Një vrimë e zezë është një yll neutron, ose më saktë, një vrimë e zezë është një nga varietetet e yjeve neutron.

Një vrimë e zezë, si një yll neutron, përbëhet nga neutrone. Për më tepër, ky nuk është një gaz neutron, në të cilin neutronet janë në gjendje të lirë, por një substancë shumë e dendur me densitetin e një bërthame atomike.

Vrimat e zeza dhe yjet neutron formohen si rezultat i kolapsit gravitacional, kur presioni i gazit në yll nuk mund të balancojë ngjeshjen e tij gravitacionale. Kjo e ngjesh yllin në një madhësi shumë të vogël dhe densitet shumë të lartë, në mënyrë që elektronet të shtrydhen në protone dhe të formohen neutrone.

Vini re se jetëgjatësia mesatare e një neutroni të lirë është rreth 15 minuta (gjysma e jetës është rreth 10 minuta). Prandaj, neutronet në yjet neutron dhe vrimat e zeza mund të jenë vetëm në një gjendje të lidhur, si në bërthamat atomike. Prandaj, një yll neutron dhe një vrimë e zezë janë si një bërthamë atomike me madhësi makroskopike, në të cilën nuk ka protone.

Mungesa e protoneve është një ndryshim midis një vrime të zezë dhe një ylli neutron nga një bërthamë atomike. Dallimi i dytë është për faktin se në bërthamat e zakonshme atomike neutronet dhe protonet janë "ngjitur" me njëri-tjetrin duke përdorur forcat bërthamore (i ashtuquajturi ndërveprim "i fortë"). Dhe në yjet neutronike, neutronet janë "ngjitur së bashku" nga graviteti.

Fakti është se forcat bërthamore gjithashtu kanë nevojë për protone për të "ngjitur" neutronet së bashku. Nuk ka bërthama që përbëhen vetëm nga neutrone. Duhet të ketë të paktën një proton. Dhe për gravitetin, nuk nevojiten protone për të "ngjitur" neutronet së bashku.

Një tjetër ndryshim midis gravitetit dhe forcave bërthamore është se graviteti është një ndërveprim me rreze të gjatë, dhe forcat bërthamore janë një ndërveprim me rreze të shkurtër. Prandaj, bërthamat atomike nuk mund të jenë makroskopike në madhësi. Duke filluar me uraniumin, të gjithë elementët në tabelën periodike kanë bërthama të paqëndrueshme që prishen sepse protonet e ngarkuar pozitivisht sprapsin njëri-tjetrin dhe thyejnë bërthama të mëdha.

Yjet neutron dhe vrimat e zeza nuk e kanë këtë problem, pasi, së pari, forcat gravitacionale janë me rreze të gjatë dhe, së dyti, nuk ka protone të ngarkuar pozitivisht në yjet neutron dhe vrimat e zeza.

Një yll neutron dhe një vrimë e zezë nën ndikimin e forcave gravitacionale kanë formën e një topi, ose më mirë të një elipsoidi rrotullimi, pasi të gjithë yjet neutron (dhe vrimat e zeza) rrotullohen rreth boshtit të tyre. Dhe mjaft shpejt, me periudha rrotullimi prej disa sekondash ose më pak.

Fakti është se yjet neutron dhe vrimat e zeza janë formuar nga yjet e zakonshëm nga ngjeshja e tyre e fortë nën ndikimin e gravitetit. Prandaj, sipas ligjit të ruajtjes së çift rrotullues, ato duhet të rrotullohen shumë shpejt.

A janë të ngurta sipërfaqet e vrimave të zeza dhe yjeve neutron? Jo në kuptimin e një trupi të ngurtë, si një gjendje agregate e materies, por në kuptimin e një sipërfaqeje të pastër të një topi, pa një atmosferë neutron. Me sa duket, po, vrimat e zeza dhe yjet neutron kanë një sipërfaqe të fortë. Atmosfera e neutronit dhe lëngu neutron janë neutrone në gjendje të lirë, që do të thotë se ato duhet të kalbet.

Por kjo nuk do të thotë që nëse, për shembull, hedhim një "produkt" të bërë nga neutronet me densitetin e një bërthame atomike në sipërfaqen e një vrime të zezë ose të një ylli neutron, atëherë ai do të mbetet në sipërfaqen e yllit. Një "produkt" i tillë hipotetik do të "thithet" menjëherë në brendësi të një ylli neutron dhe një vrime të zezë.

Dallimi midis vrimave të zeza dhe yjeve neutron

Graviteti i një vrime të zezë është i tillë që shpejtësia e ikjes në sipërfaqen e saj tejkalon shpejtësinë e dritës. Prandaj, drita nga sipërfaqja e një vrime të zezë nuk mund të ikë përgjithmonë në hapësirën e jashtme. Forcat gravitacionale e kthejnë rrezen e dritës prapa.

Nëse ka një burim drite në sipërfaqen e një vrime të zezë, atëherë fotonet e kësaj drite fillimisht fluturojnë lart, dhe më pas kthehen dhe bien përsëri në sipërfaqen e vrimës së zezë. Ose këto fotone fillojnë të rrotullohen rreth vrimës së zezë në një orbitë eliptike.

Kjo e fundit ndodh në një vrimë të zezë në sipërfaqen e së cilës shpejtësia e parë e ikjes është më e vogël se shpejtësia e dritës. Në këtë rast, fotoni mund të ikë nga sipërfaqja e vrimës së zezë, por ai bëhet një shoqërues i përhershëm i vrimës së zezë.

Është e qartë se të gjitha këto konsiderata vlejnë jo vetëm për dritën e dukshme, por edhe për çdo rrezatim elektromagnetik. Kjo do të thotë, jo vetëm drita e dukshme, por edhe valët e radios, rrezet infra të kuqe, ultravjollcë, rrezet x dhe rrezatimi gama nuk mund të largohen nga një vrimë e zezë. Maksimumi që fotonet e këtyre rrezatimeve dhe valëve mund të bëjnë është të fillojnë të rrotullohen rreth një vrime të zezë nëse për një vrimë të zezë të caktuar shpejtësia e dritës është më e madhe se shpejtësia e parë kozmike në sipërfaqen e yllit.

Kjo është arsyeja pse yjet e tillë neutron quhen "vrima të zeza". Asgjë nuk fluturon nga një vrimë e zezë, por çdo gjë mund të fluturojë brenda. (Ne nuk do të marrim parasysh avullimin e vrimave të zeza për shkak të tunelit kuantik këtu.)

Kjo është, është e qartë se në të vërtetë nuk ka asnjë vrimë në hapësirë ​​atje. Ashtu si nuk ka asnjë vrimë në hapësirë ​​në vendndodhjen e një ylli të zakonshëm neutron ose në vendndodhjen e një ylli të zakonshëm.

Vrimat në hapësirë ​​ekzistojnë vetëm në libra nga shkrimtarë të trillimeve shkencore, botime shkencore popullore dhe programe televizive. Publikimet dhe programet televizive duhet të rikuperojnë financiarisht kostot e tirazhit dhe vlerësimeve. Prandaj, ata duhet t'i habisin emocionalisht lexuesit dhe teleshikuesit e tyre me fakte që nuk mund të verifikohen në nivelin aktual të zhvillimit të shkencës dhe teknologjisë, por që mund të shfaqen në disa modele matematikore. (Publiku laik zakonisht nuk dyshon se modelet matematikore në fizikë janë gjithmonë dytësore, se fizika është një shkencë eksperimentale dhe se modelet matematikore të objekteve fizike priren të ndryshojnë në të ardhmen kur të dhënat e reja eksperimentale bëhen të disponueshme.)

Nëse mund të qëndronim në sipërfaqen e një vrime të zezë, atëherë duke parë lart do të shihnim një pasqyrë të tejdukshme në vend të një qielli me yje. Kjo do të thotë, ne do të shihnim atje si hapësirën përreth (pasi vrima e zezë merr të gjithë rrezatimin që i dërgohet) dhe dritën që kthehet tek ne pa mundur të kapërcejmë gravitetin. Ky rikthim i dritës ka një efekt pasqyre.

Saktësisht e njëjta "pasqyrë" e tejdukshme në sipërfaqen e një vrime të zezë ndodh për llojet e tjera të rrezatimit elektromagnetik (valët e radios, rrezet X, ultravjollcë, etj.)

Ky postim është një përmbledhje për orën e pestë në programin e lëndës së astrofizikës për shkollën e mesme. Ai përmban një përshkrim të shpërthimeve të supernovës, proceset e formimit të yjeve neutron (pulsarët) dhe vrimave të zeza me masë yjore, si të vetme ashtu edhe në çifte yjore. Dhe disa fjalë për xhuxhët kafe.

Së pari, do të përsëris foton që tregon klasifikimin e llojeve të yjeve dhe evolucionin e tyre në varësi të masës së tyre:

1. Shpërthimet e novaeve dhe supernovave.
Djegia e heliumit në thellësi të yjeve përfundon me formimin e gjigantëve të kuq dhe shpërthimet e tyre si e re me arsim xhuxhët e bardhë ose formimi i supergjigantëve të kuq dhe shpërthimet e tyre si supernovat me arsim yjet neutron ose vrimat e zeza, si dhe mjegullnajat nga predha të nxjerra nga këto yje. Shpesh masat e predhave të nxjerra tejkalojnë masat e "mumeve" të këtyre yjeve - yjet neutron dhe vrimat e zeza. Për të kuptuar shkallën e këtij fenomeni, unë do të jap një video të shpërthimit të supernovës 2015F në një distancë prej 50 milionë vitesh dritë nga ne. vitet e galaktikës NGC 2442:

Një shembull tjetër është supernova e vitit 1054 në galaktikën tonë, si rezultat i së cilës Mjegullnaja e Gaforres dhe një yll neutron u formuan në një distancë prej 6.5 mijë vjet dritë nga ne. vjet. Në këtë rast, masa e yllit neutron që rezulton është ~ 2 masa diellore, dhe masa e guaskës së hedhur është ~ 5 masa diellore. Bashkëkohësit vlerësuan shkëlqimin e kësaj supernova të jetë rreth 4-5 herë më i madh se ai i Venusit. Nëse një supernova e tillë shpërtheu një mijë herë më afër (6,5 vite dritë), atëherë ajo do të shkëlqente në qiellin tonë 4000 herë më e ndritshme se Hëna, por njëqind herë më e zbehtë se Dielli.

2. Yjet neutron.
Yjet e masave të mëdha (klasa O, B, A) pasi hidrogjeni digjet në helium dhe gjatë procesit të djegies së heliumit kryesisht në karbon, oksigjeni dhe azoti hyjnë në një fazë mjaft të shkurtër supergjigant i kuq dhe pas përfundimit të ciklit helium-karbon, ata gjithashtu e lëshojnë guaskën dhe ndizen si "Supernova". Thellësitë e tyre janë gjithashtu të ngjeshura nën ndikimin e gravitetit. Por presioni i gazit elektronik të degjeneruar nuk mund të ndalojë më, si te xhuxhët e bardhë, këtë vetë-ngjeshje gravitacionale. Prandaj, temperatura në thellësitë e këtyre yjeve rritet dhe në to fillojnë të ndodhin reaksione termonukleare, si rezultat i të cilave formohen elementët e mëposhtëm të tabelës periodike. Deri në gjëndër.

Pse para hekurit? Sepse formimi i bërthamave me numër të lartë atomik nuk përfshin çlirimin e energjisë, por thithjen e saj. Por marrja e tij nga bërthamat e tjera nuk është aq e lehtë. Sigurisht, elemente me numër të lartë atomik formohen në thellësi të këtyre yjeve. Por në sasi shumë më të vogla se hekuri.

Por më pas evolucioni ndahet. Yje jo shumë masive (klasa A dhe pjesërisht NË) kthehet në yjet neutron. Në të cilin elektronet janë shtypur fjalë për fjalë në protone dhe pjesa më e madhe e trupit të yllit shndërrohet në një bërthamë të madhe neutron. Përbëhet nga neutrone të zakonshme që prekin dhe madje shtypen në njëri-tjetrin. Dendësia e substancës është rreth disa miliardë tonë për centimetër kub. Një tipike diametri i yllit neutron- rreth 10-20 kilometra. Një yll neutron është lloji i dytë i qëndrueshëm i "mumës" së një ylli të vdekur. Masat e tyre zakonisht variojnë nga rreth 1.3 deri në 2.1 masa diellore (sipas të dhënave të vëzhgimit).

Yjet e vetëm neutron janë pothuajse të pamundur për t'u parë optikisht për shkak të shkëlqimit të tyre jashtëzakonisht të ulët. Por disa prej tyre e gjejnë veten si pulsarët. Çfarë është ajo? Pothuajse të gjithë yjet rrotullohen rreth boshtit të tyre dhe kanë një fushë magnetike mjaft të fortë. Për shembull, Dielli ynë rrotullohet rreth boshtit të tij në rreth një muaj.

Tani imagjinoni që diametri i tij do të ulet njëqind mijë herë. Është e qartë se, falë ligjit të ruajtjes së momentit këndor, ai do të rrotullohet shumë më shpejt. Dhe fusha magnetike e një ylli të tillë pranë sipërfaqes së tij do të jetë shumë herë më e fortë se ajo diellore. Shumica e yjeve neutron kanë një periudhë rrotullimi rreth boshtit të tyre prej të dhjetave deri në të qindtat e sekondës. Nga vëzhgimet dihet se pulsari rrotullues më i shpejtë bën pak më shumë se 700 rrotullime rreth boshtit të tij në sekondë, dhe ai që rrotullohet më ngadalë bën një rrotullim në më shumë se 23 sekonda.

Tani imagjinoni që boshti magnetik i një ylli të tillë, si ai i Tokës, nuk përkon me boshtin e rrotullimit. Rrezatimi i fortë nga një yll i tillë do të përqendrohet në kone të ngushta përgjatë boshtit magnetik. Dhe nëse ky kon "prek" Tokën me periudhën e rrotullimit të yllit, atëherë ne do ta shohim këtë yll si një burim pulsues rrezatimi. Si një elektrik dore që rrotullohet nga dora jonë.

Një pulsar i tillë (yll neutron) u formua pas një shpërthimi të supernovës në 1054, i cili ndodhi pikërisht gjatë vizitës së Kardinalit Humbert në Kostandinopojë. Si rezultat, pati një ndërprerje përfundimtare midis kishës katolike dhe asaj ortodokse. Vetë ky pulsar bën 30 rrotullime në sekondë. Dhe guaska që ajo hodhi me një masë prej ~ 5 masa diellore duket si Mjegullnaja e Gaforres:

3. Vrimat e zeza (masat yjore).
Më në fund, yje mjaft masive (klasa RRETH dhe pjesërisht NË) përfundojnë udhëtimin e tyre jetësor me llojin e tretë të "mumjes" - vrima e zezë. Një objekt i tillë lind kur masa e një mbetjeje yjore është aq e madhe sa presioni i kontaktit të neutroneve (presioni i një gazi neutron të degjeneruar) në thellësi të kësaj mbetjeje nuk mund t'i rezistojë vetë-ngjeshjes së tij gravitacionale. Vëzhgimet tregojnë se kufiri i masës midis yjeve neutron dhe vrimave të zeza shtrihet në afërsi të masës ~ 2.1 diellore.

Është e pamundur të vëzhgosh drejtpërdrejt një vrimë të zezë të vetme. Sepse asnjë grimcë nuk mund të shpëtojë nga sipërfaqja e saj (nëse ekziston). Edhe një grimcë drite është një foton.

4. Yjet neutron dhe vrimat e zeza në sistemet yjore binare.
Yjet e vetëm neutron dhe vrimat e zeza me masë yjore janë praktikisht të pavëzhgueshme. Por në rastet kur ata janë një nga dy ose më shumë yje në sisteme të afërta yjore, vëzhgime të tilla bëhen të mundshme. Sepse me gravitetin e tyre ata mund të "thithin" guaskat e jashtme të fqinjëve të tyre, të cilët ende mbeten yje normalë.

Me këtë "thithje" rreth një ylli neutron ose vrime të zezë, a disku shtues, lënda e së cilës pjesërisht "rrëshqet" drejt një ylli neutron ose vrime të zezë dhe pjesërisht hidhet larg prej tij në dy pjesë. avionëve. Ky proces mund të regjistrohet. Një shembull është sistemi binar i yjeve në SS433, një komponent i të cilit është ose një yll neutron ose një vrimë e zezë. Dhe i dyti është akoma një yll i zakonshëm:

5. Xhuxhët kafe.
Yjet me masë dukshëm më të vogël se masa diellore dhe deri në 0,08 masa diellore janë xhuxhë të kuq të klasës M Ata do të veprojnë në ciklin hidrogjen-helium për një kohë më të madhe se mosha e Universit. Në objektet me masë më të vogël se ky kufi, për një sërë arsyesh, një shkrirje termonukleare e palëvizshme afatgjatë nuk është e mundur. Yje të tillë quhen xhuxhë kafe. Temperatura e sipërfaqes së tyre është aq e ulët sa janë pothuajse të padukshme në optikë. Por ata shkëlqejnë në rrezen infra të kuqe. Për kombinimin e këtyre arsyeve, ato shpesh quhen nënyje.

Gama e masës së xhuxhëve kafe është nga 0,012 në 0,08 masa diellore. Objektet me një masë më të vogël se 0,012 masa diellore (~ 12 masa të Jupiterit) mund të jenë vetëm planetë. Gjigantët e gazit. Për shkak të vetë-ngjeshjes së ngadaltë gravitacionale, ata rrezatojnë dukshëm më shumë energji sesa marrin nga yjet e tyre prindër. Kështu, Jupiteri, bazuar në shumën e të gjitha vargjeve, lëshon afërsisht dy herë më shumë energji sesa merr nga Dielli.

Çfarë ka ndodhur vrima e zezë? Pse quhet e zezë? Çfarë ndodh në yje? Si lidhen një yll neutron dhe një vrimë e zezë? A është i aftë Large Hadron Collider të krijojë vrima të zeza dhe çfarë do të thotë kjo për ne?

Çfarë ka ndodhur yll??? Nëse nuk e dini ende, Dielli ynë është gjithashtu një yll. Ky objekt i madh është i aftë të lëshojë valë elektromagnetike duke përdorur shkrirjen termonukleare (ky nuk është përkufizimi më i saktë). Nëse nuk është e qartë, mund të themi këtë: një yll është një objekt i madh sferik, brenda të cilit, me ndihmën e reaksioneve bërthamore, gjenerohet një sasi shumë, shumë, shumë e madhe energjie, një pjesë e së cilës përdoret për të emetuar. dritë e dukshme. Përveç dritës së zakonshme, lëshohen nxehtësi (rrezatim infra të kuq), valë radio, ultravjollcë, etj.

Reaksionet bërthamore ndodhin në çdo yll në të njëjtën mënyrë si në termocentralet bërthamore, me vetëm dy dallime kryesore.

1. Reaksionet e shkrirjes bërthamore ndodhin në yje, domethënë në kombinimin e bërthamave dhe në termocentralet bërthamore – prishje bërthamore. Në rastin e parë, çlirohet 3 herë më shumë energji, mijëra herë më pak kosto, pasi nevojitet vetëm hidrogjen dhe është relativisht i lirë. Gjithashtu, në rastin e parë nuk ka mbeturina të dëmshme: lëshohet vetëm helium i padëmshëm. Tani, sigurisht, po pyesni veten pse reagime të tilla nuk përdoren në termocentralet bërthamore? Sepse është i PAKONTROLLUAR dhe çon lehtësisht në një shpërthim bërthamor dhe ky reagim kërkon një temperaturë prej disa milionë gradë. Për njerëzit, shkrirja bërthamore është detyra më e rëndësishme dhe më e vështirë (askush nuk ka gjetur ende një mënyrë për të kontrolluar shkrirjen termonukleare), duke qenë se burimet tona të energjisë po mbarojnë.

2. Në yje, më shumë lëndë përfshihet në reaksione sesa në termocentralet bërthamore dhe, natyrisht, ka më shumë prodhim energjie atje.

Tani për evolucionin e yjeve. Çdo yll lind, rritet, plaket dhe vdes (shuar). Bazuar në stilin e tyre evolucionar, yjet ndahen në tre kategori në varësi të masës së tyre.

Kategoria e parë – yjet me masë më të vogël se 1.4 * Masa e Diellit. Në yje të tillë, i gjithë "karburanti" ngadalë kthehet në metal, sepse për shkak të shkrirjes (kombinimit) të bërthamave, shfaqen gjithnjë e më shumë elementë "shumëbërthamorë" (të rëndë), dhe këto janë metale. Vërtetë, faza e fundit e evolucionit të yjeve të tillë nuk është regjistruar (është e vështirë të zbulohen topa metalikë), kjo është vetëm një teori.

Kategoria e dytë – yje në masë që tejkalojnë masën e yjeve të kategorisë së parë, por më pak se tre masa diellore. Si rezultat i evolucionit, yje të tillë humbasin ekuilibrin e forcave të brendshme të tërheqjes dhe zmbrapsjes. Si rezultat, guaska e tyre e jashtme hidhet në hapësirë ​​dhe guaska e brendshme (nga ligji i ruajtjes së momentit) fillon të tkurret "në mënyrë të furishme". Formohet një yll neutron. Ai përbëhet pothuajse tërësisht nga neutrone, domethënë grimca që nuk kanë ngarkesë elektrike. Gjëja më e jashtëzakonshme për një yll neutron – kjo është dendësia e tij, sepse për t'u bërë neutron, një yll duhet të tkurret në një top me një diametër prej vetëm rreth 300 km, dhe kjo është shumë e vogël. Pra, dendësia e tij është shumë e lartë - rreth dhjetëra triliona kg në një metër kub, që është miliarda herë më e madhe se dendësia e substancave më të dendura në Tokë. Nga erdhi kjo densitet? Fakti është se të gjitha substancat në Tokë përbëhen nga atome, të cilat nga ana tjetër përbëhen nga bërthama. Çdo atom mund të imagjinohet si një top i madh bosh (absolutisht i zbrazët), në qendër të të cilit ka një bërthamë të vogël. Bërthama përmban të gjithë masën e atomit (përveç bërthamës, atomi përmban vetëm elektrone, por masa e tyre është shumë e vogël). Diametri i bërthamës është 1000 herë më i vogël se një atom. Kjo do të thotë që vëllimi i bërthamës është 1000*1000*1000 = 1 miliard herë më i vogël se një atom. Prandaj, dendësia e bërthamës është miliarda herë më e madhe se dendësia e atomit. Çfarë ndodh në një yll neutron? Atomet pushojnë së ekzistuari si një formë e materies, ato zëvendësohen me bërthama. Kjo është arsyeja pse dendësia e yjeve të tillë është miliarda herë më e madhe se dendësia e substancave tokësore.

Të gjithë e dimë se objektet e rënda (planetet, yjet) tërheqin fuqishëm gjithçka rreth tyre. Yjet neutron zbulohen në këtë mënyrë. Ata përkulin shumë orbitat e yjeve të tjerë të dukshëm aty pranë.

Kategoria e tretë e yjeve – yje me masë më të madhe se trefishi i masës së Diellit. Yje të tillë, pasi janë bërë neutron, ngjeshen më tej dhe shndërrohen në vrima të zeza. Dendësia e tyre është dhjetëra mijëra herë më e madhe se dendësia e yjeve neutron. Duke pasur një densitet kaq të madh, një vrimë e zezë fiton aftësinë e gravitetit shumë të fortë (aftësia për të tërhequr trupat përreth). Me një gravitet të tillë, ylli nuk lejon që edhe valët elektromagnetike, e për rrjedhojë edhe drita, të largohen nga kufijtë e saj. Kjo do të thotë, një vrimë e zezë nuk lëshon dritë. Mungesa e çdo drite – Kjo është errësira, prandaj një vrimë e zezë quhet e zezë. Është gjithmonë i zi dhe nuk mund të shihet me asnjë teleskop. Të gjithë e dinë se për shkak të gravitetit të tyre, vrimat e zeza janë të afta të thithin në të gjithë trupat përreth në një vëllim të madh. Kjo është arsyeja pse njerëzit janë të kujdesshëm për lëshimin e Përplasësit të Madh të Hadronit, në punën e të cilit, sipas shkencëtarëve, është e mundur shfaqja e mikrovrimave të zeza. Megjithatë, këto mikrovrima janë shumë të ndryshme nga ato të zakonshmet: ato janë të paqëndrueshme sepse jetëgjatësia e tyre është shumë e shkurtër dhe nuk janë vërtetuar praktikisht. Për më tepër, shkencëtarët pohojnë se këto mikrovrima kanë një natyrë krejtësisht të ndryshme nga vrimat e zeza të zakonshme dhe nuk janë të afta të thithin lëndën.

blog.site, kur kopjoni materialin plotësisht ose pjesërisht, kërkohet një lidhje me burimin origjinal.

Llogaritjet tregojnë se gjatë një shpërthimi supernova me M ~ 25M, mbetet një bërthamë e dendur neutron (yll neutron) me një masë prej ~ 1.6M. Në yjet me masë të mbetur M > 1.4 M që nuk kanë arritur në fazën e supernovës, presioni i gazit elektronik të degjeneruar gjithashtu nuk është në gjendje të balancojë forcat gravitacionale dhe ylli është i ngjeshur në një gjendje densiteti bërthamor. Mekanizmi i këtij kolapsi gravitacional është i njëjtë si gjatë një shpërthimi supernova. Presioni dhe temperatura brenda yllit arrijnë vlera të tilla në të cilat elektronet dhe protonet duket se janë "të shtypur" në njëri-tjetrin dhe si rezultat i reaksionit

pas emetimit të neutrinos, formohen neutronet, duke zënë një vëllim fazor shumë më të vogël se elektronet. Shfaqet një yll i ashtuquajtur neutron, dendësia e të cilit arrin 10 14 - 10 15 g/cm 3 . Madhësia karakteristike e një ylli neutron është 10 - 15 km. Në një kuptim, një yll neutron është një bërthamë atomike gjigante. Kompresimi i mëtejshëm gravitacional parandalohet nga presioni i lëndës bërthamore që lind për shkak të ndërveprimit të neutroneve. Ky është gjithashtu presioni i degjenerimit, si më parë në rastin e një xhuxhi të bardhë, por është presioni i degjenerimit të një gazi neutron shumë më të dendur. Ky presion është në gjendje të mbajë masa deri në 3.2M.
Neutrinot e prodhuara në momentin e kolapsit ftohin yllin neutron mjaft shpejt. Sipas vlerësimeve teorike, temperatura e tij bie nga 10 11 në 10 9 K në një kohë prej ~ 100 s. Më tej, shkalla e ftohjes zvogëlohet pak. Megjithatë, ajo është mjaft e lartë në një shkallë astronomike. Një ulje e temperaturës nga 10 9 në 10 8 K ndodh në 100 vjet dhe në 10 6 K në një milion vjet. Zbulimi i yjeve neutron duke përdorur metoda optike është mjaft i vështirë për shkak të madhësisë së tyre të vogël dhe temperaturës së ulët.
Në vitin 1967, në Universitetin e Kembrixhit, Hewish dhe Bell zbuluan burime kozmike të rrezatimit elektromagnetik periodik - pulsarët. Periudhat e përsëritjes së pulsit të shumicës së pulsarëve shtrihen në intervalin nga 3,3·10 -2 deri në 4,3 s. Sipas koncepteve moderne, pulsarët janë yje neutrone rrotulluese me një masë prej 1 - 3 M dhe një diametër prej 10 - 20 km. Vetëm objektet kompakte me vetitë e yjeve neutron mund të ruajnë formën e tyre pa u shembur me shpejtësi të tilla rrotulluese. Ruajtja e momentit këndor dhe fushës magnetike gjatë formimit të një ylli neutron çon në lindjen e pulsarëve me rrotullim të shpejtë me një fushë magnetike të fortë B ~ 10 12 G.
Besohet se një yll neutron ka një fushë magnetike, boshti i së cilës nuk përkon me boshtin e rrotullimit të yllit. Në këtë rast, rrezatimi i yllit (valët e radios dhe drita e dukshme) rrëshqet nëpër Tokë si rrezet e një fari. Kur rrezja kalon Tokën, regjistrohet një puls. Rrezatimi nga një yll neutron vetë ndodh për shkak të faktit se grimcat e ngarkuara nga sipërfaqja e yllit lëvizin jashtë përgjatë vijave të fushës magnetike, duke lëshuar valë elektromagnetike. Ky mekanizëm i emetimit të radios pulsar, i propozuar për herë të parë nga Gold, është paraqitur në Fig. 39.

Nëse një rreze rrezatimi godet një vëzhgues në tokë, teleskopi radio zbulon impulse të shkurtra të emetimit të radios me një periudhë të barabartë me periudhën e rrotullimit të yllit neutron. Forma e pulsit mund të jetë shumë komplekse, e cila përcaktohet nga gjeometria e magnetosferës së yllit neutron dhe është karakteristikë për çdo pulsar. Periudhat e rrotullimit të pulsarëve janë rreptësisht konstante dhe saktësia e matjes së këtyre periudhave arrin shifrat 14-shifrore.
Aktualisht, pulsarët që janë pjesë e sistemeve binare janë zbuluar. Nëse pulsari rrotullohet rreth komponentit të dytë, atëherë duhet të vërehen ndryshime në periudhën e pulsarit për shkak të efektit Doppler. Kur pulsari i afrohet vëzhguesit, periudha e regjistruar e pulseve të radios zvogëlohet për shkak të efektit Doppler, dhe kur pulsari largohet nga ne, periudha e tij rritet. Në bazë të këtij fenomeni u zbuluan pulsarët që janë pjesë e yjeve të dyfishtë. Për pulsarin e parë të zbuluar PSR 1913 + 16, i cili është pjesë e një sistemi binar, periudha orbitale ishte 7 orë 45 minuta. Periudha orbitale natyrore e pulsarit PSR 1913 + 16 është 59 ms.
Rrezatimi i pulsarit duhet të çojë në një ulje të shpejtësisë së rrotullimit të yllit neutron. Ky efekt u gjet gjithashtu. Një yll neutron që është pjesë e një sistemi binar mund të jetë gjithashtu një burim i rrezatimit intensiv të rrezeve X.
Struktura e një ylli neutron me një masë prej 1.4M dhe një rreze prej 16 km është paraqitur në Fig. 40.

I është një shtresë e hollë e jashtme e atomeve të mbushura dendur. Në rajonet II dhe III, bërthamat janë rregulluar në formën e një rrjete kubike me qendër trupin. Rajoni IV përbëhet kryesisht nga neutrone. Në rajonin V, lënda mund të përbëhet nga pione dhe hiperone, duke formuar bërthamën hadronike të një ylli neutron. Aktualisht janë duke u sqaruar disa detaje të strukturës së një ylli neutron.
Formimi i yjeve neutron nuk është gjithmonë pasojë e një shpërthimi supernova. Një tjetër mekanizëm i mundshëm për formimin e yjeve neutron gjatë evolucionit të xhuxhëve të bardhë në sistemet e afërta yjore binare. Rrjedha e materies nga ylli shoqërues mbi xhuxhin e bardhë gradualisht rrit masën e xhuxhit të bardhë dhe me arritjen e një mase kritike (kufiri Chandrasekhar), xhuxhi i bardhë shndërrohet në një yll neutron. Në rastin kur rrjedha e materies vazhdon pas formimit të një ylli neutron, masa e tij mund të rritet ndjeshëm dhe, si rezultat i kolapsit gravitacional, mund të kthehet në një vrimë të zezë. Kjo korrespondon me të ashtuquajturin kolaps "të heshtur".
Yjet kompakte binare mund të shfaqen gjithashtu si burime të rrezatimit me rreze X. Ajo lind gjithashtu për shkak të grumbullimit të materies që bie nga një yll "normal" në një yll më kompakt. Kur lënda grumbullohet në një yll neutron me B > 10 10 G, lënda bie në rajonin e poleve magnetike. Rrezatimi me rreze X modulohet nga rrotullimi i tij rreth boshtit të tij. Burime të tilla quhen pulsare me rreze X.
Ka burime të rrezeve X (të quajtura shpërthyese) në të cilat shpërthimet e rrezatimit ndodhin periodikisht në intervale prej disa orësh në një ditë. Koha karakteristike e ngritjes së shpërthimit është 1 sekondë. Kohëzgjatja e shpërthimit është nga 3 deri në 10 sekonda. Intensiteti në momentin e shpërthimit mund të jetë 2-3 rend magnitudë më i lartë se ndriçimi në një gjendje të qetë. Aktualisht, disa qindra burime të tilla janë të njohura. Besohet se shpërthimet e rrezatimit ndodhin si rezultat i shpërthimeve termonukleare të lëndës së grumbulluar në sipërfaqen e një ylli neutron si rezultat i grumbullimit.
Dihet mirë se në distanca të vogla ndërmjet nukleoneve (< 0.3·10 -13 см) ядерные силы притяжения сменяются силами оттал-кивания, т. е. противодействие ядерного вещества на малых расстояниях сжимающей силе тяготения увеличивается. Если плотность вещества в центре нейтронной звезды превышает ядерную плотность ρ яд и достигает 10 15 г/см 3 , то в центре звезды наряду с нуклонами и электронами образуются также мезоны, гипероны и другие более массивные частицы. Исследования поведения вещества при плотностях, превышающих ядерную плотность, в настоящее время находятся в начальной стадии и имеется много нерешенных проблем. Расчеты показывают, что при плотностях вещества ρ >ρ helmojnë procese të tilla si shfaqja e një kondensate pioni, kalimi i një lënde të neutronizuar në një gjendje të ngurtë kristalore dhe formimi i plazmës hiperon dhe kuark-gluon janë të mundshme. Formimi i gjendjeve superfluide dhe superpërcjellëse të materies neutron është i mundur.
Në përputhje me idetë moderne për sjelljen e materies në densitet 10 2 - 10 3 herë më të larta se ato bërthamore (domethënë, dendësi të tilla diskutohen kur diskutohet struktura e brendshme e një ylli neutron), bërthamat atomike formohen brenda yllit afër qëndrueshmërisë. limit. Një kuptim më i thellë mund të arrihet duke studiuar gjendjen e materies në varësi të densitetit, temperaturës, qëndrueshmërisë së lëndës bërthamore në raportet ekzotike të numrit të protoneve me numrin e neutroneve në bërthamën n p / n n , duke marrë parasysh proceset e dobëta që përfshijnë neutrinot . Aktualisht, praktikisht e vetmja mundësi për të studiuar lëndën në densitet më të larta se ato bërthamore janë reaksionet bërthamore midis joneve të rënda. Sidoqoftë, të dhënat eksperimentale për përplasjet e joneve të rënda ende ofrojnë informacion të pamjaftueshëm, pasi vlerat e arritshme të n p / n n si për bërthamën e synuar ashtu edhe për bërthamën e përshpejtuar të incidentit janë të vogla (~ 1 - 0,7).
Matjet e sakta të periudhave të radio pulsarëve kanë treguar se shpejtësia e rrotullimit të yllit neutron gradualisht po ngadalësohet. Kjo është për shkak të kalimit të energjisë kinetike të rrotullimit të yllit në energjinë e rrezatimit të pulsarit dhe emetimit të neutrinos. Ndryshimet e vogla të papritura në periudhat e radio pulsarëve shpjegohen me akumulimin e stresit në shtresën sipërfaqësore të yllit neutron, i shoqëruar nga "plasaritje" dhe "thyerje", gjë që çon në një ndryshim në shpejtësinë e rrotullimit të yllit. Karakteristikat kohore të vëzhguara të radio pulsarëve përmbajnë informacion në lidhje me vetitë e "kores" së yllit neutron, kushtet fizike brenda tij dhe mbifluiditetin e lëndës neutronike. Kohët e fundit, janë zbuluar një numër i konsiderueshëm radiopulsarësh me perioda më pak se 10 ms. Kjo kërkon sqarimin e ideve rreth proceseve që ndodhin në yjet neutronike.
Një problem tjetër është studimi i proceseve të neutrinos në yjet neutronike. Emetimi i neutrinos është një nga mekanizmat me anë të të cilit një yll neutron humbet energjinë brenda 10 5 - 10 6 vjet pas formimit të tij.

“Mbetjet e bërthamës së shpërthyer njihen si një yll neutron. Yjet neutron rrotullohen shumë shpejt, duke lëshuar dritë dhe valë radio që, kur kalojnë pranë Tokës, duken si drita e një fener kozmik.

Luhatjet në shkëlqimin e këtyre valëve i bënë astronomët t'i quanin yje të tillë pulsarë. Pulsarët më të shpejtë rrotullohen me një shpejtësi prej gati 1000 rrotullimesh në sekondë." (1)

“Deri më sot janë hapur më shumë se dyqind. Duke regjistruar rrezatimin e pulsarëve në frekuenca të ndryshme por të ngjashme, ishte e mundur të përcaktohej distanca ndaj tyre nga vonesa e sinjalit në një gjatësi vale më të madhe (duke supozuar një densitet të caktuar të plazmës në mjedisin ndëryjor). Doli se të gjithë pulsarët janë të vendosur në distanca nga 100 deri në 25,000 vite dritë, d.m.th., ata i përkasin galaktikës sonë, duke u grupuar pranë rrafshit të Rrugës së Qumështit (Fig. 7). (2)

Vrimat e zeza

“Nëse një yll ka dyfishin e masës së Diellit, atëherë në fund të jetës së tij ylli mund të shpërthejë si një supernova, por nëse masa e materialit të mbetur pas shpërthimit është akoma më e madhe se dyfishi i Diellit, atëherë ylli duhet të kolapsi në një trup të vogël të dendur, pasi forcat gravitacionale shtypin plotësisht çdo rezistencë ndaj ngjeshjes. Shkencëtarët besojnë se është në këtë moment që një kolaps gravitacional katastrofik çon në shfaqjen e një vrime të zezë. Ata besojnë se me përfundimin e reaksioneve termonukleare, ylli nuk mund të jetë më në një gjendje të qëndrueshme. Pastaj për një yll masiv mbetet një rrugë e pashmangshme: rruga e kompresimit (kolapsit) të përgjithshëm dhe të plotë, duke e kthyer atë në një vrimë të zezë të padukshme.

Në vitin 1939, R. Oppenheimer dhe studenti i tij i diplomuar Snyder në Universitetin e Kalifornisë (Berkeley) u angazhuan në sqarimin e fatit përfundimtar të një mase të madhe materie të ftohtë. Një nga pasojat më mbresëlënëse të teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit doli të ishte si vijon: kur një masë e madhe fillon të shembet, ky proces nuk mund të ndalet dhe masa shembet në një vrimë të zezë. Nëse, për shembull, një yll simetrik jo rrotullues fillon të tkurret në një madhësi kritike të njohur si rrezja gravitacionale, ose rrezja e Schwarzschild (e quajtur sipas Karl Schwarzschild, i cili vuri në dukje i pari ekzistencën e tij). Nëse një yll arrin këtë rreze, atëherë asgjë nuk mund ta pengojë atë të përfundojë kolapsin e tij, domethënë, fjalë për fjalë të mbyllet në vetvete.

Cilat janë vetitë fizike të "vrimave të zeza" dhe si presin shkencëtarët t'i zbulojnë këto objekte? Shumë shkencëtarë i kanë menduar këto pyetje; Janë marrë disa përgjigje që mund të ndihmojnë në kërkimin e objekteve të tilla.

Vetë emri - vrimat e zeza - sugjeron se kjo është një klasë e objekteve që nuk mund të shihen. Fusha e tyre gravitacionale është aq e fortë sa nëse disi do të ishte e mundur t'i afroheshim një vrime të zezë dhe ta drejtonim rrezen e prozhektorit më të fuqishëm larg sipërfaqes së saj, atëherë do të ishte e pamundur të shihej ky prozhektues edhe nga një distancë që nuk e kalon distancën. nga Toka në Diell. Në të vërtetë, edhe sikur të mund ta përqendronim të gjithë dritën e Diellit në këtë qendër të fuqishme, nuk do ta shihnim atë, pasi drita nuk do të ishte në gjendje të kapërcejë ndikimin e fushës gravitacionale të vrimës së zezë mbi të dhe të largohet nga sipërfaqja e saj. Kjo është arsyeja pse një sipërfaqe e tillë quhet horizonti absolut i ngjarjeve. Ai përfaqëson kufirin e një vrime të zezë.

Shkencëtarët vërejnë se këto objekte të pazakonta nuk janë të lehta për t'u kuptuar ndërkohë që mbeten brenda kornizës së ligjit të gravitetit të Njutonit. Pranë sipërfaqes së një vrime të zezë, graviteti është aq i fortë sa ligjet e zakonshme Njutoniane pushojnë së zbatuari këtu. Ato duhet të zëvendësohen nga ligjet e teorisë së përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit. Sipas një prej tre pasojave të teorisë së Ajnshtajnit, kur drita largohet nga një trup masiv, ai duhet të përjetojë një zhvendosje të kuqe, pasi humbet energjinë për të kapërcyer fushën gravitacionale të yllit. Rrezatimi që vjen nga një yll i dendur si sateliti xhuxh i bardhë i Sirius A është vetëm pak i zhvendosur në të kuqe. Sa më i dendur të jetë ylli, aq më i madh është ky zhvendosje, kështu që asnjë rrezatim në rajonin e dukshëm të spektrit nuk do të vijë nga një yll super i dendur. Por nëse efekti gravitacional i një ylli rritet si rezultat i ngjeshjes së tij, atëherë forcat gravitacionale rezultojnë të jenë aq të mëdha sa drita nuk mund të largohet fare nga ylli. Kështu, për çdo vëzhgues mundësia e shikimit të vrimës së zezë është plotësisht e përjashtuar! Por atëherë natyrshëm lind pyetja: nëse nuk është e dukshme, atëherë si mund ta zbulojmë? Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, shkencëtarët përdorin truket e zgjuara. Ruffini dhe Wheeler e studiuan plotësisht këtë problem dhe propozuan disa mënyra, nëse jo për të parë, por të paktën për të zbuluar një vrimë të zezë. Për të filluar, kur një vrimë e zezë lind përmes procesit të kolapsit gravitacional, ajo duhet të lëshojë valë gravitacionale që mund të përshkojnë hapësirën me shpejtësinë e dritës dhe të shtrembërojnë shkurtimisht gjeometrinë e hapësirës pranë Tokës. Ky shtrembërim do të shfaqej në formën e valëve gravitacionale që veprojnë njëkohësisht në instrumente identike të instaluara në sipërfaqen e tokës në një distancë të konsiderueshme nga njëra-tjetra. Rrezatimi gravitacional mund të vijë nga yjet që i nënshtrohen kolapsit gravitacional. Nëse gjatë jetës normale ylli rrotullohej, atëherë, duke u tkurrur dhe duke u bërë gjithnjë e më i vogël, ai do të rrotullohet gjithnjë e më shpejt, duke ruajtur momentin e tij këndor. Së fundi, ai mund të arrijë një fazë kur shpejtësia e lëvizjes në ekuatorin e saj i afrohet shpejtësisë së dritës, domethënë shpejtësisë maksimale të mundshme. Në këtë rast, ylli do të deformohej shumë dhe mund të nxirrte një pjesë të lëndës. Me një deformim të tillë, energjia mund të ikte nga ylli në formën e valëve gravitacionale me një frekuencë prej rreth njëmijë dridhjesh në sekondë (1000 Hz).

Roger Penrose, profesor i matematikës në Kolegjin Birkbeck, Universiteti i Londrës, ekzaminoi një rast kurioz të kolapsit dhe formimit të vrimës së zezë. Ai pranon se vrima e zezë zhduket dhe më pas shfaqet në një moment tjetër në ndonjë univers tjetër. Përveç kësaj, ai argumenton se lindja e një vrime të zezë gjatë kolapsit gravitacional është një tregues i rëndësishëm se diçka e pazakontë po ndodh me gjeometrinë e hapësirë-kohës. Hulumtimi i Penrose tregon se kolapsi përfundon me formimin e një singulariteti (nga latinishtja singularius - i veçantë, i vetëm), domethënë duhet të vazhdojë në dimensionet zero dhe densitetin e pafund të objektit. Kushti i fundit bën të mundur që një univers tjetër t'i afrohet singularitetit tonë dhe është e mundur që singulariteti të kalojë në këtë univers të ri. Mund të shfaqet edhe në ndonjë vend tjetër në Universin tonë.

Disa shkencëtarë e shohin formimin e një vrime të zezë si një model të vogël të asaj që relativiteti i përgjithshëm parashikon se do të ndodhë përfundimisht me universin. Në përgjithësi pranohet se ne mundemi në një Univers gjithnjë në zgjerim, dhe një nga pyetjet më të rëndësishme dhe më të ngutshme të shkencës ka të bëjë me natyrën e Universit, të kaluarën dhe të ardhmen e tij. Pa dyshim, të gjitha rezultatet moderne të vëzhgimit tregojnë për zgjerimin e Universit. Megjithatë, sot një nga pyetjet më të ndërlikuara është kjo: a po ngadalësohet ritmi i këtij zgjerimi dhe nëse po, a do të tkurret Universi në dhjetëra miliarda vjet, duke formuar një singularitet. Me sa duket, një ditë do të jemi në gjendje të kuptojmë se cilën rrugë ndjek Universi, por ndoshta shumë më herët, duke studiuar informacionin që rrjedh në lindjen e vrimave të zeza dhe ligjet fizike që rregullojnë fatin e tyre, do të jemi në gjendje të parashikojmë Universi i fatit të tyre përfundimtar (Fig. 8)". (1)