curs 9

Până în 1975, nucleul și fizica particulelor elementare au fost luate în considerare diferite domenii ale științei, și doar câteva au încercat să înțeleagă modul în care descoperirile într-o singură zonă poate stimula cercetarea intr-o alta. La mijlocul anilor '70, a devenit clar că studiul evoluției universului timpuriu oferă o oportunitate unică de a explora fenomenele de mare energie, care sunt imposibil să recreeze în laborator.

9.1. Ideea modernă a evoluției stele

9.1.1. contracția gravitaționale. Sursele de energie primară de stele.

Stele radia de energie din cauza care apar în cadrul acestora reacții termonucleare. Deși această idee pentru o lungă perioadă de timp (de la descoperirea reacțiilor nucleare) exprimate de unii cercetători, dar se bazează pe teoria cantitativă detaliată a surselor de energie stelare Bote a fost dezvoltat abia în 1939

Conform ideilor moderne de stele născute din complexe de gaz-praf extins constând în principal din hidrogen. Datorită instabilității gaz-praf șpalturi complexe gravitațional într-o multitudine de piese mai mici, nori. Fiecare dintre acești nori nu este încă o stea, dar se poate transforma într-o stea, în cazul în care masa sa este suficient de mare. În acest caz, se numește protostea. Ca rezultat al compresiei gravitaționale încălzit protosteaua. Când protosteaua temperatură interior atinge valori suficiente pentru fluxul reacțiilor de fuziune proton-proton, și compresia gravitațională este oprit din cauza puterii presiunii cinetică gazului și protosteaua devine o stea.

Estimăm temperatura medie a stelei în momentul formării sale din nori de gaz și de praf. Este evident că acest lucru este suficient pentru a cunoaște energia cinetică medie a mișcării termice a particulelor de stele. Pentru simplificare, presupunem că steaua constă din hidrogen, care este complet ionizat la o temperatură ridicată în interiorul stelei. Energia mișcarea termică a particulelor se obține datorită energiei gravitaționale eliberată la protosteaua compresie. Cu toate acestea, nu toate eliberat energia gravitațională merge în încălzirea stelelor. O parte semnificativă a acesteia este cheltuit pe radiații. Prin urmare, noi nu folosim legea de conservare a energiei, iar teorema virialului clasică.

Teorema virialului - relația dintre sistemul cinetică medie Ek energie a particulelor care se deplasează într-o regiune limitată de spațiu, cu forțele existente în aceasta:

Suma se numește Virialom Klauziusa.

teorema virialului se referă la comportamentul sistemului mecanic al particulelor, care efectuează o mișcare finită. În cazul în care RI - vector raza particulei i-lea, Ml - masa sa, și -action Fi puterea ei, atunci

Am rezuma această relație în toate particulele din sistem și lăsați Ek energia cinetică. atunci

Să ne media acestei ecuații într-o perioadă fizic infinit de mare de timp și de a obține un T

Când T® ¥ din cauza spațiului limitat în care sistemul se deplasează, în partea stângă este zero, și ca rezultat au

= 0 (virial Clausius).

Dacă forțele caracterizate printr-un potențial U (ri), teorema virialului poate fi scris ca (9,4)

1 / r, al doilea termen din formula de mai sus reprezintă energia potențială medie. În acest caz, raportul final între media pentru energiile cinetice și potențiale care decurg din Clausius voință virial

Aceasta implică, de exemplu, că, pentru un obiect spațial ca protostea, Ug de energie gravitațională este negativ, iar valoarea absolută a două ori energia cinetică a mișcării de translație termică a particulelor de materie.

energia gravitationala lansat în procesul de comprimare a protostea se consumă nu numai pentru a crește energia cinetică a mișcării termice a particulelor în finală, dar, de asemenea cheltuit pe radiații electromagnetice și neutrino. Din legea de conservare a energiei totale a unui sistem închis, rezultă că

Prin urmare, luând în considerare teorema virialului obținem.

Astfel, jumătate din energia gravitațională a stelei, gravitaționale eliberat în momentul protosteaua de compresie transformarea ei într-o stea merge pentru a crește energia cinetică (termică) a stelei, iar cealaltă jumătate este purtat de radiații. Când are loc reacția de fuziune și o valoare starea de echilibru va rămâne neschimbat. Apoi, toată energia eliberată în timpul reacțiilor de fuziune vor fi transportate departe de radiații.

Estimăm temperatura medie a stelei. În acest scop, notat m (r) materia masa stelare într-o sferă de rază r. al cărui centru coincide cu centrul stelei. Dacă cădea pe această sferă de masă dm infinit eliberată de energie gravitațională de energie gravitațională totală eliberată în timpul formării de stele, dat de integrala unde M - stele în masă format. Așa cum sa arătat mai sus jumătate din această energie merge în încălzirea stelei. Ulterior, când compresia gravitațională încetează, începe să fie alocate în cadrul energiei stele datorita fuziunii termonucleare, care prevede pentru menținerea temperaturii și emisie la acel nivel. Ca rezultat, energia termică a stelei va rămâne neschimbată și-a exprimat jumătate integrantă scris mai sus. Această integrală poate fi calculată cu exactitate, dacă a existat o densitate cunoscută a materialului stelare, în funcție de raza. Din cauza ignoranței r (r) va trebui să fie estimare conținut. evident

unde R este raza stelei (9.7)

Aceasta înseamnă o anumită valoare valoare medie.

Suntem angajați în temperatura medie a evaluării nu este o stea deloc, stelele au doar format din nor de gaz și praf, care constă aproape în întregime din hidrogen ionizat. Datorită temperaturii ridicate aferenți statisticii clasice Boltzmann. Energia medie a mișcării termice a protonului este egal cu 3 / 2KT. Același lucru este valabil și pentru electron liber. Numărul de protoni împreună cu electroni în stea este egală cu 2M / mp. Prin urmare, energia termică a stelei este 3MkT / mp. Asimilarea această expresie a energiei cinetice medii a constatat mai sus,

Calculul exact prin această formulă necesită cunoașterea densității substanței stea în funcție de raza (vezi. fig. 9.3). dar, după cum

Vom aplica aceste estimări la soare. MQ 2 x 10 = 33 g; RQ = 7 x 10 cm brumărel. Apoi obținem

Metoda optică este doar de suprafață solară temperatura aplicabilă. Este 6 × 10 martie K. Cu toate acestea, în modelele moderne greutatea Sun a carcasei exterioare, în care temperatura T <10 6 К, составляет всего около 1% общей массы Солнца. Для точного вычисления температуры, как уже указывалось, надо знать распределение плотности вещества в недрах Солнца. Современные расчёты по моделям дают для центра Солнца ТQ =15×10 6 К. РQ =3,4×10 17 дин /см 2. rQ = 160 г/см 3 ; LQ = 3,83×10 33 эрг/сек.

Astfel, contracția gravitațională încălzește intestinele interioare ale stelei la o temperatură

Luna iulie 10 K (1 keV) și mai sus. Asta e suficient pentru interiorul stelei a început sinteza de elemente mai grele. O astfel de sinteză este sursa de energie emisă de stele. Practic - o sinteză a elementelor mai grele (de preferință heliu) de hidrogen, care determină cantitatea de bază de atomi din univers (

90% Atomi de hidrogen; ×

Estimările teoretice arată că, atunci când M £ 0,1MQ de compresie gravitațională este insuficient pentru temperaturi de fuziune. Acesta este motivul pentru care procesul de contracție gravitațională a tuturor planetelor din sistemul solar, inclusiv Jupiter (M ¥ = 0,001MQ), nu a condus la formarea stelelor de satelit.

Pc-ul de presiune gravitațională în centrul unei stele poate fi găsit prin rezolvarea ecuației hidrostaticii:

unde m (r) este masa, un r (r) este densitatea.

Astfel, presiunea în centrul stelei este egal cu

Din aceasta rezultă, sau, în general,

în care - g adimensional coeficient r depinde doar de distribuția densității lungul razei stelei.