Физика
<<  Физика как фундаментальная наука Реформа фундаментальной науки как необходимость: взгляд снизу  >>
Нейтронные звезды для фундаментальной физики
Нейтронные звезды для фундаментальной физики
Почему астрономия
Почему астрономия
Множество разных подходов
Множество разных подходов
Альтернативные теории гравитации
Альтернативные теории гравитации
Тесты теорий гравитации
Тесты теорий гравитации
Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны
Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны
Линия в аккреционном диске
Линия в аккреционном диске
Флуоресцентные линии
Флуоресцентные линии
Линии и вращение черных дыр
Линии и вращение черных дыр
Линии железа от дисков
Линии железа от дисков
Гравитационные волны
Гравитационные волны
Детекторы гравитационных волн
Детекторы гравитационных волн
Нейтронные звезды – экстремальные источники
Нейтронные звезды – экстремальные источники
Магнитары
Магнитары
Исторические заметки
Исторические заметки
Гигантская вспышка источника МПГ
Гигантская вспышка источника МПГ
Integral
Integral
27 Дек 2004 Гигантская вспышка SGR 1806-20
27 Дек 2004 Гигантская вспышка SGR 1806-20
Осцилляции в «хвосте»
Осцилляции в «хвосте»
Пульсарное излучение
Пульсарное излучение
Процессы в сильном поле
Процессы в сильном поле
Фазовая диаграмма
Фазовая диаграмма
Ускорители
Ускорители
Спутники
Спутники
Нейтронные звезды
Нейтронные звезды
Сверхтекучесть в нейтронных звездах
Сверхтекучесть в нейтронных звездах
Вихри в сверхтекущей жидкости
Вихри в сверхтекущей жидкости
Глитчи
Глитчи
Глитчи радиопульсаров
Глитчи радиопульсаров
Магнитные трубки
Магнитные трубки
Эволюция вращения и поля
Эволюция вращения и поля
Изменение конфигурации поля
Изменение конфигурации поля
Нейтронные звезды «с разных точек зрения»
Нейтронные звезды «с разных точек зрения»
Столкновения ядер атомов золота
Столкновения ядер атомов золота
Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ
Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ
Астрофизические измерения
Астрофизические измерения
Нейтронные звезды для фундаментальной физики
Нейтронные звезды для фундаментальной физики
Массы нейтронных звезд и белых карликов
Массы нейтронных звезд и белых карликов
Масса PSR J0737-3039
Масса PSR J0737-3039
Двойной пульсар J0737-3039
Двойной пульсар J0737-3039
Вращение и состав
Вращение и состав
Остывание нейтронных звезд
Остывание нейтронных звезд
Основные нейтринные процессы
Основные нейтринные процессы
Остывание одиночных нейтронных звезд
Остывание одиночных нейтронных звезд
Нейтронные звезды в двойных
Нейтронные звезды в двойных
Глубокий прогрев коры и остывание
Глубокий прогрев коры и остывание
Сравнение теории остывания транзиентов с наблюдениями
Сравнение теории остывания транзиентов с наблюдениями
Странное вещество и страпельки
Странное вещество и страпельки
Странная кварковая эпидемия
Странная кварковая эпидемия
Слияние нейтронных звезд
Слияние нейтронных звезд
Заключение
Заключение
Что почитать
Что почитать

Презентация на тему: «Нейтронные звезды для фундаментальной физики». Автор: sergepolar. Файл: «Нейтронные звезды для фундаментальной физики.ppt». Размер zip-архива: 5632 КБ.

Нейтронные звезды для фундаментальной физики

содержание презентации «Нейтронные звезды для фундаментальной физики.ppt»
СлайдТекст
1 Нейтронные звезды для фундаментальной физики

Нейтронные звезды для фундаментальной физики

Сергей Попов (ГАИШ МГУ)

2 Почему астрономия

Почему астрономия

Лаборатория размером 1028 см Экстремальная гравитация (черные дыры) Высокие плотности и магнитные поля (нейтронные звезды) Энергии частиц, недостижимые на ускорителях (космические лучи) Экзотические частицы и поля (темная материя, темная энергия)

Поэтому, хотя зачастую данные астрономии не столь «прямые», как данные лабораторных экспериментов, приходится с этим мириться, ибо многие параметры пока недостижимы на земных установках.

3 Множество разных подходов

Множество разных подходов

Космические лучи Внутреннее строение нейтронных звезд Кварковое вещество Магнитары Космология. Темная энергия Темное вещество Многомерие. Теория тяготения Модели ранней вселенной Проверки ОТО. Черные дыры Нарушение лоренц-инвариантности Нейтрино Гравитационные волны

4 Альтернативные теории гравитации

Альтернативные теории гравитации

Постоянно продолжаются работы по разработке более фундаментальных теорий гравитации, чем ОТО. Однако важно оставаться в контакте с экспериментом и наблюдениями. В солнечной системе возможны тесты только в пределе «слабого поля». Сильные поля существуют в непосредственной окрестности нейтронных звезд и черных дыр.

Пока все ОТО проходит все проверки. Один из наиболее точных тестов связан с наблюдением двойных радиопульсаров.

5 Тесты теорий гравитации

Тесты теорий гравитации

Кривизна

Потенциал

Необходимы проверки в разных режимах. Наиболее сильные тесты связаны с наблюдением поведения материи вблизи нейтронных звезд и черных дыр.

6 Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны

Диски вокруг черных дыр: взгляд со стороны

Температура диска

Диск при наблюдении издалека Слева: не вращающаяся ЧД Справа: вращающаяся ЧД

http://web.pd.astro.it/calvani/

7 Линия в аккреционном диске

Линия в аккреционном диске

8 Флуоресцентные линии

Флуоресцентные линии

Линия железа К? по данным ASCA (1994 г.). Сейфертовская гал-ка MCG-6-30-15 Пунктир – модель с не вращающейся ЧД. Наклон диска 30 градусов.

9 Линии и вращение черных дыр

Линии и вращение черных дыр

Данные XMM-Newton

Тот факт, что линия «залезает» в красную сторону ниже 4 кэВ, говорит о том, что ЧД быстро вращается (диск подходит ближе шести радиусов Шварцшильда).

10 Линии железа от дисков

Линии железа от дисков

Измерения внутреннего радиуса диска дают верхнюю оценку радиуса НЗ

Ser X-1 <15.9+/-1 км 4U 1820-30 <13.8+2.9-1.4 км GX 349+2 <16.5+/-0.8 км (все оценки для массы НЗ 1.4 солнечной)

Данные Suzaku

11 Гравитационные волны

Гравитационные волны

Предсказаны Общей теорией относительности. Возникают при слиянии нейтронных звезд и черных дыр. А также при вращении нейтронных звезд и при эволюции тесных двойных звезд.

(подробнее см. «Вокруг света» N2 2007) www.vokrugsveta.ru

12 Детекторы гравитационных волн

Детекторы гравитационных волн

Эксперимент LIGO

Первый детектор Вебера

13 Нейтронные звезды – экстремальные источники

Нейтронные звезды – экстремальные источники

Сверхсильные магнитные поля (больше швингеровского) Сильная гравитация (радиус порядка 3-4 шварцшильдовских) Сверхплотное вещество (в центре плотность в несколько раз выше ядерной)

14 Магнитары

Магнитары

dE/dt > dErot/dt По определению: расходуется энергия магнитного поля НЗ P-Pdot Прямые измерения магн. поля (циклотронные линии)

Магнитные поля 1014–1015 Гс

15 Исторические заметки

Исторические заметки

05 Марта 1979. Эксперимент Конус. Венера-11,12 (Мазец и др. Vedrenne и др.) Событие в БМО. SGR 0520-66. Флюэнс: около 10-3 эрг/см2

Мазец и др. 1979

16 Гигантская вспышка источника МПГ

Гигантская вспышка источника МПГ

27 декабря 2004 гигантская вспышка SGR 1806-20 была зарегистрирована множеством спутников: Swift, RHESSI, Konus-Wind, Coronas-F, Integral, HEND, … В 100 раз ярче, чем все предыдущие!

Palmer et al. astro-ph/0503030

17 Integral

Integral

RHESSI

C O R O N A S - F

18 27 Дек 2004 Гигантская вспышка SGR 1806-20

27 Дек 2004 Гигантская вспышка SGR 1806-20

Импульс 0.2 сек Флюэнс 1 эрг/см2 E(имп)=3.5 1046 эрг L(имп)=1.8 1047 эрг/с Длинный «хвост» (400 с) P=7.65 с E(хвост) 1.6 1044 эрг Расстояние 15 кпк

19 Осцилляции в «хвосте»

Осцилляции в «хвосте»

«Дрожание» поверхности нейтронной звезды? Колебания в магнитосфере?

20 Пульсарное излучение

Пульсарное излучение

Механизм пульсарного излучения до конца не ясен. Интересны процессы в сильном поле.

21 Процессы в сильном поле

Процессы в сильном поле

В сильном магнитном поле могут эффективно идти процессы, которые в слабых полях маловероятны или невозможны.

«Сильное» поле – это более ~4 1013 Гс. Фотон может распадаться на два. Кроме того, даже фотоны с низкой энергией могут порождать электрон-позитронные пары.

22 Фазовая диаграмма

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.

23 Ускорители

Ускорители

24 Спутники

Спутники

25 Нейтронные звезды

Нейтронные звезды

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

26 Сверхтекучесть в нейтронных звездах

Сверхтекучесть в нейтронных звездах

В коре и ядре нейтронной звезды могут существовать сверхтекучие нейтроны. В ядре также могут быть сверхтекучие протоны, что приводит к сверхпроводимости.

Сверхтекучесть влияет на: тепловые свойства нейтронных звезд (остывание, излучение нейтрино) динамические свойства нейтронных звезд (вращение, глитчи) свойства магнитного поля (магнитные трубки)

27 Вихри в сверхтекущей жидкости

Вихри в сверхтекущей жидкости

В сверхтекучей жидкости возникают две фазы. Одна из них не испытывает трения. Вращение сверхтекучей жидкости также «двухфазно». Жидкость разбивается на невращающуюся фазу и квантованные вихри.

Быстрее вращение – больше вихрей.

28 Глитчи

Глитчи

Вращение сверхтекущей жидкости в коре не жестко привязано к вращению самой коры. Когда разница в частоте достигает критического значения, то вся система вихрей резко перестраивается.

Происходит глитч – сбой периода. Кора резко ускоряется.

К проводящей части коры приложен тормозящий момент

Магнитное поле

29 Глитчи радиопульсаров

Глитчи радиопульсаров

Мы всегда «видим» проводящую часть коры. Перестройка системы вихрей в коре приводит к видимому ускорению вращения «видимой» коры.

Глитчи наблюдаются и в рентгеновском диапазоне. Например, у магнитаров.

30 Магнитные трубки

Магнитные трубки

Из-за сверхвпроводимости магнитное поле оказывается разбитым на трубки.

Протонные трубки должны взаимодействовать с нейтронными вихрями. Вращение звезды связано с нейтронными вихрями.

В итоге, эволюция вращения приводит к эволюции магнитного поля, т.к. изменение структуры нейтронных вихрей ведет к изменению структуры магнитного поля.

31 Эволюция вращения и поля

Эволюция вращения и поля

Движение нейтронных вихрей тянет за собой магнитные трубки.

32 Изменение конфигурации поля

Изменение конфигурации поля

В процессе замедления или ускорения вращения может сильно измениться конфигурация магнитного поля.

33 Нейтронные звезды «с разных точек зрения»

Нейтронные звезды «с разных точек зрения»

Обычные нейтронные звезды Пионный конденсат Каонный конденсат Странные звезды Гиперонные звезды Гибридные звезды

Как же устроено вещество при очень высокой плотности и «низкой» температуре?

34 Столкновения ядер атомов золота

Столкновения ядер атомов золота

Может быть все-таки можно что-то выяснить в лаборатории?

35 Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ

Экспериментальные результаты, их сравнение с теорией и НЗ

Вещество нейтронных звезд не похоже на вещество сталкивающихся ядер. Асимметрия (нейтронов намного больше, чем протонов)

1 Mev/fm3 = 1.6 1032 Pa

36 Астрофизические измерения

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

37 Нейтронные звезды для фундаментальной физики
38 Массы нейтронных звезд и белых карликов

Массы нейтронных звезд и белых карликов

39 Масса PSR J0737-3039

Масса PSR J0737-3039

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

40 Двойной пульсар J0737-3039

Двойной пульсар J0737-3039

Мы видим систему почти с ребра.

41 Вращение и состав

Вращение и состав

(Экватор)

(Полярное направление)

Состав, разумеется, разный в разных моделях.

42 Остывание нейтронных звезд

Остывание нейтронных звезд

Нейтринное охлаждение

Фотонное охлаждение

43 Основные нейтринные процессы

Основные нейтринные процессы

44 Остывание одиночных нейтронных звезд

Остывание одиночных нейтронных звезд

Теоретические модели можно сравнивать с данными наблюдений одиночных нейтронных звезд: источников в остатках сверхновых радиопульсаров Великолепной семерки и тд.

45 Нейтронные звезды в двойных

Нейтронные звезды в двойных

Aql X-1

46 Глубокий прогрев коры и остывание

Глубокий прогрев коры и остывание

?~1012-1013 г/см3

Остывание происходит на масштабе 1-100 лет (установление баланса между корой и ядром).

Достижение исходного состояния происходит за ~103-104 лет

Аккреция приводит к глубокому прогреву коры за счет неравновесных ядерных реакций. После прекращения аккреции тепло переносится внутрь и излучается нейтрино тепло медленно переносится наружу и излучается фотонами.

47 Сравнение теории остывания транзиентов с наблюдениями

Сравнение теории остывания транзиентов с наблюдениями

48 Странное вещество и страпельки

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.

49 Странная кварковая эпидемия

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…

50 Слияние нейтронных звезд

Слияние нейтронных звезд

51 Заключение

Заключение

Есть много примеров того, что астрономические наблюдения оказываются незаменимым методом проверки и изучения физических законов.

Теории гравитации Вещество в экстремальных условиях Очень высокие энергии Очень редкие процессы Большие масштабы

Пока прогресс во многих областях возможен только с использованием данных о наблюдениях небесных объектов. Особое место тут занимают нейтронные звезды.

52 Что почитать

Что почитать

Астрономия и физика. «Русский Репортер» 2008 http://www.expert.ru/printissues/russian_reporter/2008/42/nebestnye_kollaydery/ Космические лучи сверхвысоких энергий. «Вокруг света» 2007 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/3869/ Поиск гравитационных волн. Вокруг света 2007 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/3003/ Космология. Вокруг света 2006 http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/2557/ Темная материя. Вокруг света http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/cosmos/621/ Нейтронные звезды. Элементы.ру http://elementy.ru/lib/430655 Магнитары. Элементы.ру http://elementy.ru/lib/25574

«Нейтронные звезды для фундаментальной физики»
http://900igr.net/prezentacija/fizika/nejtronnye-zvezdy-dlja-fundamentalnoj-fiziki-68036.html
cсылка на страницу
Урок

Физика

134 темы
Слайды
900igr.net > Презентации по физике > Физика > Нейтронные звезды для фундаментальной физики