stringtranslate.com

Столкновение звезд

Моделирование столкновения двух нейтронных звезд

Столкновение звезд — это сближение двух звезд [1], вызванное динамикой звезд в звездном скоплении или орбитальным распадом двойной звезды из-за потери звездной массы или гравитационного излучения , или другими механизмами, которые еще недостаточно изучены.

Любые звезды во Вселенной могут столкнуться, независимо от того, являются ли они «живыми», то есть в звезде все еще идет слияние, или «мертвыми», когда слияние больше не происходит. Белые карлики , нейтронные звезды , черные дыры , звезды главной последовательности , гигантские звезды и сверхгиганты сильно различаются по типу, массе, температуре и радиусу и, соответственно, производят различные типы столкновений и остатков. [2]

Типы столкновений и слияний звезд

Слияния двойных звезд

Около половины всех звезд на небе являются частью двойных систем, в которых две звезды вращаются друг вокруг друга. Некоторые двойные звезды вращаются друг вокруг друга так близко, что у них общая атмосфера, что придает системе форму арахиса. Хотя большинство таких контактных двойных систем стабильны, некоторые становятся нестабильными и либо выбрасывают одного партнера, либо в конечном итоге сливаются.

Астрономы предсказывают, что события такого типа происходят в шаровых скоплениях нашей галактики примерно раз в 10 000 лет. [2] 2 сентября 2008 года ученые впервые наблюдали звездное слияние в Скорпионе (названное V1309 Scorpii ), хотя в то время не было известно, что это результат звездного слияния. [3]

Сверхновые типа Ia

Белые карлики — это остатки звезд малой массы, которые, если они образуют двойную систему с другой звездой, могут вызывать крупные звездные взрывы, известные как сверхновые типа Ia. Обычный путь, по которому это происходит, включает в себя белый карлик, вытягивающий материал из звезды главной последовательности или красного гиганта, чтобы сформировать аккреционный диск .

Гораздо реже сверхновая типа Ia возникает, когда два белых карлика вращаются по орбите друг вокруг друга на близком расстоянии. [4] Излучение гравитационных волн заставляет пару вращаться по спирали внутрь. Когда они наконец сливаются, если их совокупная масса приближается или превышает предел Чандрасекара , зажигается реакция синтеза углерода , повышая температуру. Поскольку белый карлик состоит из вырожденной материи , не существует безопасного равновесия между тепловым давлением и весом вышележащих слоев звезды. Из-за этого неконтролируемые реакции синтеза быстро нагревают внутреннюю часть объединенной звезды и распространяются, вызывая взрыв сверхновой . [4] За считанные секунды вся масса белого карлика выбрасывается в космос. [5]

Слияния нейтронных звезд

Слияния нейтронных звезд происходят аналогично редким сверхновым типа Ia, возникающим в результате слияния белых карликов. Когда две нейтронные звезды вращаются друг вокруг друга близко, они с течением времени закручиваются по спирали внутрь из-за гравитационного излучения. Когда они встречаются, их слияние приводит к образованию либо более тяжелой нейтронной звезды, либо черной дыры, в зависимости от того, превышает ли масса остатка предел Толмена-Оппенгеймера-Волкова . Это создает магнитное поле, которое в триллионы раз сильнее, чем у Земли, в течение одной или двух миллисекунд. Астрономы полагают, что этот тип событий создает короткие гамма-всплески [6] и килоновые [7] .

Событие гравитационной волны , произошедшее 25 августа 2017 года, GW170817 , было сообщено 16 октября 2017 года как связанное со слиянием двух нейтронных звезд в далекой галактике , первое такое слияние, которое наблюдалось с помощью гравитационного излучения. [8] [9] [10] [11]

Объекты Торна–Житкова

Если нейтронная звезда сталкивается с красным гигантом достаточно малой массы и плотности, то предполагается, что в результате слияния образуется объект Торна-Житкова — гипотетический тип компактной звезды , содержащей нейтронную звезду, окутанную красным гигантом.

Формирование планет

Когда две маломассивные звезды в двойной системе сливаются, масса может сбрасываться в орбитальной плоскости сливающихся звезд, создавая диск выделения , из которого могут образовываться новые планеты. [12]

Открытие

Хотя концепция столкновения звезд существовала в течение нескольких поколений астрономов, только развитие новых технологий сделало возможным ее более объективное изучение. Например, в 1764 году астроном Шарль Мессье открыл скопление звезд, известное как Мессье 30. В двадцатом веке астрономы пришли к выводу, что скоплению приблизительно 13 миллиардов лет. [13] Космический телескоп Хаббл разрешил отдельные звезды Мессье 30. С помощью этой новой технологии астрономы обнаружили, что некоторые звезды, известные как голубые бродяги , выглядят моложе других звезд в скоплении. [13] Затем астрономы выдвинули гипотезу, что звезды могли «сталкиваться» или «сливаться», давая им больше топлива, чтобы они продолжали слияние, в то время как другие звезды вокруг них начали гаснуть. [13]

Звездные столкновения и Солнечная система

Хотя столкновения звезд могут происходить очень часто в определенных частях галактики, вероятность столкновения с участием Солнца очень мала. Расчет вероятности предсказывает частоту столкновений звезд с участием Солнца 1 из 10 28 лет. [14] Для сравнения, возраст Вселенной составляет порядка 10 10 лет. Вероятность близких столкновений с Солнцем также мала. Частота оценивается по формуле:

N ≈ 4,2 · D 2 млн. лет −1

где N — число столкновений за миллион лет, которые происходят в радиусе D Солнца в парсеках . [15] Для сравнения, средний радиус орбиты Земли, 1 а.е. , составляет 4,82 × 10−6 парсеков .

Наша звезда, скорее всего, не будет напрямую затронута таким событием, поскольку нет звездных скоплений, достаточно близких, чтобы вызвать такие взаимодействия. [14]

KIC 9832227 и слияния двойных звезд

Анализ затмений KIC 9832227 изначально предполагал, что ее орбитальный период действительно сокращается, и что ядра двух звезд сольются в 2022 году. [16] [17] [18] [19] Однако последующий повторный анализ показал, что один из наборов данных, использованных в первоначальном прогнозе, содержал 12-часовую ошибку синхронизации, что привело к ложному кажущемуся сокращению орбитального периода звезды. [20] [21] [22] [23]

Механизм слияния двойных звезд еще не до конца изучен и остается одним из главных объектов внимания исследователей KIC 9832227 и других контактных двойных звезд.

Ссылки

  1. ↑ Фред Лоуренс Уиппл (март 1939 г.), «Сверхновые и столкновения звезд», Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки , 25 (3): 118–25, Bibcode : 1939PNAS...25..118W, doi : 10.1073/pnas.25.3.118 , PMC  1077725 , PMID  16577876
  2. ^ ab Chang, Kenneth (13 июня 2000 г.), «Two Stars Collide; New Star is Born», The New York Times , получено 14 ноября 2010 г.
  3. ^ Тайленда, Р.; Хайдук, М.; Каминский, Т.; и др. (11 апреля 2011 г.). «V1309 Скорпиона: слияние контактного двоичного файла». Астрономия и астрофизика . 528 : А114. arXiv : 1012.0163 . Бибкод : 2011A&A...528A.114T. дои : 10.1051/0004-6361/201016221. S2CID  119234303.
  4. ^ аб Гонсалес Эрнандес, JI; Руис-Лапуэнте, П.; Табернеро, HM; Монтес, Д.; Канал, Р.; Мендес, Дж.; Бедин, ЛР (26 сентября 2012 г.). «Нет выживших эволюционировавших спутников прародителя SN 1006». Природа . 489 (7417): 533–536. arXiv : 1210.1948 . Бибкод : 2012Natur.489..533G. дои : 10.1038/nature11447. hdl : 2445/127740. PMID  23018963. S2CID  4431391.
  5. ^ Фридман, Роджер А., Роберт М. Геллер, Уильям Дж. Кауфманн III (2009). Вселенная 9-е издание , стр. 543-545. WH Freeman and Company, Нью-Йорк. ISBN 1-4292-3153-X 
  6. ^ Россвог, Стефан (2013). «Астрофизика: Радиоактивное свечение как дымящийся пистолет». Nature . 500 (7464): 535–6. Bibcode :2013Natur.500..535R. doi : 10.1038/500535a . PMID  23985867.
  7. ^ Мецгер, Б. Д.; Мартинес-Пинедо, Г.; Дарбха, С.; Кватерт, Э.; и др. (август 2010 г.). «Электромагнитные аналоги слияний компактных объектов, приводимых в действие радиоактивным распадом ядер r-процесса». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 406 (4): 2650. arXiv : 1001.5029 . Bibcode : 2010MNRAS.406.2650M. doi : 10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x . S2CID  118863104.
  8. ↑ Овербай, Деннис (16 октября 2017 г.), «LIGO впервые обнаружила мощное столкновение нейтронных звезд», The New York Times
  9. ^ Кастельвекки, Давиде (25 августа 2017 г.). «Распространяются слухи о новом виде наблюдения гравитационных волн». Nature . doi :10.1038/nature.2017.22482 . Получено 27 августа 2017 г. .
  10. ^ Сокол, Джоша (25 августа 2017 г.). «Что происходит, когда сталкиваются две нейтронные звезды?». Wired . Получено 27 августа 2017 г.
  11. ^ Дрейк, Надя (25 августа 2017 г.). «Странные звезды поймали сморщивание пространства-времени? Получите факты». National Geographic . Архивировано из оригинала 27 августа 2017 г. Получено 27 августа 2017 г.
  12. ^ Мартин, EL; Спруит, HC; Тата, R. (2011). "Происхождение двойного слияния для раздутых горячих планет-Юпитеров". Астрономия и астрофизика . 535 : A50. arXiv : 1102.3336 . Bibcode : 2011A&A...535A..50M. doi : 10.1051/0004-6361/201116907. S2CID  118473108.
  13. ^ abc "Звездные столкновения и вампиризм дают голубым отстающим звездам "космическую подтяжку лица"", Asian News International , 29 декабря 2009 г.
  14. ^ ab Lucentini, Jack (1 июня 2000 г.). «Исследователи заявляют о первом доказательстве столкновения звезд». Space.com . Архивировано из оригинала 19 апреля 2004 г. Получено 15 января 2014 г. Согласно одному расчету, Солнце, скорее всего, будет терпеть одно столкновение каждые 10 000 триллионов триллионов лет (это 28 нулей), и оно сгорит само по себе гораздо раньше.
  15. ^ Гарсия-Санчес, Дж. и др. (24 августа 1998 г.), «Возмущение облака Оорта близкими сближениями звезд», Динамика астероидов и комет , Татрауска Ломница, Словацкая Республика, hdl :2014/19368{{citation}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  16. ^ Молнар, Лоуренс А.; Ноорд, Дэниел М. Ван; Кинемучи, Карен; Смолинский, Джейсон П.; Александр, Кара Э.; Кук, Эван М.; Чан, Бёнчан; Кобулницкий, Генри А.; Спедден, Кристофер Дж. (2017). «Прогноз вспышки Красной новой в KIC 9832227». Астрофизический журнал . 840 (1): 1. arXiv : 1704.05502 . Бибкод : 2017ApJ...840....1M. дои : 10.3847/1538-4357/aa6ba7 . ISSN  0004-637X. S2CID  118970956.
  17. ↑ Кинемучи, Карен (1 октября 2013 г.). «Пульсировать или затмиться? Статус переменной звезды KIC 9832227». arXiv : 1310.0544 [astro-ph.SR].
  18. ^ Берд, Дебора (6 января 2017 г.). «Звезда, как предсказано, взорвется в 2022 году». EarthSky . EarthSky Communications . Получено 6 января 2017 г. .
  19. ^ "Сталкивающиеся звезды осветят ночное небо в 2022 году". Science . 1 мая 2017 . Получено 7 января 2017 .
  20. ^ Молнар, Лоуренс А. (7 сентября 2018 г.). «Дополнительные материалы к пресс-релизу колледжа Кэлвина «Команда исследователей бросает вызов смелому астрономическому предсказанию», 7 сентября 2018 г.». calvin.edu . Получено 8 сентября 2018 г.
  21. ^ Кучински, Мэтт (7 сентября 2018 г.). «Команда исследователей бросает вызов смелому астрономическому предсказанию». calvin.edu . Получено 8 сентября 2018 г.
  22. ^ Socia, Quentin J.; Welsh, William F.; Short, Donald R.; Orosz, Jerome A.; Angione, Ronald J.; Windmiller, Gur; Caldwell, Douglas A.; Batalha, Natalie M. (11 сентября 2018 г.). "KIC 9832227: использование данных Vulcan для отрицания прогноза слияния красных новых в 2022 году". Astrophysical Journal Letters . 864 (2): L32. arXiv : 1809.02771 . Bibcode : 2018ApJ...864L..32S. doi : 10.3847/2041-8213/aadc0d . S2CID  56134618.
  23. ^ Паркс, Джейк (7 сентября 2018 г.). «Две звезды НЕ сольются и не взорвутся в красной ярости в 2022 году». astronomy.com .

Внешние ссылки