Feb. 18th, 2021

atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
О теплопереносе в звездах, в частности - о конвекции, я рассказывал не раз, в частности - https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/9499.html.
Но вкратце подытожу рассказанное.

В достаточно массивных (вернее, достаточно плотных: для звезд главной последовательности https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/4191.html это одно и то же) звездах теплоперенос их центральных областей наружу осуществляется сложным образом.
Если звезда весьма массивна, массой во много солнечных, для нее характерна сложная структура центральной области: в самом центре идут ядерные реакции с участием более тяжелых элементов с большим тепловыделением, чуть выше в реакции могут вступать лишь менее тяжелые элементы, еще выше - еще менее тяжелые, над ними - гелий и водород, еще выше - только водород. Соответственно, градиент температуры и тепловой поток в ближних к центру областях меняются сложным образом. В результате, с учетом огромного давления, в одних областях тепловыделение столь велико, что начинается конвекция, в других тепловыделения уже не хватает на конвекцию при этих давлениях (величина давления столь высока, что подавляет вертикальные потоки вещества), и тепло переносится фотонами, потом еще выше, где давление падает, опять начинается конвекция, еще выше, где удельный тепловой поток на единицу поперечной площади падает, она опять подавляется... Словом, луковица со многими слоями. И только выше лежит зона, в которой начинается конвекция, потом - лучистый перенос, потом, уже у поверхности - зона конвекции, и то не всегда.

У звезд с меньшими массами (но более 1,4 солнечной) "горят" только водород и гелий, в центре тепловыделение настолько велико, что тепловой поток преодолевает давление, и вся центральная зона вовлечена в конвективное движение. Выше, гда площадь слоя растет, а тепловыделения не происходит, конвекция подавляется, и теплопередача осуществляется лишь фотонами (лучистым переносом) И только у поверхности вновь идет относительно узкая (десять-двадцать процентов радиуса) конвективная зона.

У звезд от 1,1 до 1,4 солнечных масс гелий в центре уже может вступать в реакцию - но не слишком активно. Тепловыделение в центре меньше, у этих звезд внутренняя конвективная зона занимает лишь часть ядра.

При массе менее 1,1 солнечной гелий в нормальной звезде главной последовательности не горит (когда загорится, звезда начнет покидать главную последовательность и расти в диаметре из-за возросшего тепловыделения и лучевого давления, переходя в стадию красного красного сгущения; а когда гелий в ядре выгорит, и горение гелия начнет распространяться на вышележащие слои - она перейдет в стадию красного гиганта). В центре этих звезд, пока они находятся на главной последовательности, конвекция полностью подавлена давлением, над центральными областями, занимающими менее половины радиуса звезды, давление падает и конвекция появляется.

При массе менее примерно половины солнечной (массивный красный карлик) давление в центральных областях звезды настолько невелико, что конвекция подавляется лишь в самом центре. У них конвективная зона занимает большую часть объема звезды.

При массе звезды менее четверти солнечной давление является недостаточным для подавления конвекции даже в самом центре. У таких звезд в конвективное движение с перемешиванием вовлечен весь объем полностью. Это и есть полностью конвективная звезда.

При этом стоит знать, что даже у массивных звезд, ушедших с главной последовательности (то есть, находящихся на поздних стадиях эволюции) в результате роста их диаметра (и объема) давление в центре падает, и начинается конвекция. То есть, красный гигант массой, скажем, 1,3 солнечной, является столь же полностью конвективным, как и карлик массой 0,26 солнечной.

Особенностью конвекции во вращающейся звезде является вертикальный перенос заряженных частиц (вертикальный ток). А Вы понимаете, что если проводник с током начинать вращать, возникнет магнитное поле. То есть, налицо пресловутое "магнитное динамо", ответственное за магнитное поле звезды. И чем более развита в звезде конвекция, тем сильнее ее магнитное поле (тем большими являются величины электрических токов, его генерирующих).

Собственно, именно этим объясняется огромная вспышечная активность красных карликов, на которых звездные вспышки, обусловленные приключениями магнитного поля, бывают намного более мощными, чем на Солнце (при общей яркости в сотни, тысячи и десятки тысяч раз меньшей). Ну, и, в частности, замечу, тем хуже условия формирования жизни на планетах около красных карликов - чтобы получить достаточно энергии, планета должна быть очень близкой к звезде, а ее при этом бомбардируют мощными вспышками с относительной энергией, превосходящей энергию, получаемую Землей при самых мощных солнечных вспышках, на несколько порядков.

В принципе, конечно, магнитное поле звезды определяется не только вертикальным переносом массы заряженного вещества при конвекции, но и скоростью, с которой конвективная звезда вращается. И чем ниже скорость вращения, тем меньше магнитное поле. Так что у многих специалистов долгие годы теплилась надежда на то, что уж у медленно вращающихся полностью конвективных звезд активность может быть невысокой.

Ан, нет. Надежда оказалась напрасной. Долговременные наблюдения показали, что магнитная активность полностью конвективных звезд является весьма высокой даже при низких скоростях вращения.

Оказалось, что небольшой в этом случае является только частота вспышек - увеличиваются в среднем периоды между вспышками (больше времени нужно силовым линиям магнитного поля, чтобы "намотаться" до тех пор, пока не возникает вспышка). А вот амплитудные значения энергии вспышек снижаются незначительно - в отличие от более массивных звезд, у которых с падением скорости вращения быстро падает именно энергия вспышек.
Так что и у медленно вращающихся красных карликов атмосферам планет приходится весьма несладко.
atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
Проведенный сравнительно недавно анализ статистики планетных систем показал, что у 2476 единичных красных гигантов массой, близкой к солнечной, планетные системы содержат удивительно большое количество газовых гигантов с массами, сравнимыми и/или превосходящими массу Юпитера, находящихся на низких орбитах (период обращения не более десяти суток) - 0,51±0,29%. Примерно двухсотая часть.
В то же время в планетных системах звезд главной последовательности аналогичных масс близкие газовые гиганты на таких орбитах встречаются в заметно меньшем количестве - 0,15±0,06%. В три раза реже.

Если вспомнить, что красный гигант - это не тип звезд, а стадия их эволюции https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/4191.html, сопровождающаяся очень существенным ростом размера https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/4395.html - то причина становится понятной. Дело в том, что с ростом диаметра звезды заметно растет ее приливное взаимодействие с планетой, приводящее к изменению ее орбиты (это описано в https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/209336.html) и приближению ее к звезде.

Здесь может возникнуть вопрос: казалось бы, при приливном взаимодействии планеты со звездой, как описано по ссылке, обращение планеты должно тормозиться, и планета должна подниматься на более высокую орбиту - удаляться от звезды.
Но тут срабатывают два механизма.

Во-первых, красные гиганты - это старые звезды, ушедшие с главной последовательности, а с возрастом вращение звезды вокруг своей оси замедляется пропорционально квадратному корню из возраста звезды (закон Скуманича, см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/208591.html).
Во-вторых, по закону сохранения момента импульса с ростом диаметра звезды скорость ее вращения падает. Дополнительно к радиационному замедлению вращения, происходившему до этого.

И результат оказывается интересным - при "раздувании" старой звезды ее планеты, если они относительно недалеки от звезды, начинают обгонять ее вращение: угловая скорость обращения планеты по орбите вокруг звезды начинает превышать угловую скорость вращения самой звезды. И в результате планета в своем движении по орбите начинает ускорять вращение звезды и при этом опускаться к ней ближе. Особенно интенсивен этот эффект вследствие того, что с ростом диаметра у "раздувающейся" звезды заметно снижается жесткость и растет вязкость наружных слоев (см. там же, https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/209336.html). И результат: звезда, увеличиваясь в диаметре, начинает быстро подтягивать к себе недалекие планеты.
atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
Вы еще не забыли о том, что пропеллер или, скажем, эжектор - это вовсе не то, о чем все думают, а стадии эволюции наблюдательных эффектов нейтронной звезды по мере увеличения ее возраста и соответствующего снижения скорости вращения?
Если забыли - то напоминание об эжекторе, пропеллере, аккреторе и георотаторе - здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/77790.html.

Теоретически, переход между стадиями должен происходить осуществляться достаточно быстро, так что застать нейтронную звезду в момент перехода маловероятно. Но как-то раз судьба улыбнулась наблюдателям.

Еще в 1999 году примерно в двадцати семи тысячах световых годах от нас была обнаружена двойная система RX J0812.4-3114, состоящая из звезды класса В и нейтронной звезды.

А уже недавно при аккуратных наблюдениях системы обнаружилась странность в поведении пульсара. В жестких (высокоэнергетических) гамма-лучах была хорошо видна пульсация излучения с периодом, соответствующим периоду вращения нейтронной звезды 31.908 c, и глубиной пульсации (отношением амплитуды колебаний к максимальному уровню сигнала) 0,84, а в мягких (низкоэнергетических) гамма-лучах никакой пульсации видно не было. При этом сам уровень жесткого гамма-излучения был невелик.

Вывод из этого прост: жесткое гамма-излучение исходит из одного источника на поверхности нейтронной звезды (а именно, из той области в несколько десятков квадратных метров вокруг магнитного полюса, на которую падают заряженные частицы из аккреционного диска, обращающегося вокруг нейтронной звезды и собранного из внешней оболочки компаньона), и мы его видим, только когда излучаемый этой областью поток жестких гамма-квантов "чиркает" по Земле. Собственно, это и есть механизм пульсара как наблюдательного эффекта. А мягкие гамма-кванты излучаются от всей поверхности звезды (точнее, образуются и излучаются в ее ближней окрестности). И при этом сама аккреция невелика.

Такое может быть, если в данный момент мы видим нейтронную звезду в переходном состоянии от пропеллера к аккретору: частицы высокой энергии уже могут достичь поверхности, и при их падении на магнитный полюс возникает жесткое гамма-излучение (для них пульсар уже является аккретором), а частицы меньших энергий еще на это не способны и удерживаются магнитным полем нейтронной звезды (для них пульсар еще является пропеллером), генерируя при этом мягкое гамма-излучение.

Оценочное магнитное поле пульсара уже снизилось до относительной небольшой величины - магнитная индукция оценивается примерно в 850 миллиардов Гаусс.

Невелико оно, конечно, по масштабам нейтронных звезд - вспомним, что с одной стороны, это в двести миллиардов раз больше земного поля, а с другой стороны, у магнетара (см. https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/11635.html) оно может быть большим еще в тысячу-полторы раз.
atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
Или опять о мягких гамма-репитерах...

О магнетарах вообще и гамма-репитерах в частности я рассказывал здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/11635.html.
О буйном нраве - здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/72845.html
О том, откуда они берутся - здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/216311.html
Об их коварстве - здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/216560.html

Еще каких-то восемь-десять лет назад мягкие гамма-репитеры насчитывались единицами (всего магнетаров было известно около десяти).
Еще три года назад ближайший мягкий гамма-репитер был удален от нас на тринадцать тысяч световых лет.

Нынче в списке мягких гамма-репитеров уже двенадцать достоверно известных и четыре ожидающих подтверждения объекта. А всего магнетаров достоверно известно двадцать четыре - и еще шесть кандидатов, которые почти наверняка подтвердятся.
А ближайший мягкий гамма-репитер находится всего лишь в 5200 (примерно) световых годах.
atandakil_gunze: duque de caxias (Default)


Фотография (в искусственных цветах) формирующейся звезды G353.273 + 0.641, удаленной от нас на 5500 световых лет.

Масса будущей звезды - около десяти солнечных, диаметр аккреционного диска (газопылевой диск из материала, падающего на звезду и формирующего ее внешнюю часть) около 250 астрономических единиц (примерно в четыре раза больше орбиты Нептуна), диаметр газового облака вокруг диска - около семисот астрономических единиц.

Возраст звезды, оцененный по скорости аккреции, восхищает - три тысячи лет. Фактически на глаза попался самый начальный момент рождения звезды.

Вызывает интерес одна особенность - явная асимметрия диска. Скорее всего, она сгладится, но еще относительно нескоро.
atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
О микроквазарах вообще и о микроквазаре SS 433 в частности я рассказывал здесь: https://atandakil-gunze.dreamwidth.org/71122.html

Напомню, микроквазар - это это объект вроде квазара, только маленький. Если квазар - это центральная сверхмассивная черная дыра галактики, окруженная мощным аккреционным диском, поглощающая его вещество, а часть того, что не поглотила, выбрасывающая с огромными скоростями, формируя мощные релятивистские выбросы - джеты, иногда по размеру превышающие галактику, то микроквазар - это небольшая черная дыра в двойной системе, стаскивающая оболочку с компаньона, формирующая из нее аккреционный диск, частично его поглощая и выстреливая несъеденное джетами.
Масштабы с квазаром несравнимы - меньше в миллионы раз - зато сходство полное.

И напомню вкратце про микроквазар SS 433. Он состоит из крупной звезды класса А7V и черной дыры, оставшейся после давнего (несколько десятков тысяч лет назад) взрыва сверхновой. Пара обращается друг вокруг друга с периодом в тринадцать суток, ее компоненты находятся друг от друга на расстоянии всего лишь сорок миллионов километров (в полтора раз меньше радиуса орбиты Меркурия), и большая звезда при этом периодически затмевает черную дыру. При этом сама черная дыра вращается с прецессией (ее ось описывает конус с периодом в 164 суток).
Вещество звезды непрерывно отрывается от ее поверхности и притягивается к черной дыре, формируя вокруг нее пухлый аккреционный диск, который прецессирует вместе с черной дырой. Вещество диска разогревается до десятков тысяч градусов, а сам диск простирается на половину расстояния между черной дырой и звездой, от которого он отрывается.
Раскаленный диск испускает мощный поток излучения, под действием которого часть вещества диска (и немаленькая - десятитысячная часть массы Солнца в год!) не попадает в черную дыру и выстреливается вдоль ее полюсов со скоростью до восьмидесяти тысяч километров в секунду (до скоростей джета квазара, конечно, далеко).

В августе 2018 года было проведено уточнение соотношения масс черной дыры и звезды в SS 433 - примерно 0,7. Масса звезды - около 16 солнечных, черной дыры - около 11 солнечных.

А совсем недавно при исследовании этого микроквазара обнаружилась еще одна интересная деталь.
Достаточно долго исследователи ломали голову над механизмом нагрева прецессирующих джетов - они сохраняли температуру на достаточно большом удалении от квазара, остывая заметно медленнее, чем показывали расчеты их охлаждения излучением.
И выяснилось, что причиной нагрева является интересное обстоятельство - у основания джета в газовом потоке генерируются мощные акустические колебания, распространяющиеся в джете и переносящие вдоль газовой струи энергию, достаточную для ее нагрева.
Вообразите себе этот трубный глас...

Профиль

atandakil_gunze: duque de caxias (Default)
atandakil_gunze

May 2021

M T W T F S S
     12
3456 7 8 9
1011 12 13 14 15 16
17 18 1920212223
24252627282930
31      

За стиль благодарить

Развернуть метки

No cut tags
Page generated Jul. 10th, 2025 10:00 pm
Powered by Dreamwidth Studios