supernowe i nie tylko, Ćwiczenia z Matematyka

Pobierz supernowe i nie tylko i więcej Ćwiczenia w PDF z Matematyka tylko na Docsity! Gwiazda supernowa to zjawisko towarzyszące wybuchowi gwiazdy i ten wybuch prowadzi do bardzo jasnego obiektu. Jest 10 razy jaśniejsza niż słońce. Kiedy Wybucha w innej galaktyce potrafi całą galaktykę oświetlić swoim blaskiem. Nie będziemy wnikać w klasyfikację supernowych, bo jest ich kilka typów, ale powiem o SN typu 2, która jest niezwykle efektowna. Otóż SN t2 to wybuch gwiazdy, która początkowo miała masę 10/30 mas słońca i we wnętrzu tej gwiazdy następowały reakcje jądrowe, które sprawiały, że ona świeciła i że zmieniała swój skład. Wyglądała trochę jak taka cebula, składała się z wielu warstw, w których znajdowały się różne pierwiastki. Zewnętrzna warstwa może mieć promień 100 mln km (słońce 700tyś). Pierwsza warstwa, zawierająca większą część masy, to jest wodór, który był tym paliwem jądrowym. Dalej jest Hel, produkt syntezy wodoru, krzem, tlen i dochodzimy do środka, i ten środek zwiastuje tragiczną przyszłość tej gwiazdy. Mianowicie w rdzeniu znajduje się pokaźna masa, około 1,5 masy słońca i składa się z niezwykle gęstej plazmy (łyżeczka miliard ton) i panuje tam temperatura 5 miliardów stopni. Pierwiastki osiągnęły już maksymalną energię wiązania, więc nie mogą już zachodzić reakcje termojądrowe. Natomiast, mogą zachodzić procesy odwrotne (endotermiczne), to znaczy pochłaniają energię i obniżają ciśnienie wewnątrz rdzenia, do momentu aż nie będzie już w stanie oprzeć się sile grawitacji. Rdzeń po prostu ulegnie implozji i w ciągu 100 milisekund, potężnie zmniejszy swoje rozmiary. Gwiazda zaczyna się zapadać od środka, ale tylko w rdzeniu. To wszystko dzieje się tak nagle, że do zewnętrznych warst nie dochodzi nawet informacja, że coś się stało. I dzieje się teraz bardzo istotna kwestia. Neutrony w rdzeniu zamieniają się na neutrina, czyli cząstki o masie niemal zerowej które przenikają przez całą materię. One szybko wylatują, ale ta coraz większa gęstość rdzenia uwięża je i to w nich jest to 99% procent energii, która się wyzwoliła w wyniku implozji. I teraz tak w momencie, w którym ta materia jest tak sztywna że bardziej kurczyć się nie może następuje moment zero. Proces implozji zatrzymuje się gwałtownie w ciągu milisekundy. Te warstwy, które w dalszym ciągu spadają na to centrum są hamowane w sposób brutalny i tworzy się fala uderzeniowa, która odwraca znak prędkości. Czyli od implozji przechodzimy na eksplozje. Fala się rozprzestrzenia z prędkością, która jest dobrym ułamkiem prędkości światła grzejąc te wszyskie pierwiastki które ciągnie z sobą przez te miliony kilometrów aż dojdzie do powierzchni i wtedy ta gwiazda zaczyna rozbłyskać bo ta energia została przetransportowana. Rozbłyska i świeci nadal, bo są pierwiastki radioaktywne w tej materii i mamy supernową. Więc z takich rzeczy praktycznych, pierwiastki, które są dla nas kluczowe, np. wapń, żelazo. Powstały w wyniku wybuchu supernowych. I dlatego mówi się, że my, jako ludzie jesteśmy dziećmi supernowych Teraz co zostaje po śmierci gwiazdy która zmieniła się w supernową. A więc, może, ale nie musi, powstać w wyniku wybuchu gwiazda neutronowa. Jak sama nazwa wskazuje, znajdują się w niej neutrony, ale temat jest znacznie ciekawszy. Supernowa wybuchając pozostawia po sobie mgławicę a w swoim środku gwiazdę neutronową. Jest to pozostałość, sam środek gwiazdy po odrzuceniu zewnętrznych warstw. Jest mała, co najwyżej kilkadziesiąt kilometrów średnicy, ale ma ogromną masę. Tak mały obiekt może ważyć więcej niż całe nasze słońce, a więc ma ogromną gęstość. Powierzchnia gwiazdy składa się z jąder żelaza, jest to najcięższy pierwiastek jaki może powstać w reakcji syntezy we wnętrzu gwiazdy. Ogromne ciśnienie, gdy zanurzamy się głębiej w gwiazdę powoduje, że elektrony są dosłownie wgniatane we wnętrza protonów co tworzy właśnie neutrony. Nie są one jednak stabilne, rozpadają się w okresie minut. Więc w środku gwiazdy neutronowej znajdują się głównie neutrony, ale także elektrony, protony i inne cząstki, które cały czas zamieniają się z jednego na drugie. Tutaj przydałoby się wspomnieć o kwarkach i gluonach. Kojarzymy neutron jako kuleczkę, ale tu to nie działa. Najprościej mówiąc zbudowane z kwarków, które są posklejane gluonami. A więc można powiedzieć, że we wnętrzu dynamicznie zmieniają się konfiguracje kwarków i gluonów które sklejają się ze sobą w różne konfiguracje po to by po chwili się rozpaść i znowu się skleić. Energia próbująca oddzielić kwarki tworzy kolejną parę kwarków. Gwiazda neutronowa wiruje, a wraz z nią protony. Jest to zaledwie pare procent gwiazdy, ale jak wiemy są to cząstki naładowane elektrycznie, więc ich ruch jest źródłem pola magnetycznego. Gwiazda netronowa wiruje z częstotliwością setek razy na sekundę dlatego tworzy potężne pole magnetyczne i dotychczas jest to najpotężniejsze znane nam źródło pola magnetycznego w kosmosie. Powierzchnia gwiazdy neutronowej jest zbudowana z jąder żelaza, które są ułożone tak blisko siebie, że praktycznie tworzą strukturę krystaliczną. Co ciekawe, powierzchnia nie jest idealnie gładka, przypomina trochę jeża, ale wysokość kolców jest mierzona w milimetrach. SYMULACJA Ta symulacja śledzi zmiany fali grawitacyjnej i gęstości, gdy dwie neutronowe gwiazdy zderzają się podczas orbitowania. Ciemnopurpurowe kolory reprezentują najniższe gęstości, podczas gdy żółto-białe pokazują najwyższe. Dźwięk i wizualna skala częstotliwości (po lewej stronie) śledzą stały wzrost częstotliwości fal grawitacyjnych, gdy gwiazdy neutronowe się zbliżają. Gdy obiekty łączą się po 42 sekundach, fale grawitacyjne nagle skaczą na częstotliwości tysięcy herców i odbijają się między dwoma głównymi tonami.