Всем привет! Сегодня 3 часть астрофизики. Тема-вопрос сегодня:
Что происходит, когда гравитация все-таки побеждает и сминает пространство в Чёрную дыру?
Обыватель знает про черные дыры одно: это космический пылесос, оттуда ничего не может вылететь, даже свет. Физика до 1970-х годов думала точно так же. Но потом пришел Стивен Хокинг, соединил квантовую механику с Общей теорией относительности и заявил:
Черные дыры на самом деле светятся и медленно испаряются.
Сегодня мы разберем этот безумный парадокс, заглянем в кипящий квантовый вакуум и поймем, почему черные дыры нарушают законы термодинамики.
ГЛАВА 1. ВАКУУМ - ЭТО НЕ ПУСТОТА
Чтобы понять, как черная дыра может что-то излучать, нам придется спуститься на самый микроскопический уровень реальности. Нам со школы говорили, что вакуум в космосе - это абсолютная пустота, где ничего нет.
Но Квантовая теория поля говорит: нет, вакуум бешено кипит.
Из-за принципа неопределенности Гейзенберга энергия в пространстве не может быть строго равна нулю. Вакуум постоянно флуктуирует. В нем каждую наносекунду из ничего рождаются пары виртуальных частиц и античастиц (например, электрон и позитрон). Они появляются на мгновение, тут же сталкиваются друг с другом (аннигилируют) и исчезают обратно в небытие, возвращая энергию пространству.
Квантовая флуктуация модель
Этот процесс происходит триллионами миллиардов раз везде вокруг нас - прямо сейчас в вашей комнате и в глубоком космосе. Вселенная постоянно берет энергию в долг у квантового поля и тут же её возвращает.
ГЛАВА 2. КВАНТОВОЕ ОГРАБЛЕНИЕ НА КРАЮ БЕЗДНЫ
А теперь представьте, что эта кипящая пара виртуальных частиц рождается не в пустом космосе, а строго на горизонте событий черной дыры - на той самой невидимой границе, откуда уже нет возврата.
Происходит следующее:
Пара частиц разлетается в разные стороны.
Одна частица успевает пересечь горизонт событий и падает внутрь черной дыры.
Вторая частица остается снаружи, в нашем обычном мире!
Поскольку первая частица улетела за точку невозврата, они больше не могут встретиться и аннигилировать. Квантовый долг Вселенной оказывается нарушен: частица снаружи из виртуального призрака внезапно превращается в реальную, осязаемую частицу нашего мира и улетает в космос в виде излучения!
Но откуда Вселенная берет энергию, чтобы сделать эту частицу реальной? Она забирает её у самой черной дыры!
Математически получается, что частица, упавшая внутрь черной дыры, обладает отрицательной энергией с точки зрения внешнего наблюдателя. Она падает на дыру и уменьшает её массу. Это и называется Излучением Хокинга. Черная дыра буквально платит своей собственной массой за то, чтобы родить частицу в наш мир.
Стивен Хокинг
ГЛАВА 3. СМЕРТЕЛЬНЫЙ ФИНАЛ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
Самая интересная часть излучения Хокинга заключается в его термодинамике. В нашей обычной жизни чем больше объект, тем больше тепла он излучает. У черных дыр всё работает шиворот-навыворот.
Чем меньше и худее становится черная дыра, тем сильнее она нагревается и тем быстрее начинает испаряться.
Гигантская черная дыра массой с три Солнца имеет температуру в ничтожные доли Кельвина (она холоднее окружающего космоса) и будет испаряться квадриллионы лет.
Но если взять микроскопическую черную дыру размером с атом (какие могли рождаться в первые секунды Большого взрыва), её температура будет исчисляться миллиардами градусов.
В самом конце своей жизни, когда масса черной дыры падает до критического минимума, процесс испарения превращается в лавину. В последнюю наносекунду своего существования черная дыра выдает колоссальный ядерный взрыв, полностью исчезая из нашей Вселенной и выбрасывая в космос финальный каскад жесткого рентгеновского излучения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Излучение Хокинга - это важнейшая веха в физике, потому что это был первый раз, когда ученым удалось заставить ОТО Эйнштейна (науку о больших объектах) работать вместе с Квантовой механикой (наукой о микромире). Оказывается, даже самые страшные монстры Вселенной, способные пожирать галактики, абсолютно бессильны перед микроскопическим кипением квантового вакуума. Природа всегда находит баланс.
Пост написан мной. Пишите в комментарии, знали ли вы, что черные дыры могут взрываться в конце своей жизни? Всем удачи!
Всем привет! Долгое продолжение согласен, но раньше не мог. Сегодня мы как и всегда, будем саморазвиваться. наша тема-вопрос на сегодня - как квантовая механика работает в масштабах гигантских умерших звезд.
Вы задумывались, почему мы с вами не проваливаемся сквозь пол? Или почему стул под вами держит ваш вес(не массу!!!), а не сжимается в точку под действием гравитации?
В школе нам говорили: «Ну, это потому что атомы имеют электромагнитное отталкивание». НО! На самом деле ткань нашей реальности удерживает от схлопывания один из самых фундаментальных и красивых законов квантового мира - Принцип запрета Паули. Разберемся в этом
ГЛАВА 1. ПРИНЦИП ЭЛЕКТРИЧКИ, ИЛИ КВАНТОВЫЙ КИНOTEАТР
Представьте себе обычную вечернюю электричку или кинотеатр. В ней есть строгие правила: на одном сиденье может сидеть только один человек. Если место занято, вы не можете сесть туда же вторым слоем или на него - вам придется искать другое свободное кресло.
В микромире всё устроено точно так же. Все частицы во Вселенной делятся на два больших клана:
Бозоны
Бозоны - "в тесноте да не в обиде" (например, фотоны света). Им плевать на личные границы, они могут набиваться в одно и то же квантовое состояние миллиардами.
Фермионы - "социофобы". К ним относятся электроны, протоны и нейтроны. Из них соткана вся наша материя.
Вольфганг Паули в 1925 году сформулировал закон:
Два тождественных фермиона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии.
Каждая частица имеет свой паспорт из четырех квантовых чисел (координаты, энергия, момент импульса и спин(направление вращения)). Если у двух электронов первые три числа совпали, их спины обязаны быть противоположными. Если и спин совпал - всё, место занято, поезд ушел, называйте как хотите, но третий электрон в эту квантовую ячейку физически не влезет. Его вытолкнет на более высокий энергетический уровень.
А теперь представьте, что происходит, когда огромная, массивная звезда весом в несколько Солнц сжигает всё свое топливо...
ГЛАВА 2. АНТИСИММЕТРИЯ МАТРИЦ, ИЛИ МАТЕМАТИЧЕСКИЙ БАРИКАДНЫЙ ЩИТ
Обывателю кажется, что выталкивание электронов - это какая-то физическая сила, вроде магнита. Но прикол в том, что никакой силы отталкивания в привычном понимании тут нет. Это чистая геометрия пространства-времени и свойства матриц.
В квантовой механике состояние нескольких частиц описывается общей волновой функциейΨ(Psi). Когда мы имеем дело с фермионами (электронами или нейтронами), их волновая функция должна быть антисимметричной.
Что это значит на языке линала? Если мы меняем местами две одинаковые частицы (переставляем их координаты в пространстве), знак волновой функции обязан поменяться на противоположный:
Ψ(1,2)= —Ψ(2,1)
Чтобы красиво записать такое состояние для огромного количества частиц, физик Джон Слейтер придумал гениальную штуку - детерминант Слейтера (определитель матрицы состояний).
Представьте матрицу, где строки - это сами частицы, а столбцы - это квантовые состояния (векторы нашего Гильбертова базиса), в которых эти частицы могут находиться. Чтобы найти общую волновую функцию системы, нам нужно посчитать определитель (детерминант) этой матрицы.
А теперь включаем базовое правило линейной алгебры: если в матрице есть две одинаковые строки или два одинаковых столбца, её определитель равен НУЛЮ.
Следствие для физики взрывает мозг: если два электрона попытаются занять абсолютно одинаковое квантовое состояние (вектор базиса), строки матрицы станут идентичными. Определитель Ψ мгновенно схлопнется в ноль. А нулевая волновая функция означает, что вероятность существования такой системы во Вселенной равна ровно 0%. Вселенная буквально блокирует это математическим запретом.
Когда гравитация пытается сжать умирающую звезду, она насильно сближает электроны. Но электроны кричат: "Матрица не может быть нулевой!" - можно сказать, посылают гравитацию куда подальше бы и начинают сопротивляться сжатию.
Смерть звезды
Возникает колоссальное давление вырожденного электронного газа. Это не химическая реакция и не термоядерный взрыв. Это физическое давление, порожденное тем, что квантовым векторам базиса просто некуда деваться в пространстве.
ГЛАВА 3. ФИНАЛЬНАЯ БИТВА: ГРАВИТАЦИЯ ПРОТИВ ЛИНАЛА
Пока звезда жива, её от гравитационного схлопывания удерживает термоядерный взрыв внутри - горит водород, выделяется тепло, звезда расширяется. Но когда топливо кончается, звезда остывает и начинает стремительно падать сама на себя.
И вот тут гравитация натыкается на барьер нашего детерминанта Слейтера. Электроны вырождаются, занимают все свободные нижние кресла в электричке(векторы базиса) и намертво встают в распор. Звезда превращается в Белый карлик - объект размером с Землю, но массой с Солнце. Чайная ложка вещества такого карлика весит как грузовик.
Белый карлик
Но у гравитации есть козырь. Если умирающая звезда была изначально очень массивной, её гравитационное поле становится слишком сильным.
В 1930 году 19-летний индийский астрофизик Субраманьян Чандрасекар прямо на корабле по пути в Англию посчитал сумасшедшую вещь. Он соединил теорию относительности Эйнштейна и базис Паули.
Чандрасекар доказал: если масса остывшей звезды превышает 1,44 массы Солнца (этот рубеж назвали Пределом Чандрасекара), то скорость вырожденных электронов, пытающихся убежать на верхние уровни, приближается к скорости света. Физика упирается в релятивистский предел.
Гравитация побеждает линал электронов. Она буквально ломает электронный базис Паули и вдавливает электроны внутрь протонов. Происходит колоссальная вспышка Сверхновой, электроны и протоны сливаются, превращаясь в нейтроны.
ГЛАВА 4. ВТОРОЙ ЭШЕЛОН ОБОРОНЫ
Звезда схлопывается еще сильнее, уменьшаясь с размеров Земли до размеров... небольшого города(всего 10–20 километров в поперечнике). Но она не исчезает!
Почему? Потому что нейтроны - это тоже фермионы. У них есть свой детерминант Слейтера, свой базис Паули и своя электричка. Включается второй эшелон квантовой обороны: давление вырожденного нейтронного газа.
Мы получаем Нейтронную звезду. Плотность там такая, что та самая чайная ложка вещества будет весить уже как гора Эверест.
Пульсар(Вид нейтронной звезды)
Но если звезда была совсем гигантской (тяжелее 3 масс Солнца - предел Оппенгеймера-Волкова), то гравитация ломает и нейтронный базис Паули. В этот момент во Вселенной больше не остается никаких квантовых законов, способных сопротивляться сжатию. Базис Паули уничтожен, определитель окончательно летит в бездну, и пространство-время рвется, образуя Чёрную дыру.
Гарантюа(из фильма Интерстеллар, самая точная модель.)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Наш мир устроен удивительно. Каждый раз, когда вы садитесь на стул и не проваливаетесь сквозь него в центр Земли, знайте: вас держит не электромагнетизм и не жесткость атомов. Вас держит квантовое правило линейной алгебры - запрет матрицы состояний иметь одинаковые строки. А если проще - электроны не любят гравитацию и посылают ее при первой же возможности
Вселенная соткана из геометрии и математических базисов. И даже когда огромные звезды умирают, они до последнего цепляются за эти абстрактные правила вырождения, устраивая титанические битвы против гравитации на просторах космоса.
Пост написан от руки. Мной. Надеюсь, он вам понравился. Пишите в комментарии ваши вопросы, с радостью отвечу. Всем удачи!
Всем привет, давненько не выходило постов т.к. много дел и учеба. Сегодня расскажу про Червоточины, или же как их еще называют Кротовые норы.
ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ
Для начала - что такое червоточины? И не я не буду вам рассказывать просто определение и про лист бумаги. Давайте представим или попытаемся сферу, которая искажает свет вокруг себя, как бы зеркалит и показывает что с той стороны:
Это, пока что, самая точная модель червоточины. а теперь представьте, что шагнув в нее, пренебрегнув всем чем можно, мы окажемся в другом конце вселенной, там, куда человечество не сможет долететь ни за какие сроки. И теперь возникает еще один вопрос - "Как?" КАК вход в одной точке может доставить в другую очень быстро минуя расстояния?
Здесь все начинается от математики. Есть такое понятие как базис - это векторы линейно(в уравнении) независящие друг от друга. И есть Ортогональный базис - это когда эти же векторы направлены перпендикулярно друг другу. У базиса есть правило - сколько векторов, столько же размерность пространства. Все наверняка слышали про 2D или 3D миры. В нашем привычном 3D-мире базис состоит из трех ортогональных векторов: длина, ширина и высота. Зная их, мы можем построить сетку координат и измерить расстояние между любыми точками по не стареющей, надежной теореме Пифагора. Так вот, это 3D мир. Но как мы знаем, наша вселенная 4D, а точнее 3D+t(время). Почему это важно? Потому что если бы наше пространство было идеальным или по другому Евклидовым, то расстояние между точками считалось бы так:
s^2 = x^2 + y^2 + z^2 + t^2.
НО оно считается так:
s^2 = x^2 + y^2 + z^2 - c^2t^2.
И если вы не прогуливали уроки с 1 класса, то наверняка видите минус перед произведением квадрата времени и скорости света. Не пытайтесь вникнуть. Но поймите, что только благодаря этому Червоточина возможна МАТЕМАТИЧЕСКИ.
Также время как и присуще Ортогональному Базису, перпендикулярна остальным 3 векторам.
Не пытайтесь это представить, не сможете.
Просто знайте, что именно из-за этого червоточина математически возможна.
ЧАСТЬ 2. ХИРУРГИЯ ПРОСТРАНСТВА И "НЕДОНАСТРОЙКА" ВСЕЛЕННОЙ
Раз мы выяснили, что наше пространство четырехмерно и математически гибко, физики могут творить с ним настоящие чудеса.
Если очень грубо: ученые берут два куска нашей пространственно-временной сетки, вырезают в них по одной 3D-сфере (помните тот зеркальный шар из начала?) и как бы "сшивают" их границы между собой.
Математически это описывается специальной таблицей чисел - метрическим тензором. Чтобы вас не пугало это название: тензор это те же самые векторы пространства, только он уже состоит из миллиарда если не больше чисел.
Простейший тензор
Это своего рода правила игры, которые определяют, как в конкретной точке Вселенной измеряются расстояния. Внутри червоточины эти правила меняются так, что вы делаете один шаг - и метрика переносит вас за миллиарды световых лет.
Но раз время - это такой же полноценный вектор в нашем базисе, червоточину можно сшить не только в пространстве, но и во времени. И тут начинается та самая "НЕДОНАСТРОЙКА". Для этого нужно всего лишь взять один её вход, погрузить на быстрый космический корабль, покатать на околосветовой скорости и вернуть обратно. Проще некуда. Но именно из-за замедления времени мы получим настоящую машину времени. Шагнув в один вход сегодня, вы выйдете из другого вчера.
Красиво? Безумно. Но именно в этот момент Вселенная включает режим жесткой цензуры. И это не просто словосочетание, а гипотеза Стивена Хокинга. Вселенная не допускает наличие парадоксов, и как бы "цензурит" от наших невинных глаз эту нелепость. И ломается машина времени на простейшей линейной алгебре.
ЧАСТЬ 3. ЭФФЕКТ МИКРОФОНА, ИЛИ БЕСКОНЕЧНО НАРАСТАЮЩИЙ КОСМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР
Забудьте про парадоксы из кино в духе "что будет, если убить своего дедушку". Вселенной плевать на вашего дедушку, она ломается гораздо раньше - на уровне обычного света.
Чтобы понять, как линал уничтожает червоточины, забудьте про космос и представьте школьный актовый зал.
Вспомните этот жуткий, режущий уши писк, когда ведущий с микрофоном подходит слишком близко к звуковой колонке. Что происходит в этот момент?
Микрофон ловит звуковые волны
Передает его на колонку, которая выдает этот же звук, но уже усиленный (в линале это матрица перехода A, которая умножает наш исходный вектор звука).
Микрофон снова ловит этот усиленный звук и отправляет на второй круг
Если колонка работает тихо, звук затухает. Но если громкость выкручена на максимум, волны начинают накладываться друг на друга одновременно. Матрица перехода возводится в бесконечную степень. Происходит мгновенный аудио-взрыв, который сжигает динамики( и ваши уши туда же). В физике это называется акустической обратной связью.
А теперь вернемся к нашей червоточине-машине времени.
Вход в нее - это микрофон, а выход в прошлом - это колонка. Каждую секунду во Вселенной горит свет (исходный вектор v_0, то есть начальная скорость. Этот свет влетает в червоточину, вылетает в прошлом, за наносекунду долетает по "комнате" обратно до входа и снова ныряет в туннель.
Но у гравитации червоточины есть подлое свойство: из-за дикого искривления пространства свет на каждом круге испытывает сильнейшее синее смещение(так по-другому называют Эффект Допплера. Это когда свет под гравитацией начинает искривляться относительно наблюдателя). Гравитация сжимает его волну, работая как космический усилитель. Для многих будет понятна аналогия с магнитом и катушкой - магнит вертится и ходит в роторе, отчего возникает электромагнитное поле которое еще больше его раскручивает.
В терминах линейной алгебры это означает, что наша космическая матрица перехода имеет собственное значение больше единицы (λ > 1)(лямбда больше единицы).
В ту же наносекунду, когда червоточина становится машиной времени, свет начинает крутиться по этой временной петле со скоростью... собственно, света. Миллиарды циклов за мгновение. Матрица возводится в гигантские степени:
lim(n→∞) A^n = ∞
Свет из будущего накладывается на свет из прошлого бесконечное количество раз. Он сам себя дико накачивает энергией, превращая червоточину в смертоносный лазер колоссальной мощности. Компоненты тензора энергии-импульса в этой точке улетают в бесконечность. Математика уходит в сингулярность, вакуум вокруг буквально взрывается, и кротовая нора аннигилирует саму себя мощнейшей вспышкой еще до того, как вы успеете просунуть туда нос.
ЧАСТЬ 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вот так простая линейная алгебра и базовые свойства волновых процессов защищают нашу Вселенную от парадоксов. Природа не строит мысленные барьеры и не запрещает ломать время "просто потому что". Она использует свои фундаментальные законы - сложение векторов, матрицы перехода и энергетический баланс.
Червоточины прекрасны на бумаге в виде уравнений ОТО, но как только мы пытаемся схитрить и обогнать причинность, Вселенная легким движением руки превращает обычный свет в космический лазер самоликвидации.
Вот так Вселенная создаёт шедевры - и сама же в них косячит. Намекая, что никто не идеален. Даже та, что "придумала" пространство, время и запретила нам путешествовать в прошлое
Надеюсь, этот пост порадовал вас и вы узнали что то новое. Буду рад, если вы дадите обратную связь про аналогии.
Сегодня пост о космосе и физике космоса для начинающих. Мы разберём:
Звезды
Галактики
Масштабы вселенной
Темную материю
БЛОК 1: МАСШТАБЫ
У вас было чувство, когда смотрите на звезды, небо, что мы ничтожно малы? Мы - песчинка. И этот довод правильный, смотрите хронологию:
Человек - ~2 метра(0.002 км)
Экваториальный диаметр земли: 12 742 км
Диаметр юпитера 142 984 км
Диаметр солнца: 1 392 700 км.
1 астрономическая единица 149 597 870,7 км
Диаметр солнечной системы ~300 000 000 000 км
1 световой день 25 902 068 371,2 км
1 световой год 9 460 730 472 580,8 км
Парсек 3,08567758149×10^13 км. (30трлн)
Млечный путь 100 000 световых лет
Наблюдаемая вселенная 93 000 000 000 световых ЛЕТ.
Настолько огромна вселенная.
Мы пылинка, на пылинке в пылинке. Но многое мы изучили и знаем, несмотря на наш размер.
БЛОК 2: Звезды.
Звезды - огромные шары зачастую гелия и водорода, горящие за счёт термоядерного синтеза внутри(температура миллионы градусов). Термоядерный синтез это когда более легкия ядра сливаются в тяжелые. Так и горит солнце, водород сливается в гелий выделяя колосальное количество энергии. Из за чего? Ядро гелия чуть легче двух атомов водорода, и при слиянии эта лишняя масса высвобождается ввиде энергии по формуле E=mc^2(формула Энштейна)
Рождение звёзд происходит за счёт сжатия газопылевого облака, в центре которого за счёт сжатия накаляются атомы водорода и начинают сливаться и превращается в гелий. Звезда зажигается. Элементы становятся все тяжелее, по мере термоядерного синтеза. Гелий в кислород, и так далее. Жизнь зависит от спектрального класса звезды: O, B, A, F, G, K, M.
Класс O это звезды светящиеся голубым светом. Температура на поверхности от 30000 К до 60000 К (примерно также и в градусах). Самые коротко живущие звезды - от 1 до 10 млн лет. Из особенность, что большую часть света они изучают в невидимой для нас спектр - ультрафиолет.
Класс B это звезды которые светятся бело-голкбоватым светом. Температура от 10000 до 30000 К. Тоже долго не живут. От 10 до 100 млн
Класс А это звезды светящиеся белым светом. Отлично видны ночью. Температура от 7500 до 10000 К. Светят очень ярко. От 100 млн до 1 млрд лет живучесть.
Класс F светятся желто-белым светом. Температура от 5000 до 7500 К. Живут от 1 до 4 млрд лет
Класс G светятся жёлтым светом. Солнце именно этого класса. Температура от 5000 до 6000 К. Живут уже значительно дольше, около 10 млрд лет
Класс K от 3500 до 5000 К. Оранжевый свет истинный. Живут до 40 млрд лет
Класс M от 2000 до 3500 К. красные. Их особенность что они живут триллионы лет(до 12 трлн)
Существуют также дополнительные классы:
W - звезды Вольфа-Райе. Температура около 70000 К. Очень тяжелые и яркие звезды. Очень интенсивные эмиссионные линии в спектре(эмиссионные линии - это яркие линии в линейчатом спектре излучения, которые испускает нагретый разреженный газ) живут не долго, около 5млн лет
Звезда Вольфа-Райе
L, T, Y это коричневые карлики. Переходные от планеты к звезде. Температура до 2000К. L класс от 1300 до 2000К, присутствуют щелочные металлы(натрий). T класс от 600 до 1300К. Наличие метана. Y класс до 600К, наличие поглощения воды. Им не хватает массивности чтобы начать термоядерный синтез, поэтому их прозвали "несостоявшиеся звезды". Живут тоже триллионы лет.
С это углеродные звезды с повышенным содержанием углерода. Гиганты. Тоже живут до 10 млн лет
S это циркониевые звезды. Повышенное содержание оксида циркония. С той же температурой и что и классы К и М, но краснее. Несколько миллионов лет
D это белые карлики. Мёртвые звезды, которые остывают миллиарды лет.
P это планетарный туманности. Внешняя оболочка звезды, отделяетсч на поздних этапах жизни перед смертью. Яркий пример - туманность М27 гантель. Десятки тысяч лет.
Планетарная туманность М27 Гантель
Q это новые звезды. На поверхности белого карлика происходит термоядерный взрыв, из за того что он перетянул с соседней звезды достаточно вещества. Светимость резко повышается а затем постепенно падает. Вспышка на белом карлике до 2 месяцев.
SN это сверхновые. Взрыв звезды с высвобождением огромного количества энергии. В отличии от класса Q, сама звезда уже уничтожается. Дни-недели. Остаток живёт вечность
Сверхновая
У каждого спектрального класса есть подгруппы(10- от 0 до 9)отвечающие к какой группе ближе звездаи её температура. Чем меньше номер, тем ближе звезда в высшем классу. И соответственно чем больше тем она ближе к низшему классу и холоднее
Ещё существуют классы светимости:
I Сверхгигант
II Яркий гигант
III Гигант
IV Субгигант
V Карлик главной последовательности
VI Субкарлик
VII Белый карлик (мёртвая звезда)
Наше солнце G2V. Попробуйте сами расшифровать это, а в конце блока будет ответ.
Смерть звезды происходит по многим сценариям:
1 это белый карлик. Звезда по типу солнца превращается в красного гиганта, ядро расширяется и оболочка тоже. Например меркурий и венера будут поглощены солнцем а земля пустыней. Затем сбрасывает планетарную туманность(класс P) и ядро начинает белеть, остывая миллиарды лет. Плотность такого вещества 5 тонн на чайную ложку.
2 сверхновые. Если звезда тяжелее солнца в ~10 раз она взорвётся сверхновой. Огромное выделение энергии. После ядро сжимается или в нейтроную звезду, или может сколлапсировать в черную дыру.
Экзотические варианты:
Нейтронная звезда. Ядро сверхновой сжимается до размера города(20км) и протоны и электроны сжимаются в нейтроны. Чайная ложка весит миллиарды тонн. Она может крутится а может нет. Самая быстрая нейтронная звезда - PSR J0537-6910. 710 оборотов в СЕКУНДУ. Почему такая скорость? Потому что огромное сохранение момента импульса. Как фигуристка прижимает руки и крутится быстрее. Живут миллиарды, но могут ожить при перетягивании вещества и прожить дольше. Если пульсар - то замедляется за 100 млн лет. Nasa записали звук пульсара (да я знаю что в космосе звука нет, это радиоволны которые перевели в слышимый диапазон). К сожалению пикабу не предоставило возможность выставлять аудио. Поэтому если так интересно можете перейти и посмотреть: https://zvukogram.com/category/zvuki-pulsarov/?ysclid=mslt0u...
И первый же звук будет самый известным - пульсара PSR B1919+21
Пульсар
Магнетары. Ужас в нейтронной звезде. Магнитное поле в миллиарды раз больше земного. Если бы он был вместо луны он бы вытянул металл из крови всех людей. Гамма всплески Магнетара одни из самых сильных во вселенной. Живёт до 100 тыс лет, потом становится нейтронной звездой.
Черные дыры. Если звезда массивные солнца в ~20 раз, есть шанс что она сколлапсирует в черную дыру. Гравитация становится сильнее всего. Свет не может вырваться из неё, и летает вокруг раскаляясь до безумных температур. Это аккреационный диск черной дыры. Из за него её иногда видно лучше галактики. Горизонт событий это то место где если будет какой то объект он будет там навсегда для нас. Время там замедляется на огромные величины(ОТО И СТО). Живут до 10^100 лет. Вечность.
Двойные системы это примерно половина всех звёзд. Например одна звезда это белый карлик, которая перетягивает вещество с другой звезды. Вызывает термоядерные вспышки.
Также звезды служат и создателями элементов. Все появилось в них в том числе и кислород.
Ответ на характеристику солнца:
G2V — это жёлтая звезда с температурой ~5800 К (G2), которая находится на главной последовательности (V), то есть стабильно сжигает водород.
Звезда Солнце G2V
БЛОК 3: ГАЛАКТИКИ
Галактика это гравитационное системное объединение звёзд, планет, космической пыли, облаков газа и тёмной материи. В центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра.
Черные дыры не всасывают, а удерживают галактики. Как гравтационный якорь в море.
Млечный путь - спиральная галактика, диаметром примерно 100 000 световых лет. В ней находится примерно от 200 до 400 млрд звезд. В центре сверхмассивная черная дыра - Стрелец А, массой 4 млн солнц. Мы находимся в одном из рукавов(ориона), на расстоянии ~26000 световых лет от центра.
Галактика Млечный путь
Бывает 4 вида галактик по классификации Хаббла:
S - спиральные. Форма:плоские, с рукавами. Особенность в том, что в ней много газа и образуются много новых звёзд. Пример: наша галактика млечный путь и соседка андромеда.
Е - эллиптические. Форма: шарообразные, вытянутые. Старые звезды, мало газа. Умирающая галактика. Пример: М87.
Irr - неправильные. У них нет формы. Результат столкновения галактик. Пример: известные Магеллановы Облака, видимые только в южном полушарии
S0 - линзовидные. Форма что то между эллиптическими и спиральными. Диск есть, но рукавов нет. Газа там практически нет, только старые звезды. Скорее всего это были спиральные галактики, которые потеряли ядро. Ngc 3115 "галактика веретено" служит примером.
Проблема: по законам Ньютона галактики должны были разлетется из за быстрого вращения. Но они на месте. Значит, что то невидимое помогает им. Это и есть темная материя. А проблема в том, что мы не можем её обнаружить.
Интересный факт: Большое и Малое Магеллановы Облака постепенно разрушаютсч нашей галактикой
Большое и Малое Магеллановы Облака
БЛОК 4: Темная материя
Темная материя - это вид материи, который из 4 фундаментальных сил ( слабое и сильное взаимодействие, электромагнитное, Гравитация) взаимодействует только с гравитацией. Она не подвержены ни электромагнитное полю, свету.
История предположения
В 1930 астроном Фриц Цвикки увидел, что в созвездие волосы Вероники галактики двигаются слишком быстро, что противоречит законам Ньютона. Они должны были уже разлетется, но они держались. Он предположил, что им что то помогает. Назвал это "скрытая масса"
В 70-х это подтвердили. Вера Рубин измерила скорость вращения галактики и звёзд. По Ньютону звезды на окраине должны вращается медленнее. Но они вращались с такой же скоростью. И вывод был таков, что галактике что то помогает вращатся. Темная материя составляет примерно 27% вселенной.
Гипотезы - из чего может быть темная материя.
Самый популярный кандидат - WIMPs. Тяжелые частицы, практически не взаимодействующие с материей. Эксперименты пока ничего не дали.
Аксионы - сверхлегкие частицы, предсказаные квантовой теорией, пока результатов нет
MACHOs - чёрные дыры, нейтронные звезды, планеты изгои. Нг их очень мало чтобы объяснить тёмную материю.
Стерильные нейтрино - не участвуют в слабом взаимодействии. Активно ищут.
Селектрон. Он может скапливатся в одном месте (конденсат Бозе - Энштейна), поэтому он тоже подходит. Но это частица из теории струн, суперпартнер электрона, поэтому не каждый верит в него.
Гипотетические методы обнаружения тёмной материи:
Гравитационные линзы: Темная материя искривляет свет от далеких объектов
Наблюдение за звездами: движение галактик помогает определить её точное местоположение и насколько сильно она помогает
Космический микроволновой фон: реликтовое излучение показывает распределение массы по ранней вселенной
Эксперименты на земле: БАК работает над этим, и подземные детекторы ищут WIMPs
Темная материя не изучена вообще никак. Это то, что неосязаемо. Недостигаемо. Но мы не сдаемся и совершенствуемся с каждым днем. Даже то, что мы песчинка не остановит нас изучить песочницу.
Надеюсь, данный пост вам понравился и вы захотите посмотреть другие мои работы. Я был бы рад лайку, таким образом вы говорите, что данный формат вам нравится и я буду делать больше подобного.
Текст никак не взаимодействовал с нейросетью, все написано от руки. Вся информация бралась из открытых источников и переформулирована.
