Звездное столкновение - Stellar collision

Имитация столкновения двух нейтронные звезды

А звездное столкновение это слияние двух звезды[1] вызванный звездная динамика в пределах звездное скопление, или орбитальным распадом двойная звезда из-за потеря звездной массы или же гравитационное излучение, или с помощью других механизмов, еще недостаточно изученных.

Астрономы предсказывают, что события этого типа происходят в шаровые скопления из наша галактика примерно раз в 10 000 лет.[2] 2 сентября 2008 года ученые впервые наблюдали слияние звезд в Скорпионе (названном V1309 Скорпион ), хотя в то время не было известно, что это результат слияния звезд.[3]

Любые звезды в вселенная могут столкнуться, независимо от того, являются ли они «живыми», что означает, что термоядерный синтез все еще активен в звезде, или «мертвыми», когда слияние больше не происходит. белый Гном звезды нейтронные звезды, черные дыры, звезды главной последовательности, гигантские звезды, и сверхгиганты очень разные по типу, массе, температуре и радиусу и поэтому реагируют по-разному.[2]

А событие гравитационной волны произошедшее 25 августа 2017 г., GW170817 16 октября 2017 г. сообщалось, что оно связано со слиянием двух нейтронных звезд в далеком галактика, первое такое слияние, наблюдаемое с помощью гравитационного излучения.[4][5][6][7]

Типы звездных столкновений и слияний

Сверхновая типа Ia

Белые карлики - это остатки маломассивных звезд, и, если они образуют двойную систему с другой звездой, они могут вызывать большие звездные взрывы, известные как сверхновые типа Ia. Обычно это происходит, когда белый карлик снимает материал с главная последовательность или же красный гигант звезда, чтобы сформировать аккреционный диск. Гораздо реже сверхновая типа Ia возникает, когда два белых карлика вращаются вокруг друг друга.[8] Эмиссия гравитационные волны заставляет пару закручиваться внутрь. Когда они окончательно сливаются, если их совокупная масса приближается или превышает Предел Чандрасекара, углеродный синтез воспламеняется, повышая температуру. Поскольку белый карлик состоит из дегенеративная материя, не существует безопасного равновесия между тепловое давление и вес вышележащих слоев звезды. Из-за этого, реакции неконтролируемого синтеза быстро нагревают внутреннюю часть объединенной звезды и распространяются, вызывая взрыв сверхновой.[8] В считанные секунды вся масса белого карлика выбрасывается в космос.[9]

Слияния нейтронных звезд

Основная статья: Слияние нейтронных звезд

Слияние нейтронных звезд происходит аналогично редким случаям. сверхновые типа Ia в результате слияния белых карликов. Когда два нейтронные звезды вращаясь близко друг к другу, они со временем закручиваются по спирали из-за гравитационного излучения. Когда они встречаются, их слияние приводит к образованию либо более тяжелой нейтронной звезды, либо черной дыры, в зависимости от того, превышает ли масса остатка Предел Толмана – Оппенгеймера – Волкова.. Это создает магнитное поле, которое в триллионы раз сильнее, чем у Земли, за одну или две миллисекунды. Астрономы считают, что именно этот тип событий создает короткие гамма-всплески[10] и килоновые.[11]

Объекты Thorne – ytkow

Основная статья: Объект Торн – Житков

Если нейтронная звезда столкнется с красный гигант достаточно низкой массы и плотности, оба могут выжить в форме своеобразного гибрида, известного как Объект Торн – Житков, с нейтронной звездой, окруженной красным гигантом.

Бинарные слияния звезд

Основная статья: KIC 9832227

Около половины всех звезд на небе являются частью двойных систем, причем две звезды вращаются вокруг друг друга. Некоторые двойные звезды вращаются вокруг друг друга так близко, что находятся в одной атмосфере, придавая системе арахисовую форму. Хотя большинство контактных двойных звезд стабильны, некоторые из них стали нестабильными и слились в прошлом по причинам, которые не совсем понятны (см. Соответствующий раздел ниже).

Формирование планет

Когда две маломассивные звезды в двойной системе сливаются, масса может теряться в плоскости орбиты сливающихся звезд, создавая диск выделения из которых могут образоваться новые планеты.[12]

Открытие

Хотя концепция столкновения звезд существует уже несколько поколений астрономов, только развитие новых технологий сделало возможным ее более объективное изучение. Например, в 1764 году скопление звезд, известное как Мессье 30 был открыт астрономом Шарль Мессье. В двадцатом веке астрономы пришли к выводу, что возраст скопления составляет примерно 13 миллиардов лет.[13] В Космический телескоп Хаббла разрешили отдельные звезды Мессье 30. С помощью этой новой технологии астрономы обнаружили, что некоторые звезды, известные как «синие отставшие », Оказалась моложе других звезд скопления.[13] Затем астрономы выдвинули гипотезу, что звезды могли «столкнуться» или «слиться», дав им больше топлива, чтобы они продолжали синтез, в то время как другие звезды вокруг них начали гаснуть.[13]

Столкновения звезд и Солнечная система

Хотя столкновения звезд могут происходить очень часто в определенных частях галактики, вероятность столкновения с участием солнце очень маленький. Расчет вероятности предсказывает, что частота столкновений звезд с участием Солнца составляет 1 из 10.28 годы.[14]Для сравнения, возраст Вселенной порядка 1010 годы. Вероятность близких встреч с Солнцем также невелика. Ставка оценивается по формуле:

N ~ 4.2 · D2 Myr−1

куда N это количество встреч за миллион лет в пределах радиуса D Солнца в парсек.[15] Для сравнения: средний радиус орбиты Земли 1 Австралия, является 4.82 × 10−6 парсек.

На нашу звезду такое событие, скорее всего, не повлияет напрямую, но на Землю может легко повлиять близкое столкновение. Астрономы говорят, что если звездное столкновение произойдет в пределах 100 световых лет от Земли, возникший в результате гамма-всплеск может уничтожить все живое на Земле.[14] Однако это все еще очень маловероятно, поскольку так близко к Солнечной системе нет звездных скоплений.

KIC 9832227 и слияние бинарных звезд

KIC 9832227 пример затмения контакт двоичный звездная система. В основном она состоит из двух звезд, вращающихся вокруг друг друга так близко, что они находятся в одной атмосфере, придавая системе арахисовую форму. Поскольку орбиты двух звезд распадаются из-за потери звездной массы и внутренней вязкости, две звезды в конечном итоге сольются, в результате чего светящаяся красная новая.

Анализ затмений KIC 9832227 первоначально предположил, что его орбитальный период действительно укорачивается и что ядра двух звезд сольются в 2022 году.[16] [17][18][19]Однако последующий повторный анализ показал, что один из наборов данных, использованных в первоначальном прогнозе, содержал 12-часовую временную ошибку, что привело к ложному очевидному сокращению орбитального периода звезд.[20][21][22][23]

Механизм слияния двойных звезд еще полностью не изучен и остается одним из основных направлений исследований KIC 9832227 и других контактных двойных систем.

Рекомендации

  1. ^ Фред Лоуренс Уиппл (март 1939 г.), «Сверхновые и столкновения звезд», Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 25 (3): 118–25, Bibcode:1939ПНАС ... 25..118Вт, Дои:10.1073 / пнас.25.3.118, ЧВК  1077725, PMID  16577876
  2. ^ а б Чанг, Кеннет (13 июня 2000 г.), «Две звезды сталкиваются; новая звезда родилась», Нью-Йорк Таймс, получено 14 ноября 2010
  3. ^ Tylenda, R .; Hajduk, M .; Камински, Т .; и другие. (11 апреля 2011 г.). «V1309 Scorpii: слияние контактного двоичного кода». Астрономия и астрофизика. 528: A114. arXiv:1012.0163. Bibcode:2011A & A ... 528A.114T. Дои:10.1051/0004-6361/201016221.
  4. ^ Прощай, Деннис (16 октября 2017 г.), «LIGO впервые обнаруживает ожесточенное столкновение нейтронных звезд», Нью-Йорк Таймс
  5. ^ Касттельвекки, Давиде (25 августа 2017 г.). «Ходят слухи о новом виде наблюдения с помощью гравитационных волн». Природа. Дои:10.1038 / природа.2017.22482. Получено 27 августа 2017.
  6. ^ Сокол, Джоша (25 августа 2017 г.). "Что происходит при столкновении двух нейтронных звезд?". Проводной. Получено 27 августа 2017.
  7. ^ Дрейк, Надя (25 августа 2017 г.). "Странные звезды сморщивают пространство-время? Узнайте факты". Национальная география. Получено 27 августа 2017.
  8. ^ а б Гонсалес Эрнандес, Х. И .; Ruiz-Lapuente, P .; Tabernero, H.M .; Montes, D .; Канал, р .; Méndez, J .; Бедин, Л. Р. (26 сентября 2012 г.). «Нет выживших эволюционировавших товарищей предка SN 1006». Природа. 489 (7417): 533–536. arXiv:1210.1948. Bibcode:2012Натура 489..533Г. Дои:10.1038 / природа11447. HDL:2445/127740. PMID  23018963.
  9. ^ Фридман, Роджер А., Роберт М. Геллер, Уильям Дж. Кауфманн III (2009). Вселенная 9-е издание, с.543-545. W.H. Фримен и компания, Нью-Йорк. ISBN  1-4292-3153-X
  10. ^ Россвог, Стефан (2013). «Астрофизика: Радиоактивное свечение как дымящееся ружье». Природа. 500 (7464): 535–6. Bibcode:2013Натура.500..535р. Дои:10.1038 / 500535a. PMID  23985867.
  11. ^ Metzger, B.D .; Martínez-Pinedo, G .; Darbha, S .; Quataert, E .; и другие. (Август 2010 г.). «Электромагнитные аналоги слияния компактных объектов на радиоактивном распаде ядер r-процесса». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 406 (4): 2650. arXiv:1001.5029. Bibcode:2010МНРАС.406.2650М. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2010.16864.x.
  12. ^ Martin, E.L .; Spruit, H.C .; Тата, Р. (2011). "Происхождение бинарного слияния раздутых планет горячего Юпитера". Астрономия и астрофизика. 535: A50. arXiv:1102.3336. Bibcode:2011A & A ... 535A..50M. Дои:10.1051/0004-6361/201116907.
  13. ^ а б c «Звездные столкновения и вампиризм придают голубым отставшим звездам« космическую подтяжку лица »», Asian News International, 29 декабря 2009 г.
  14. ^ а б Лучентини, Джек (1 июня 2000 г.). "Исследователи утверждают, что первое доказательство столкновения звезд". Space.com. Архивировано из оригинал 19 апреля 2004 г.. Получено 15 января 2014. Согласно одному расчету, с Солнцем, вероятно, произойдет одно падение на 10 000 триллионов триллионов лет (это 28 нулей), и оно сгорит само по себе гораздо раньше.
  15. ^ Гарсия-Санчес, Дж .; и другие. (24 августа 1998 г.), "Возмущение облака Оорта близкими звездными сближениями", Динамика астероидов и комет, Татрауска Ломница, Словацкая Республика, HDL:2014/19368
  16. ^ Мольнар, Лоуренс А .; Норд, Дэниел М. Ван; Кинемучи, Карен; Смолинский, Джейсон П .; Александр, Кара Э .; Кук, Эван М .; Чан, Бёнчан; Кобульницкий, Генри А .; Спедден, Кристофер Дж. (2017). «Прогнозирование вспышки красной новой звезды в KIC 9832227». Астрофизический журнал. 840 (1): 1. arXiv:1704.05502. Bibcode:2017ApJ ... 840 .... 1M. Дои:10.3847 / 1538-4357 / aa6ba7. ISSN  0004-637X.
  17. ^ Кинемучи, Карен (1 октября 2013 г.). «Для пульсации или для затмения? Статус переменной звезды KIC 9832227». arXiv:1310.0544 [Astro-ph.SR ].
  18. ^ Берд, Дебора. "Звезда предсказывает взрыв в 2022 году". ЗемляНебо. EarthSky Communications. Получено 6 января 2017.
  19. ^ «Встречающиеся звезды осветят ночное небо в 2022 году». Наука. 1 мая 2017. Получено 7 января 2017.
  20. ^ Мольнар, Лоуренс А. (7 сентября 2018 г.). «Дополнительный материал к пресс-релизу Calvin College« Группа исследователей оспаривает смелые астрономические предсказания », 7 сентября 2018 г.». calvin.edu. Получено 8 сентября 2018.
  21. ^ Кучински, Мэтт (7 сентября 2018 г.). «Команда исследователей бросает вызов смелым астрономическим предсказаниям». calvin.edu. Получено 8 сентября 2018.
  22. ^ Socia, Quentin J .; Валлийский, Уильям Ф .; Коротко, Дональд Р .; Орос, Джером А .; Angione, Рональд Дж .; Ветряная мельница, Гур; Caldwell, Douglas A .; Баталья, Натали М. (11 сентября 2018 г.). «KIC 9832227: Использование данных Vulcan для опровержения прогноза слияния Red Nova на 2022 год». Письма в астрофизический журнал. 864 (2): L32. arXiv:1809.02771. Дои:10.3847 / 2041-8213 / aadc0d.
  23. ^ Паркс, Джейк (7 сентября 2018 г.). «Две звезды НЕ сольются и не взорвутся красной яростью в 2022 году». Astronomy.com.

внешняя ссылка