Gravitační kolaps

Gravitační kolaps  je rychlé stlačení objektů působením gravitačních sil , jeden ze základních způsobů formování objektů ve vesmíru . Gravitační kolaps také způsobuje rozpad oblaků plynu do samostatných shluků, v případě vzniku hvězd, nazývaných globule . Takže rovnoměrné rozložení hmoty tvoří kupy galaxií, samotné galaxie a jednotlivé hvězdy. V procesu vývoje jednotlivé hvězdy se kolaps zastaví v důsledku nástupu termonukleárních reakcí, které zvyšují teplotu a tím i tlak plynu [1] .

U objektů s vysokou hustotou, jako jsou bílí trpaslíci a neutronové hvězdy, gravitačnímu kolapsu odolává degenerovaný plyn a tlak neutronů; existuje však absolutní Oppenheimer-Volkovův limit , za nímž neexistují žádné fyzikální mechanismy bránící kolapsu, v důsledku čehož se dostatečně hmotná (více než 3-4 M ☉ ) neutronová hvězda promění v černou díru . Gravitační kolaps hvězdných jader do neutronové hvězdy nebo černé díry způsobí, že se vnější obal působením uvolněné energie roztáhne a vznikne fenomén supernovy [2] .

Gravitační kolaps plynových mračen

V důsledku náhodných fluktuací ztrácejí oblaka plynu dostatečně velkých rozměrů umístěná ve vesmíru rovnoměrné rozložení hustoty. Proces usnadňují gravitační síly, které spojují shluky hmoty, ale brání tomu zvýšení tlaku a teploty plynu. Oblaka s nízkou hustotou jsou však pro infračervené záření průhledná a jakmile začne, gravitační kolaps pokračuje [1] .

Gravitační kolaps během formování hvězd

Menší oblaka plynu, tisíce a desetitisíce slunečních hmot, jak jsou stlačeny, se podle výpočtů rozpadnou na ještě menší, hmotnostně odpovídající Slunci, menší než ono a přesahující desítky (výjimečně stovky)krát. Takové shluky ve střední fázi přeměny na protohvězdu se nazývají globule . Výpočty ukazují, že rychlost tvorby hvězd závisí na hmotnosti globulí, a pokud pro hmotnosti desítek hmotností Slunce jsou to miliony let, pak pro hmotnost Slunce jsou to méně než desítky a dokonce stovky milionů let. V průběhu formování hvězdy, za přítomnosti dostatečného momentu rotace, se místo jedné nebo více hvězdy z globule vytvoří hvězda s planetárním systémem a přenos momentu hybnosti ze smršťujícího jádra na protoplanetární disku vzniká vlivem magnetického pole rotujícího jádra protohvězdy [3] .

Neomezený gravitační kolaps hvězdy

Když fúzní energie v jádru masivní hvězdy již není schopna odolávat gravitaci, „padá na sebe“ (stlačuje se) rychlostí až 70 000 km/s (což je zhruba 0,23 rychlosti světla - s ) a to vede ke zvýšení teploty a hustoty. Co se stane dále, závisí na hmotnosti a struktuře kolabujícího jádra: nízkohmotná degenerovaná jádra tvořící neutronové hvězdy, degenerovaná jádra s vyšší hmotou, která se většinou zcela zhroutí do černých děr, a nedegenerovaná jádra procházejí útěkovou fúzí.

Počáteční kolaps degenerovaných jader je urychlen beta rozpadem, fotodezintegrací a záchytem elektronů, což způsobí explozi elektronových neutrin . Se zvýšením hustoty je emise neutrin přerušena, protože jsou zachycena jádrem. Vnitřní jádro nakonec obvykle dosáhne průměru 30 km a hustoty srovnatelné s atomovým jádrem a tlak neutronové degenerace se snaží kolaps zastavit. Pokud je hmotnost jádra větší než asi 15 M ☉ ( hmotnost slunce ), pak degenerace neutronů nestačí k zastavení kolapsu hvězdy a stává se z ní černá díra.

V jádrech s nižší hmotností se kolaps zastaví a nově vytvořené neutronové jádro má počáteční teplotu asi 100 miliard kelvinů, což je 6000krát vyšší teplota než teplota slunečního jádra. Při této teplotě jsou tepelným zářením účinně produkovány neutrino-antineutrinové páry všech příchutí. Tato tepelná neutrina jsou několikrát hojnější než neutrina zachycená elektrony. Asi 1046 joulů, asi 10 % klidové hmoty hvězdy, se přemění na desetisekundový výbuch neutrin, což je hlavní výsledek této události. Náhle zastavené zhroucení jádra se obnoví a vytvoří rázovou vlnu, která se zastaví během milisekund ve vnějším jádru, když se energie ztrácí v důsledku disociace těžkých prvků. Proces, který není dobře pochopen, je nezbytný k tomu, aby vnější vrstvy jádra byly schopny absorbovat asi 1044 joulů (1 nepřítel ) z hybnosti neutrin, čímž vzniká zdánlivý jas, ačkoli existují i ​​jiné teorie o tom, jak „napájet“ energii. výbuch.

Určitá hmota materiálu z vnějšího obalu padá zpět na neutronovou hvězdu a pro jádra větší než asi 8 M☉ je dostatek prostoru pro vytvoření černé díry. Tento pokles sníží generovanou kinetickou energii a hmotnost vyvrženého radioaktivního materiálu, ale v některých situacích může také generovat relativistické výtrysky, které vedou k výbuchu gama záření nebo výjimečně svítivé supernově.

Rozpad masivního nedegenerovaného jádra povede k dalšímu slučování. Když je kolaps jádra iniciován nestabilitou páru, začíná fúze kyslíku a kolaps může být zastaven. Pro hmoty jádra 40-60 M ☉ se kolaps zastaví a hvězda zůstane neporušená, ale kolaps znovu nastane, když se vytvoří větší jádro. U jader kolem 60-130 M ☉ je fúze kyslíku a těžších prvků tak intenzivní, že se celá hvězda zhroutí a způsobí supernovu. Na horním konci hmotnostního rozsahu je supernova neobvykle jasná a extrémně dlouhá životnost – 56 Ni je vyvrženo z kolosální hmoty . U ještě větších hmot jádra je teplota jádra dostatečně vysoká, aby umožnila fotodezintegraci a úplné zhroucení jádra do černé díry.

Viz také

• Evoluce hvězd
• bílý trpaslík
• Gravitační nestabilita

Poznámky

1. ↑ 1 2 GRAVITAČNÍ KOLAPS | Encyklopedie kolem světa . www.krugosvet.ru _ Získáno 15. dubna 2021. Archivováno z originálu dne 15. dubna 2021. (Ruština)
2. ↑ Astronet > Gravitační kolaps . www.astronet.ru _ Získáno 15. dubna 2021. Archivováno z originálu dne 15. dubna 2021. (neurčitý)
3. ↑ Vznik hvězd - Fyzická encyklopedie . www.femto.com.ua _ Získáno 15. dubna 2021. Archivováno z originálu dne 23. června 2021. (neurčitý)

Odkazy

• „Gravitační kolaps“ v Encyklopedii fyziky

Slovníky a encyklopedie	Skvělý norský Velký Rus okolo světa Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích	GND : 4158116-7 J9U : 987007538558105171 LCCN : sh85056559