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中子星——独特的紧凑型对象在巨大的宇宙的实验室

r . Sashikanth
此举使物理学系助理教授,工程和技术研究所对于女性来说,Ghatkesar, RangaReddy区,Telangana状态,印度
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文摘

本文概述了中子星的研究从早期的理论预测和观察的各种天体物理学家逐渐引起科学界的巨大的利益,在科学分析的最新发展的不同类别的紧凑的行为对象。尽管白矮星,中子星,棕矮星,黑洞等。都属于紧凑的对象,每个人都是独一无二的以自己的方式

关键字
白矮星,中子星,紧凑的对象线性密度(质量)。

介绍
中子星是紧凑的对象包含supra-nuclear 1012内部密度问题,包括大部分的中子。他们拥有大众通常米~ 1.4倍太阳质量的半径R ~ 10公里。因此,它们的质量接近太阳质量相当于1.98 x 10³³公斤和半径是小于10倍太阳的半径近6.96 x 10 ^ 8米。
图像

相关工作

中子星简史:
1。朗道密集的恒星的期待:詹姆斯·查德威克宣布发现中子在2月27日在《自然》杂志的一篇论文,1932年。但兰多写了一篇论文致力于密集的恒星前一年查德威克„年代发现。朗道是列宁格勒物理技术研究所的研究生(约飞物理技术研究所,圣彼得堡,俄罗斯)。本文在苏黎世在1931年完成。朗道计算的最大质量白矮星,晚一点比钱德拉塞卡(1931)和独立于他。但在他的论文的第二部分,朗道推测可能存在的恒星比白矮星更紧凑。在那段时期,有点难构造核没有中子质子和电子的海森堡的不确定性原理禁止本地化电子在原子核。朗道没有其他选择,但违反法律的量子力学。因此他建议“所有恒星比太阳质量的1.5倍重肯定拥有地区违反量子力学定律”。他还做了一个重要的结论,在这样的明星,“物质的密度如此之大,核接触导致一个巨大的核。雷竞技网页版 The paper was submitted to “ Physikalische Zeitschrift der sowjetunion” on February 7, 1932 and was published in the February issue of the Journal ( landau 1932).
2。兹维基和Baade的预测:中子星的实际理论预测是由w . Baade威尔逊山天文台和加州理工学院的f·兹维基,超新星爆炸的各种观察分析,提出了一个解释在这些爆炸释放巨大的能量。的结果在会议上美国物理学会„„斯坦福大学(1933年12月15 - 16岁)和发表在一月出版的《物理评论(Baade和兹维基,1934)。他们写了“储备,我们之前认为普通恒星的超新星表示转换中子星由极其密集的中子的最后阶段。”
在接下来的出版物,Baade和兹维基(1934 b)进一步阐述了“中子星....可能拥有一个很小的半径和一个非常高的密度。中子可以密集程度远比普通原子核和电子,能源在寒冷的中子星引力包装可能会变得非常大,在某些情况下可能超过普通核包装分数。在连续纸(Baade和兹维基,1934 c),他们说的一个普通恒星的过渡过程变成一个中子星如下:“如果中子产生表面上的一个普通的明星,他们将雨到中心,如果我们假设光中子的压力几乎是零”。

3所示。理论的进步。在第二次世界大战的时代:
(一个)发展状态方程:中子星理论的最重要的成分是„„状态方程(EOS)密集的中子星内部的问题。EOS通常被称为压力p的依赖和线性质量密度ρ和温度T。因为中子星是主要由强烈简并费米子(粒子质子、电子等。服从费米-狄拉克统计),温度依赖主要是微不足道和状态方程计算T = O。
当一个普通的明星变换中子星,恒星物质发生强烈的压缩力,进一步伴随着一代β捕获中子的原子核。初步尝试构建核物质的EOS平衡是由Sterne在1933年。他认为此事由电子,质子,好几种核在T - > 0。他实际上预测物质的neutronization增加密度。
中子星的兴趣引起1937 - 38的问题主要是由于恒星能量的能源是未知的。兰道(1937)和伽莫夫独立(1938年)表明,任何正常的恒星可能包含在其核心地区的中子星。这肯定会发起一个缓慢的恒星物质的吸积„„在正常恒星、中子星核心,那恒星的能量是由重力能量释放过程中吸积。但是汉斯是和1938年Critchfield证明正常恒星的能量是由热核反应。
现在的一篇论文中(1938),兹维基估计的最大结合能中子星的质量M和0.42 Mc2获得。一定要区分一个所谓的重子质量(重子质量的总和在中子星的内部)和引力质量M从重子质量减去重力结合能。兹维基(1938)还注意到表面的明星”....重力加速度应确实高,光从表面必须承受巨大的引力红移(波长)。”他后来开发的想法红色转变在随后的纸精心”(兹维基1939)。
下一个最重要的步骤是由Richard c .杜尔曼来自加州理工学院,由罗伯特·奥本海默和通用Volkoff来自加州大学伯克利分校。他们的论文(杜尔曼1939;奥本海默和Volkoff, 1939)在物理评论收到1939年1月3日,2月发表在相同的问题。两种报纸所包含的数学推导的方程Hydro-static平衡球对称的明星在广义相对论的框架。这是基本方程建立不同模型的中子星。俗称“杜尔曼-奥本海默Volkoff”方程。中子星引力能量是一个相当大的一部分的静止质量能量;中子星是如此紧凑,空间-时间曲线和广义相对论发挥重要作用的影响。
(b)杜尔曼(1939)获得了8个新方程的精确解。他们并不对应任何现实的EOS的中子星物质,虽然他们支持(Oppenheimer & Volkoff, 1939)了解中子星的最大质量的存在。Oppenheimer & Volkoff(1939)利用方程解决最重要的问题。他们有数值计算各种中子星模型简单的EOS的恒星物质组成的一个非交互强烈退化相对论气体的中子。他们已经表明,稳定的静态中子星的最大质量(重力),这几乎是太阳质量的0.71倍,也就是俗称奥本海默- Volkoff质量极限。他们理解简单的非交互模型中子和讨论了可能排斥组件的中子中子相互作用强化EOS,从而增加最大的质量。他们的结论是“看起来我们限制为0.71倍太阳质量接近真相。“他们的结论被证明是错的,虽然它们的质量限制是极其重要的。结合精确测量质量(1.25 - 1.44)倍太阳质量,中子星,这限制了直接天体物理的证据强烈排斥相互作用在supra-nuclear密集的物质密度。
(c)值得一提的是,冯·诺依曼和钱德拉塞卡获得了相同的广义相对论方程hydro-static平衡在几年前在1934年研究坍塌恒星,但他们的结果没有公布(贝母,1982)。这样做是在三一学院(英国剑桥)在钱德拉塞卡白矮星的构造模型。更现实的状态方程不可能在第二次世界大战前的时间,因为强大的交互和核物质的性质很差。理论基础是辅以中子星的想法应该出生在超新星爆炸。然而,第二次世界大战的爆发对中子星的兴趣逐渐消失了。
4所示。后第二次世界大战时期理论进展:直到1960年代初,中子星被视为一些奇怪的理论家的想象力的工作。情况开始改变之后,希望发现中子星的观察。让我们四个主要理论研究的主题。
(一)EOS致密物质:中子星的主要领域理论发现之前担心的是构建一个模型EOS密集的恒星物质的。惠勒和他的合作者在1950年代显著贡献。他们已经建造了一个中子星的地壳模型和计算了EOS的中子星核心组成的自由中子,质子和电子的β平衡。是卡梅隆(1959)强调核力量的最大意义结构的中子星。他还表明,核力可以强化EOS的包容。这可以增加从Oppenheimer-Volkoff限制中子星的最大质量约2倍太阳质量的0.7倍太阳质量,使中子恒星在超新星爆炸的形成更为现实。Zeldovich 1961年使用的模型重子相互作用通过大规模的向量场和建造了一个僵硬的EOS以声音的速度低于光速c,和倾向于c在极端的高密度极限。最终,明白除了中子,质子,电子中子星可能包含的核粒子如μ介子,介子,超子等等。卡梅伦提出的第一个参数对超子萨尔皮特(1959)和(1960);一些EOS年代hyperonic物质和相关的中子星模型计算了几个作者像Ambartsumyan & Saakyan(1960)和Tsuruta &卡梅隆(1966 b)。Ivanenko & Kurdgelaidze(1965, 1969)认为假设夸克中子星的核心。
(b) Super-fluidity中子星物质:是另一个引人注目的方面的理论预测了中子星的内饰。这是由超导金属的BCS理论(巴丁、库珀和Schrieffer - 1957)。库珀电子超导解释配对的电子在弱吸引力电子-声子相互作用引起的。超导状态出现减少由于二阶相变温度;典型的临界温度(1 - 10)的k在微观层面,能源缺口的现象在于外观Δ在费米能级附近的电子能谱。Migdal(1959)是第一个人的BCS理论适用于原子核。他还说,中子超流动性可能发生在中子星的内部;他预测超流体差距Δ~ 1兆电子伏,相关的临界温度¯害怕害怕一个½¯½c ~ 1010 k。五年后,金兹堡和Kirzhnits(1964)估计的差距产生的单重态配对的中子密度的近1013−1015 g / A¯害怕一个½¯害怕一个½¯害怕害怕一个½¯3½和获得Δ~(5 - 20)兆电子伏。严重的一步也是由狼(1966)在这方面。 He showed that the singlet state neutron pairing operates at sub nuclear densities in the inner neutron star crust, but disappears in the core, since the singlet state neutron-neutron interaction becomes highly repulsive at supra nuclear densities. The number density of protons in the core is smaller than that of neutrons. Accordingly, the singlet state proton- proton interaction is mostly attractive there and it leads to proton pairing. The possibility of neutron pairing in the core of the neutron star due to the attractive part of the triplet state neutron-neutron interaction was understood quite later.
人们认为超级流动性对解释脉冲星周期非常重要。也会影响热容和中子星的中微子发射。中子的作用在中微子发射超级流动性首次研究了狼(1966)。
(c)发射的中微子来自中子星:一线期望理论研究的灵感来自于1960年代初发现中子星通过检测表面的热辐射。超新星爆炸生热,神经元明星得到冷却的热发射光子从恒星表面发射的中微子从他们的内部。这当然使中微子过程很重要。在这方面,我们必须提到一篇论文由赵&萨尔皮特(1964)曾建议修改后的乌卡过程和中微子发射率的估计数字。它是最主要的核心的中微子过程不太大规模的中子星。进行了详细的计算尤其是Bahcall和狼(1965)。他们也研究了致密物质包含免费的π介子的典范。他们还认为中微子过程由两个反应;中子衰变β捕获在π介子紧随其后。中微子发射率似乎远高于乌卡过程中修改。 Similar enhancement in a more realistic model of Pion- Condensed matter was analyzed much later by Maxwell et al. (1977). More references to earlier papers on the neutrino emission from neutron stars can be found in Yakovlev et al. (2001).
中子星(d)热演化:第一估计冷却的热发射中子星最可能由稳定(1960)。赵四年后(1964年)重复估计,理论上证明了从他们的热发射可能发现中子星。简化计算的中子星冷却是由莫顿(1964),赵和硝酸(1964)和Bahcall和狼(1965 a, b)。后者作者强调的冷却速率的强烈依赖中微子发射过程,并指出这种依赖可以用来探索致密物质通过比较理论的EOS冷却模型与观测中子星的热辐射。严格的冷却的基础理论是由Tsuruta &卡梅隆(1966)。他们制定的主要元素冷却理论如中微子和光子冷却阶段,内部和表面温度之间的关系。更详细的描述的历史中子星冷却由雅科夫列夫et al。(1999)。
图像

搜索和发现
严重时试图发现中子星的时代实际X -射线天文学开始于1960年代。它将检测表面的热辐射冷却中子星。一颗恒星的表面温度~ 106K将主要排放软X -射线不能检测到地面设施。
第一个宇宙X -射线源的非太阳能起源、上海合作组织X - 1(天蝎座),在火箭实验中发现了贾科尼et al。(1962)。发现中子星产生一个巨大的兴趣,但第一次未能证明中子星的关系和新发现的紧凑的x射线源。鲍耶et al(1964)测量X射线源的大小在蟹状星云观测月球掩星期间7月7日,1964年。他们的结果表明源比中子星应该更大。具有讽刺意味的是,蟹状星云是一个例外:有一颗中子星,著名的蟹状星云,但隐藏在一个紧凑的plerion脉冲星星云。蟹状星云实际上是plerion的原型——与一个活跃的脉冲星超新星遗迹的中心,推动星云扩张和辐射。同时,卡尔达舍夫(1964)认为是磁化旋转的恒星崩溃成一个紧凑的对象(黑洞)的外表周围信封(星云)。他强调,黑洞可以获得快速旋转在其出生和自旋可以转移到周围的星云的能量磁场。他认为,这种机制可以蟹状星云。
许多科学家提出了各种方法发现中子星(被Zeldovich &诺维科夫先生1971年,夏皮罗& Teukolsky 1983•莱恩&格雷厄姆史密斯1998)。例如,Zeldovich & Guseynov(1966)建议观察一些选定的双星光学主要组件和无形的次要成分。Pacini(1967),在《自然》杂志发表的一篇论文表明,快速旋转的中子星,一个强大的偶极磁场可以有效地将其转动能量转换成电磁辐射,随后加速粒子能量高。他建议转动产生的能量损失速率是一样的磁偶极子在真空旋转。像卡尔达舍夫,他预期这样的恒星会显然权力周围的星云,尤其是蟹状星云。
很重要,Sandage et al .(1966)上海合作组织已确定X - 1,第一个发现和最亮的X -射线源作为一个光学13级的对象。分析这些观察,Scklovsky(1967)得出的结论是,源”…。对应于一个中子星的吸积…和……气体的自然和非常有效的供给对于这样一个吸积气体流,流从亲密的次要组成部分双星系统对中子星的主要组件”。现在,我们知道上海合作组织x - 1实际上是x射线双星系统组成的一个吸积的中子星,但ShklovskyA¢€Ÿs参数大多忽视了《天体物理学社区。1965年安东尼Hewish(卡文迪什实验室,英国剑桥大学)开始构建一个新的射电望远镜。其波长为3.7米;2048年一系列的偶极子天线,占地约18000平方米。它旨在研究无线电来源的闪烁而辐射穿过星际空间的太阳风的异同。1967年8月6日,Jocelyn Bell -研究生监督Hewish自1965年发现了一种弱变量广播源(Hewish 1975)。 It was observed at night time, whereas the scintillations of ordinary radio sources are stronger at day time, when a telescope is directed closer to the sun. it took several weeks to understand that the rapidly spinning or pulsating source, the pulsar was well outside the solar system. The discovery was announced on 24th February 1968 issue of Nature (Hewish et al. ...1968) and produced a sensation. White dwarf stars could not sustain such a rapid rotation; they would be destroyed by centrifugal forces. Hence, pulsars are spinning neutron stars with their magnetic moments inclined to spin axes. Their radio emission is generated outside a star, in the magnetosphere. It is beamed along the magnetic axis. The beamed radiation rotates with the star, and a pulsar is detected if its beam crosses the Earth. The emitted electromagnetic radiation carries away the rotational energy and momentum, producing a slow but regular spinning down of the pulsar which results in the increase of the pulse period.

结论
中子星肯定证明自己是唯一的同类产生巨大的利益在科学界对磁场脉动,发射的电磁辐射等…内部核心流程仍然很复杂,很多现象在这方面需要被理解。超级流动中扮演着重要角色在理解内部的紧凑的对象。

引用
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