рентгеновский источник, который стал первым обнаруженным рентгеновским источником в созвездии Скорпиона.
• В 1971 году было обнаружено, что источник с икс один является тесной двойной системой с нейтронной звездой, которая аккрецирует вещество с обычной звезды.

01:00:59 Необычные молодые нейтронные звезды
• В последние годы были открыты молодые нейтронные звезды с очень большими магнитными полями, с маленькими магнитными полями, с очень медленным вращением и с периодом вращения около семи часов.
• Эти нейтронные звезды были классифицированы как источники мягких повторяющихся гамма-всплесков, аномальные рентгеновские пульсары, радио-тихие нейтронные звезды в солнечных окрестностях и центральные компактные объекты в остатках сверхновых.

01:03:43 Разнообразие нейтронных звезд
• В астрономии наблюдается разнообразие нейтронных звезд, которые демонстрируют короткие радиоимпульсы.
• Природа этих импульсов не ясна, и источники выделяют в отдельный класс.
• Астрономы пытаются объяснить, почему новорожденные нейтронные звезды выглядят такими непохожими и как они эволюционируют.

01:06:08 Эволюция нейтронных звезд
• Ученые изучают различные типы молодых нейтронных звезд, чтобы понять, как они эволюционируют.
• Открытия нейтронных звезд с большими магнитными полями вызвали интерес, так как они могут выделять энергию магнитного поля.
• Нейтронные звезды могут наблюдаться благодаря аккреции, когда на них что-то падает.

01:11:37 Наблюдение нейтронных звезд
• Ученые используют различные инструменты для изучения нейтронных звезд, включая радиотелескопы, рентгеновские телескопы и оптические телескопы.
• Нейтронные звезды светят в различных диапазонах, включая радио, рентгеновское и оптическое излучение.

01:13:25 Нейтронные звезды и их происхождение
• У нейтронных звезд может быть четыре основных источника энергии: вращение, энергия токов, тепло и акреция.
• Нейтронные звезды рождаются в бурном процессе взрыва сверхновой, и их свойства несут на себе отпечаток этого взрыва.
• Сверхновые взрываются в трех измерениях, но до недавнего времени их моделирование проводилось только в двумерном пространстве.
• Нейтронные звезды могут двигаться с большими скоростями, и их скорости могут быть связаны с параметрами сверхновой.

01:15:51 Моделирование взрывов сверхновых
• Моделирование взрывов сверхновых позволяет воспроизвести их в компьютерах и сравнить с наблюдениями.
• Нейтронные звезды, рожденные в процессе взрыва ядра звезды, могут иметь разные скорости и параметры, которые несут на себе отпечаток взрыва сверхновой.

01:21:06 Изучение нейтронных звезд
• Нейтронные звезды являются единственным местом на Земле, где можно изучать несимметричное холодное вещество при высокой плотности.
• В недрах нейтронных звезд могут происходить различные превращения, включая деконфайнмент, когда кварки становятся свободными.
• Вращение нейтронной звезды может влиять на ее состав и может быть источником гравитационных волн.

01:27:04 Фазовые переходы в недрах нейтронных звезд
• Оптимистичные оценки показывают, что следующее поколение детекторов может увидеть эффект при рождении быстро вращающихся нейтронных звезд в сверхновых.
• Вращение может определять фазовые переходы внутри компактного объекта, например, превращение вещества из нейтронов, протонов и мионов в кварковое вещество.
• Замедление вращения может привести к фазовому переходу, но для этого необходимо вращение близко к предельному.

01:30:50 Остывание нейтронных звезд
• Нейтронные звезды рождаются горячими, но с возрастом остывают изнутри.
• Наблюдая температуру поверхности, можно получить информацию о том, что происходит в глубине.
• Остывание нейтронных звезд зависит от их состава и строения.

01:34:38 Гличи и сверхтекучесть
• Гличи - это резкие изменения периода вращения нейтронных звезд.
• Одна из гипотез предполагает, что гличи связаны со звездотрясениями, когда кора нейтронной звезды меняет свою форму.
• Другая гипотеза предполагает, что гличи связаны с перестройкой системы вихрей в сверхтекучих нейтронах в коре нейтронной звезды.
• Наблюдение гличей используется для ограничения параметров уравнения состояния нейтронных звезд.

01:40:04 Определение массы и радиуса нейтронных звезд
• Обсуждается измерение температуры поверхности и наблюдение глич.
• Представлен способ узнать, что находится в недрах нейтронной звезды, путем наблюдения за ее массой и центральной плотностью.
• Важность нахождения все более тяжелых нейтронных звезд для определения границы между ними и черными дырами.

01:41:58 Микрозирование и гравитационные волны
• Наблюдение множества далеких слабых звезд для определения массы гравитационной линзы.
• Использование микрозирования для определения массы нейтронных звезд и черных дыр.
• Наблюдение слияния нейтронных звезд для изучения их недр и определения условий в них.

01:44:30 Определение массы и радиуса нейтронных звезд
• Определение массы и радиуса нейтронных звезд с помощью различных методов и источников данных.
• Диаграмма масса-радиус для определения условий в недрах нейтронных звезд.
• Важность определения точных значений массы и радиуса для понимания внутреннего строения нейтронных звезд.

01:53:14 Эволюция звезд в двойных системах
• Звезды могут увеличивать свой размер в сотни раз, сбрасывать внешние слои и уменьшаться.
• Изменение мощности излучения, температуры, скорости вращения, внутренней структуры и состава звезды.
• Двойные системы позволяют менять массу звезды в течение жизни.
• Взаимодействие со второй звездой может радикально изменить судьбу звезды.

01:57:32 Перетекание вещества и эволюция звезд
• В двойных системах возможно изменение главного параметра в жизни звезды.
• Тройные и более высокие кратности системы неустойчивы и не могут обмениваться веществом.
• Механизм Казаи-Лидова описывает вековую эволюцию орбит в кратных системах.
• Перезарядка - взаимодействие двух пар или одиночной звезды с двойной, смена партнеров.

02:04:45 Новые и сверхновые звезды
• Новые звезды возникают в двойных системах из белого карлика и обычной звезды.
• Термоядерный взрыв на белом карлике приводит к вспышке новой звезды.
• Сверхновые типа 1а связаны с белыми карликами в двойных системах.
• Ускоренное расширение вселенной обнаружено благодаря сверхновым типа 1а.

02:07:38 Увеличение массы белого карлика
• В двойной системе масса белого карлика может увеличиваться за счет аккреции вещества от партнера, который становится красным гигантом или сближается с белым карликом.
• В итоге, масса белого карлика может достигнуть критической и вызвать взрыв сверхновой.

02:09:32 Эволюция и взрывы сверхновых
• Второй путь эволюции сверхновых типа один А - слияние двух белых карликов, что приводит к сверхкритическому белому карлику и взрыву сверхновой.
• Однако, таких систем мало, и большинство сверхновых типа один А возникают в результате слияния двух белых карликов.

02:10:33 Значение двойных систем для науки
• Двойные системы используются для изучения космологии, так как взрывы сверхновых типа один А можно наблюдать на больших расстояниях.
• Взрывы сверхновых типа один А являются основным источником железа во вселенной, а также очень красивы и часто используются в качестве иллюстраций.

02:11:43 Двойные системы и их влияние на сверхновые
• Двойные системы играют важную роль в образовании сверхновых, но не в самом взрыве, а в том, что мы видим после него.
• Двойные системы могут порождать красивые системы колец вокруг сверхновых, например, в случае сверхновой 1987 года в Большом Магеллановом Облаке.
• Двойные системы также могут порождать интересные структуры вокруг планетарных туманностей, которые остаются после красных гигантов.

02:14:42 Тесные двойные системы и их эволюция
• Двойные системы могут быть очень тесными, но есть нижний и верхний пределы размера системы.
• Нижний предел связан с тем, что звезды не должны сливаться сразу после образования, а верхний предел связан с влиянием других звезд и галактического потенциала.

02:17:34 Объекты Торна-Жидкова и гиперскоростные звезды
• Объекты Торна-Жидкова возникают в тесных двойных системах после первого взрыва сверхновой.
• Они могут быть обнаружены по аномалиям химического состава во внешних слоях раздувшихся звезд.
• Гиперскоростные звезды образуются, когда двойная система пролетает близко от черной дыры и разрушается ее приливным воздействием.

02:23:38 Гиперскоростные звезды
• В центре галактики должны лететь гиперскоростные звезды, которые наблюдаются в большинстве случаев.
• Основной механизм разгона звезд - двойные системы.
• Недавно обнаружена гиперскоростная звезда, которая выглядит слишком массивной.
• Объяснение требует вовлечения тройной системы.

02:28:02 Релятивистские двойные системы
• Релятивистские двойные системы - системы с нейтронными звездами или черными дырами.
• Двойные системы важны для измерения масс звезд.
• Реальность богаче и сложнее, чем кажется.

02:31:53 Измерение масс компактных объектов
• Измерение масс компактных объектов, таких как черные дыры и нейтронные звезды, важно для понимания их устройства.
• В шестидесятые годы двадцатого века открыты системы с релятивистскими объектами и нормальными звездами.
• Измерение массы компактного объекта позволяет определить, является ли он черной дырой или нейтронной звездой.

02:35:50 Изучение нейтронных звезд
• Чаще всего сам компактный объект не виден, но если речь идет о радиопульсаре, то наблюдения изменения его периода позволяют определить орбитальную скорость в проекции на луч зрения.
• Если нейтронная звезда является рентгеновским источником, то можно наблюдать аккреционный диск в оптическом диапазоне, что позволяет измерить орбитальную скорость.
• Иногда наблюдение диска в рентгеновском диапазоне позволяет обозначить верхний предел размера нейтронной звезды.

02:40:38 Двойные системы с нейтронными звездами
• Класс тесных двойных систем с нейтронными звездами, барстеры, дает возможность добавить еще один метод для измерения массы и радиуса.
• В этих источниках вещество, перетекающее с нормальной звезды, накапливается на поверхности нейтронной, пока не происходит термоядерный взрыв.
• Анализ равновесия между гравитацией и излучением позволяет определить комбинацию массы и радиуса.

02:43:43 Черные дыры и двойные системы
• Существование черных дыр связано с релятивистскими двойными системами, где вещество течет с обычной звезды на белый карлик или нейтронную звезду.
• Если в системе есть черная дыра, то вещество не может накапливаться на поверхности и не происходит термоядерный взрыв.
• Существование двойных систем, похожих на системы с барстерами, но без вспышек, может быть объяснено наличием черной дыры.
• Прямое доказательство существования черных дыр может быть получено в ближайшие годы благодаря гравитационно-волновым всплескам, связанным со слиянием черных дыр.

02:46:57 Двойные системы и рентгеновские источники
• В двойных системах рентгеновские источники могут быть связаны с черными дырами.
• Свет может оказывать давление, и это влияет на движение вещества.
• Предельная светимость зависит от массы объекта, на который идет аккреция.
• Для нейтронных звезд предельная светимость составляет около 100 000 светимостей Солнца.

02:51:46 Ультрамощные источники и гипотезы
• Ультрамощные источники могут содержать черные дыры с массами от сотен до тысяч солнечных масс.
• Некоторые источники могут быть связаны с аккрецирующими нейтронными звездами.
• Ультрамощные источники могут быть смесью различных объектов, включая магнитары и источники длинных гамма-всплесков.

02:55:29 Образование магнитаров и гамма-всплесков
• Магнитары образуются из очень быстро вращающихся ядер звезд с мощными магнитными полями.
• Для образования магнитаров необходимо быстрое вращение звезды, что возможно в двойных системах.
• Гамма-всплески могут быть связаны с образованием черных дыр в двойных системах с быстрым вращением.

02:59:44 Миллисекундные радиопульсары
• В основном массивные звезды рождаются в двойных системах, и примерно в 10% случаев система не разрушается после взрыва сверхновой.
• Радиопульсары могут быть в паре с другой звездой, но обычные пульсары живут недолго.
• Эволюция в тесной двойной системе дает возможность увидеть радиопульсар в паре с другой звездой.
• Нейтронная звезда с миллисекундным периодом вращения и слабым магнитным полем может излучать в радиодиапазоне.
• Первый миллисекундный радиопульсар был открыт в 1982 году.

03:03:25 Рентгеновские и радиопульсары
• Рентгеновские миллисекундные пульсары были открыты в 1998 году.
• Радиопульсары с миллисекундными периодами вращения могут быть одиночными объектами, если их система распалась или второй компонент полностью исчез.
• Миллисекундные радиопульсары полезны для измерения масс нейтронных звезд.
• Самые тяжелые объекты, обуздывающие фантазию теоретиков, занимающихся уравнением состояния, - это двойные миллисекундные пульсары.

03:06:15 Двойные системы и слияние нейтронных звезд
• В системе из двух компактных звезд можно изучать теорию гравитации, так как пульсар - это очень точные часы.
• В 2003 году был открыт дважды двойной радиопульсар ПСР Джей 0737-3039.
• В этой системе обе нейтронные звезды наблюдались как радиопульсары.
• Обнаружение Марты Бурги, близкого тесного дважды двойного пульсара, подтвердило оптимистичные оценки числа слияний нейтронных звезд.
• Судьба тесных систем из двух нейтронных звезд предсказана общей теорией относительности.
• Астрономы надеются открыть пульсар в паре с черной дырой, но пока не повезло.
• В будущем планируется открыть тысячи новых радиопульсаров с помощью китайского радиотелескопа с огромной чашей в качестве антенны.