Подписаться

Гравитационный коллапс

Последняя правка сделана 2021-05-22 05:28:11 Править
Сжатие астрономического объекта из-за влияния его собственной гравитации Гравитационный коллапс массивной звезды, в результате чего Сверхновая типа II

Гравитационный коллапс - это сжатие астрономического объекта из-за влияния его собственной гравитации, которая имеет тенденцию притягивать материю внутрь к центр тяжести. Гравитационный коллапс - фундаментальный механизм формирования структуры во Вселенной. Со временем начальное, относительно плавное распределение материи схлопнется, образуя очаги более высокой плотности, обычно создавая иерархию конденсированных структур, таких как скопления галактик, звездные группы, звезды и планеты.

Звезда рождается в результате постепенного гравитационного коллапса облака межзвездной материи. Сжатие, вызванное коллапсом, увеличивает температуру до тех пор, пока в центре звезды не произойдет термоядерный синтез, после чего коллапс постепенно останавливается, поскольку внешнее тепловое давление уравновешивает гравитационное силы. Тогда звезда находится в состоянии динамического равновесия. Как только все ее источники энергии будут исчерпаны, звезда снова схлопнется, пока не достигнет нового состояния равновесия.

Содержание

  • 1 Звездообразование
  • 2 Звездные остатки
    • 2.1 Белый карлик
    • 2.2 Нейтронная звезда
    • 2.3 Черные дыры
      • 2.3.1 Теоретический минимальный радиус звезды
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
  • 5 Внешние ссылки

Звездообразование

Межзвездное облако газа будет оставаться в гидростатическом равновесии до тех пор, пока кинетическая энергия давления газа находится в равновесии с потенциальной энергией внутренней гравитационной силы. Математически это выражается с помощью теоремы вириала, которая утверждает, что для поддержания равновесия гравитационная потенциальная энергия должна равняться удвоенной внутренней тепловой энергии. Если газовый карман достаточно массивен, что давление газа недостаточно, чтобы поддерживать его, облако подвергнется гравитационному коллапсу. Масса, выше которой облако подвергнется такому сжатию, называется массой Джинса. Эта масса зависит от температуры и плотности облака, но обычно составляет от тысяч до десятков тысяч масс Солнца.

Звездные остатки

NGC 6745 обеспечивает достаточно высокую плотность материала, чтобы вызвать звездообразование за счет гравитационного поля. collapse

При так называемой смерти звезды (когда звезда исчерпает запас топлива) она подвергнется сжатию, которое можно остановить, только если она достигнет нового состояния равновесия. В зависимости от массы в течение жизни эти звездные остатки могут принимать одну из трех форм:

Белый карлик

Коллапс ядра звезды в белый карлик происходит в течение десятков тысяч лет, в то время как звезда сдувает свою внешнюю оболочку, образуя планетарная туманность. Если у него есть звезда-компаньон, объект размером с белый карлик может аккрецировать материю от звезды-компаньона. Прежде чем он достигнет предела Чандрасекара (примерно в полтора раза больше массы нашего Солнца, и в этот момент гравитационный коллапс начнется снова), увеличение плотности и температуры внутри углеродно-кислородного белого карлика инициирует новый цикл ядерного синтеза, который не регулируется, потому что вес звезды поддерживается вырождением, а не тепловым давлением, что позволяет температуре расти по экспоненте. Возникающая в результате бегущая углеродная детонация полностью разносит звезду на части в сверхновой типа Ia.

Нейтронная звезда

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса ядра более крупных звезд и являются остатками сверхновых типов Ib, Ic и II. Ожидается, что нейтронные звезды будут иметь оболочку или «атмосферу» из нормальной материи толщиной порядка миллиметра, под которой они почти полностью состоят из плотно упакованных нейтронов (обычно называемых «нейтроний ») с небольшим примешивание свободных электронов и протонов. Эта вырожденная нейтронная материя имеет плотность ~ 4 × 10 кг / м.

Внешний вид звезд, состоящих из экзотической материи и их внутренней слоистой структуры неясно, поскольку любое предложенное уравнение состояния вырожденного вещества является весьма умозрительным. Возможны и другие формы гипотетической вырожденной материи, и возникающие в результате кварковые звезды, странные звезды (тип кварковых звезд) и преонные звезды, если они существует, по большей части была бы неотличима от нейтронной звезды : в большинстве случаев экзотическая материя была бы спрятана под коркой «обычных» вырожденных нейтронов

Черные дыры

Логарифмический график зависимости массы от средней плотности (с солнечными значениями в качестве источника), показывающий возможные типы состояния звездного равновесия. Для конфигурации в заштрихованной области за линией границы черной дыры равновесие невозможно, поэтому коллапс с убегающей скоростью будет неизбежен.

Согласно теории Эйнштейна, даже для более крупных звезд выше предела Ландау – Оппенгеймера – Волкова также известный как предел Толмена-Оппенгеймера-Волкова (примерно вдвое больше массы нашего Солнца), ни одна из известных форм холодной материи не может обеспечить силу, необходимую для противодействия гравитации в новом динамическом равновесии. Следовательно, коллапс продолжается, и ничто не может его остановить.

Смоделированный вид снаружи черной дыры с тонким аккреционным диском

Когда тело коллапсирует в пределах своего радиуса Шварцшильда, оно образует так называемую черную дыру, то есть область пространства-времени от которого не может ускользнуть даже свет. Из общей теории относительности и теоремы Роджера Пенроуза следует, что последующее образование какой-то особенности неизбежно. Тем не менее, согласно гипотезе космической цензуры Пенроуза, сингулярность будет заключена в пределах горизонта событий, ограничивающего черную дыру, поэтому внешняя область пространства-времени будет по-прежнему иметь правильную геометрию с сильная, но конечная кривизна, которая, как ожидается, будет развиваться до довольно простой формы, описываемой исторической метрикой Шварцшильда в сферическом пределе и недавно обнаруженной метрикой Керра, если присутствует угловой момент.

С другой стороны, природа рода особенности следует ожидать внутри черной дыры остается весьма спорным. Согласно теориям, основанным на квантовой механике, на более поздней стадии коллапсирующий объект достигнет максимально возможной плотности энергии для определенного объема пространства или планковской плотности (поскольку нет ничего это может остановить это). Это момент, когда была выдвинута гипотеза, что известные законы гравитации перестают действовать. Существуют конкурирующие теории относительно того, что происходит в этот момент. Например, петлевая квантовая гравитация предсказывает образование звезды Планка. Несмотря на это, утверждается, что на этой стадии гравитационный коллапс прекращается, и поэтому сингулярность не образуется.

Теоретический минимальный радиус звезды

Радиусы нейтронных звезд с большей массой (около 2,8 солнечной массы) оцениваются примерно в 12 км, или примерно в 2,0 раза больше их эквивалентного радиуса Шварцшильда.

Можно подумать, что достаточно массивная нейтронная звезда может существовать в пределах своего радиуса Шварцшильда (1,0 SR) и выглядеть как черная дыра, не имея всей массы, сжатой до сингулярности в центре; однако, вероятно, это неверно. В пределах горизонта событий материя должна будет двигаться наружу быстрее скорости света, чтобы оставаться стабильной и избежать коллапса к центру. Следовательно, никакая физическая сила не может предотвратить коллапс звезды с размером меньше 1.0 SR в сингулярность (по крайней мере, в рамках принятых в настоящее время рамок общей теории относительности ; это неверно для теории Эйнштейна-Янга-Миллса-Дирака. система). Была представлена ​​модель несферического коллапса в общей теории относительности с излучением материи и гравитационных волн.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: mail@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте
Список материалов:
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26