druhy hvězd

21. září 2007 v 14:48 | Pavel Smrčiak |  vesmír
Neutronové hvězdy jsou závěrečným stádiem vývoje hvězdy. Vznikají jako pozůstatek po výbuchu supernovy typu II, typu Ib nebo Ic.
Neutronové hvězdy se podstatně liší od hvězd jako Slunce. Hvězda hlavní posloupnosti (například právě Slunce) je složena z plazmatu a v jejím jádru probíhají termonukleární reakce. Gravitace je kompenzována tlakem plazmatu při vysoké teplotě. naproti tomu během vzniku neutronové hvězdy jsou pod velkým tlakem elektrony vmáčknuty do jader atomů, čímž se protony v jádrech změní na neutrony (za vyzáření příslušného počtu neutrin), čímž vzniká tzv. neutronový degenerovaný plyn. Tento proces se nazývá neutronizace. Neutronová hvězda se tedy skládá ze samých neutronů a gravitace je kompenzována tlakem, který má původ v Pauliho vylučovacím principu (zjednodušeně by se dalo říci, že z kvantové mechaniky vyplývá "nechuť" částic jako neutrony (obecněji fermionů) sdílet stejný stav, která se projevuje jako tlak, bránící dalšímu smršťování).
Hmotnost typických neutronových hvězd se pohybuje v rozmezí od 1,35 slunečních hmot do 2,1 slunečních hmot (teoreticky až 3-5 slunečních hmot, což je hodnota známá jako Tolman-Oppenheimer-Volkoffova mez a představuje mez, při které se těleso složené z degenerovaného neutronového plynu přemění na černou díru, nebo na kvarkovou hvězdu), rozměry neutronové hvězdy jsou však jen mezi 20 a 10 km v průměru (hvězda s vyšší hmotností má menší poloměr). To odpovídá hustotám 8×1013 až 2×1015 g/cm³, za kterých se látka chová jako degenerovaný neutronový plyn.
Většina hvězd má magnetická pole zamrzlá v hvězdném plazmatu. Při zhroucení hvězdy např. o průměru 2,5 mil. km do neutronové hvězdy o průměru 25 km se její průměr zmenšil o několik řádů, stejně tak se zmenšil i objem a povrch, ale vzrostla hustota. Siločáry mag. pole zůstaly všechny, ale jejich hustota vzrostla, tedy vzrostla také intenzita magnetického pole. Magnetické pole obyčejné hvězdy je několik setin tesla, na neutronových hvězdách jsou magnetická pole velmi silná, od 106 až do 109 T. A právě tato silná magnetická pole dělají z neutronových hvězd pulzary, zdroje pravidelně se opakujících záblesků. Všechny pulzary jsou neutronové hvězdy, ale většinu neutronových hvězd jako pulzary nepozorujeme, neboť pulzy jejich záření míjejí Zemi.
Ve vesmíru je málo pozorovaných osamocených neutronových hvězd, pozorování osamocené neutronové hvězdy je nesnadné, protože jsou to velmi slabě zářící objekty, neboť jejich povrch je velmi malý. Vzhledem k vysoké povrchové teplotě vysílají ultrafialové a rentgenové záření. Častěji neutronové hvězdy pozorujeme jako neutronové dvojhvězdy.
Neutronové hvězdy jsou často pozorované jako pulsary, výjimečně jako magnetary.
struktura
Model vnitřní struktury neutronové hvězdyNa základě současných matematických modelů soudíme, že povrch neutronové hvězdy se skládá z klasických atomových jader a elektronů. "Atmosféra" neutronové hvězdy je asi 1 m silná a pod ní je pevná "kůra". Hlouběji jsou atomy stále těžší se stále více neutrony (zpravidla izotopy, které by se v pozemských podmínkách dávno rozpadly, za takto vysokého tlaku jsou však stabilní). Hlouběji se nalézá tzv. neutronová mez přesycenosti (orig. neutron drip), tedy mez, kde mohou existovat jak samotné volné neutrony, tak atomová jádra s elektrony. Směrem do hloubky jader stále více ubývá a přibývají volné neutrony - v dostatečné hloubce již zůstávají jen neutrony - tato oblast se nazývá jádro. Přesná podstata superhusté hmoty v jádru není ještě přesně známá. Zpravidla se nazývá neutronový degenerovaný plyn - jde o (pravděpodobně) supratekutou směs neutronů, (malého podílu) protonů a elektronů a (s přibývající hustotou stále více zastoupených) pionů, kaonů, nebo tzv. podivné hmoty (orig. strange matter, odvozeno od kvantové vlastnosti pojmenované jako podivnost), která zahrnuje směs kvarků těžších než up a down. Pravděpodobně by šlo o hmotu složenou z kvarků nevázaných do hadronů.
Bílý trpaslík je astronomický objekt vznikající, když se zhroutí hvězda o průměrné nebo podprůměrné hmotnosti. Tyto hvězdy nejsou dostatečně hmotné, aby dosáhly ve svém jádře teplot potřebných k fúzi uhlíku. Poté co se stanou rudým obrem během své fáze spalování hélia, odhodí své vnější vrstvy a ty vytvoří planetární mlhovinu. Na místě původní hvězdy zůstane jen neaktivní jádro skládající se převážně z uhlíku a kyslíku.
Toto jádro nemá další zdroj energie, takže zvolna vyzařuje energii nashromážděnou za aktivního života hvězdy a chladne. Protože není chráněno před gravitačním kolapsem fúzními reakcemi, stalo se extrémně hustým - typicky je polovina hmotnosti Slunce obsažena v objemu odpovídajícím objemu Země. Bílý trpaslík je udržován tlakem degenerovaného elektronového plynu. Maximální hmotnost bílého trpaslíka, po jejímž překročení již degenerační tlak není schopen odolat gravitaci, je asi 1,4 hmotností Slunce. Bílý trpaslík, který přesáhne tuto hodnotu (známou jako Chandrasekharova mez), obvykle přenosem hmoty ze svého hvězdného průvodce, exploduje jako supernova typu Ia.
Pokud se tak nestane, ochladí se za stovky miliard let natolik, že již nebude viditelný a stane se černým trpaslíkem. Vezmeme-li v úvahu celou dosavadní historii vesmíru (asi 13,7 miliardy let), musí i ten nejstarší bílý trpaslík stále vyzařovat na teplotách několik tisíc kelvinů.
Červený obr - je hvězda, která přeměnila vodík ve středové oblasti na helium a to se za teplot 100 miliónů kelvinů mění na uhlík. Vnější obal se rozpíná (r=1 AU), zvětšuje se zářivost a klesá povrchová teplota. Další vývoj záleží na hmotnosti.
Preonová hvězda
Preonová hvězda by měl být hyperhustý objekt, složený z hypotetických subelementárních částic zvaných preony, z kterých bych se měly skládat jak kvarky (spojující se v hadrony) tak leptony (jako elektron, mion, tauon a jejich neutrina). Existence preonových hvězd (stejně jako samotných preonů) je pouze hypotetická; narozdíl od např. kvarkových hvězd jsme žádný objekt, který by odpovídal modelu preonové hvězdy, nezpozorovali.
Preony
Preony by měly být další vrstvou hmoty, fundamentálnější než kvarky. Teorie preonů evokuje základní filozoficko - vědeckou otázku, zda by šlo svět "rozdrobovat" do nekonečna na stále menší a elementárnější části. Jestli ano, byly by k tomu třeba stále větší energie. Dnešní urychlovače nedokáží vyprodukovat více než řádově několik stovek Gev (gigaelektronvoltů), proto existenci preonů zatím nelze prokázat; určitý pokrok by měl nastat se zařízením Large Hadron Collider.
Souvislost s temnou hmotou
Preonové hvězdy by mohly vysvětlit složení neznámé masy známé jako temná hmota, která tvoří 20 - 25% hmotnosti vesmíru. Ačkoli samotnou existenci preonů dokázat nemůžeme, preonové hvězdy by šlo detekovat díky efektu "gravitační čočka" nebo díky emisi tvrdých gama paprsků.
Hustota a vznik
Preonové hvězdy mají hustou výrazně překonávající hustotu atomového jádra, tedy řádově 1017 kg.m-3. S takovou hustotou by se hmota odpovídající Zemi vešla do objemu koule o průměru 5 m. Mechanismus vzniku preonových hvězd je nejasný; vhodné podmínky mohl nastolit Velký třesk, kdy existovaly energie dovolující výskyt samostatných preonů a jejich vázání jinou silou než tou, která je obvykle drží v kvarcích a leptonech (dost možná to bude páté silové pole), a sice gravitací. Preonová hvězda by také mohla vzniknout při explozi supernovy jako pozůstatek mimořádně těžkého hvězdného jádra. Dal by se tedy předpokládat výskyt následujících objektů vzniklých jako pozůstatek supernovy:
bílý trpaslík, hustota 109 kg.m-3, implozi zastaví pružná látka - elektronové degenerované plazma, vzniklé narušením elektronových obalů v atomů (elektrony nemohou být ve stejném kvantovém stavu, pokud jsou pospolu, vytvářejí zmíněnou látku), stabilní díky odpudivým coulombovským silám
neutronová hvězda (zahrnuje pulsary, magnetary), hustota řádově 1013 - 1015 kg.m-3, implozi zastaví až hustá masa neutronů (elektrony a protony jsou "vmáčknuty do sebe", zbydou pouze neutrony)
hyperonová hvězda, hustota 1015 - 1017? kg.m-3, implozi zastaví neutrony vybuzené do stavu hyperonů, stabilní díky znemožněnému rozpadu hyperonů
kvarková hvězda, hustota 1017 kg.m-3 a více, implozi zastaví extrémně hustá látka z jednotlivých kvarků a gluonů nevázaných v hadrony (kvark - gluonové plazma), vzniklá dalším "rozdrcením" hyperonů nebo neutronů
preonová hvězda, hustota větší než 1017 - ?? kg.m-3, implozi zastaví extrémně hustá látka z jednotlivých preonů nevázaných v leptony a kvarky (preonové plazma), vzniklé dalším "rozdrcením" kvarků.
černá díra, hustota nekonečná?? imploze nebyla zastavena
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 ZdenekY ZdenekY | E-mail | 18. ledna 2017 v 8:44 | Reagovat

Chtěli byste zvýšit návštěvnost na pavel-smrciak.blog.cz několikrát? Hledat v google: Masitsu's tricks

2 TomkoI TomkoI | E-mail | Web | 18. ledna 2017 v 13:28 | Reagovat

Miluju čtení vašich článků

3 WaclawU WaclawU | E-mail | Web | 29. dubna 2017 v 17:16 | Reagovat

Velmi pěkný blog, těším se na nová pracovní místa

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama