Хомяки приветствуют вас, друзья.

Сегодняшний пост будет посвящен интересному физическому явлению, которое порождает свет в обыкновенной воде. Одни называют это «нейтронной звездой», другие «сонолюминесценцией».
Если в пробирке создать определенные условия, то там родится маленький светящийся пузырек. Его физику описывают разными свойствами, которые трудно себе вообразить. В ходе узнаем, как в домашних условиях собрать установку для получения сонолюминесценции, как правильно настроить систему и рассмотрим трудности, которые могут возникнуть на пути создания такой звезды.



Всё началось с того, что одним прекрасным днем просиживая задницу в просторах ютуба, я нашёл ролик на канале Сергея Матюшенко про интересное явление в основе которого лежит свечение пузырька за счет акустического воздействия. Пересмотрев видео несколько раз, понял что повторить подобное явление как раз плюнуть. Через неделю на моем столе лежали все необходимые детали для сборки действующей установки.

Нейтронная звезда

В декабре 1933 года на встрече Американского астрономического общества астрофизики Фриц Цвикки и Вальтер Бааде высказали предположение о существовании особого вида небесных тел, который они назвали «нейтронная звезда». При этом саму частицу «нейтрон» английский физик Джеймс Чедвик открыл всего за год до этого, в 1932-м.

Астрофизики, пытаясь объяснить феномен сверхновых звёзд, предположили, что во время взрыва обычная звезда превращается в небесное тело, состоящее из чрезвычайно плотно упакованных нейтронов. Подпитывает сверхновые, как они правильно предположили, выброс гравитационной энергии, удерживавшей материю звезды.

Как художник представляет себе пульсар / B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Если у вас нет телескопа, это ещё не означает, что вы не можете совершать научные открытия в астрономии. Группа школьников в качестве практикума анализировала данные, собранные радиотелескопом Грин-Бэнк, и предоставленные Национальным научным фондом (NSF), и обнаружила пульсар с необычными характеристиками.

Пульсар PSR J1930-1852 представляет собою систему из двух нейтронных звёзд, вращающихся друг вокруг друга на расстоянии в 52 миллиона километров (что примерно соответствует расстоянию от Солнца до Меркурия). Самое большое расстояние между нейтронными звёздами, известное до этого, было в два раза меньше. А обычно нейтронные звёзды находятся ещё ближе друг к другу — иногда расстояние между ними сравнимо с диаметром Солнца.

Студенты сделали свою находку во время факультативной летней программы «Совместный поиск пульсаров» (Pulsar Search Collaboratory PSC), финансируемой NSF. Интересующиеся радиоастрономией школьники проводят время, изучая данные, полученные с радиотелескопа, и ищут признаки наличия пульсаров. Нашедших подходящий набор данных приглашают поработать с астрономами в Грин-Бэнк.

Фото: NASA/CXC/INAF/F.Coti Zelati et al

В 2013 году астрономы объявили, что обнаружили магнетар невероятно близко к сверхмассивной чёрной дыре в центре Млечного Пути (принято считать, что сверхмассивные чёрные дыры существует в центре многих галактик). Обнаружить звезду удалось благодаря нескольким телескопам на орбите, в том числе космической рентгеновской обсерватории «Чандра».

Слияние двух белых карликов приводит в образованию новой нейтронной звезды. Слияние между астрономическими телами происходит именно сейчас. Конечно, возможно, что столкновение между двумя звездами приведет к мощному взрыву. И, по крайней мере, до сих пор было трудно ответить на вопрос, что происходит, когда две звезды сталкиваются: они взрываются или происходит что то другое? Наблюдение за большим белым карликом, который, по-видимому, был продуктом двух малых белых карликов, может поддержать «что то другое».

С помощью 6,5-метровых оптических телескопов обсерватории Лас-Кампас в Чили астрономы обнаружили красный супергигант HV 2112, спектр которого сильно отличается от типичного для звёзд этого класса. Лучше всего он соответствует спектру предсказанной в 1977 году астрофизиками Кипом Торном и Анной Житков экзотической двойной системы. Объект Торна-Житков представляет собой тесную двойную систему из красного супергиганта и нейтронной звезды. Необычность этого объекта в том, что нейтронная звезда в этой системе в результате торможения о внешние слои супергиганта теряет скорость и по спиральной траектории стремительно проваливается внутрь него. Благодаря огромной температуре и силе тяжести у поверхности нейтронной звезды, окружающее её вещество супергиганта вступает в необычные термоядерные реакции, порождая избыточное количество лития и относительно тяжёлых элементов, таких как рубидий и молибден.

Радиотелескоп обсерватории Аресибо — крупнейший в мире из использующих одну апертуру. Диаметр его отражателя, расположенного в естественной карстовой воронке, — 304,8 метра. В апреле этого года сотрудники лаборатории опубликовали результаты наблюдений, которые подтверждают существование такого феномена как короткие радиовыспышки (Fast Radio Burst или FRB). Впервые такая вспышка была зарегистрирована в 2007 году радиотелескопом обсерватории Паркс в Австралии. В течение последующих лет было обнаружено ещё несколько вспышек, но все они были зарегистрированы тем же самым радиотелескопом. Теперь существование FRB получило независимое подтверждение.

Интерес астрономов к коротким радиовспышкам вызван тем, что они приходят с очень больших расстояний — порядка миллиардов световых лет, что говорит об их огромной яркости. Мощность такой вспышки, длящейся всего около миллисекунды, сопоставима с гамма-всплесками, которые сопровождают взрывы сверхновых и рождение чёрных дыр. Астрономы предполагают, что источником таких вспышек служит ранее неизвестная разновидность космических объектов — блицары. Поэтому подтверждение их существования имеет огромное значение, сравнимое с открытием пульсаров в 1967 году.

Происходящее в далёкой системе, в представлении художника

Австралийские и нидерландские учёные, совместно работающие в проекте Международного исследовательского центра радиоастрономии (ICRAR) опубликовали описание необычной системы двойных звёзд PSR J1023+0038. Одна из них, сверхплотная нейтронная звезда, поглощает материю другой, и испускает релятивистские струи такой мощности, которую ранее приписывали лишь чёрным дырам.

Чёрные дыры и нейтронные звёзды — это самые плотные из известных космических тел. Они образуются после «смерти» звезды, когда она вырабатывает всё свое топливо, и оставшийся после сгорания материал сжимается под собственной тяжестью в сравнительно небольшие объекты. Нейтронная звезда может иметь массу в полторы Солнечных, а диаметр её при этом будет составлять 10-15 км.

Часто сжавшаяся звезда вращается очень быстро. Поэтому в системах двойных звёзд, одна из которых всё ещё горит, как обычно, а вторая уже представляет собою сверхплотный объект, второй объект перетягивает на себя материю первого, и выбрасывает её с обоих своих полюсов, придавая материи очень большую энергию.

Часть 2. Прогулка

→ Первая часть

Во-первых, огромное спасибо за такое количество хороших и осмысленных комментариев. Лишь недостаток времени не позволяет детально на них все ответить. Но я ценю и дополнения, и ссылки на нечитанную фантастику (сколько же её!), и поправки. Спасибо!

В этом разделе не будет большой глубины. А будет небольшая экскурсия по окраинам pT-диаграммы, редко посещаемым даже популяризаторами науки. Зачем? Чтобы показать, что богатство миров и явлений, скорее всего, отнюдь не убывает при удалении от привычного нам «центра мира условий». И что, наверное, в тех местах может происходить что-то интересное и сюжетообразующее… при условии, что хоть один профессиональный писатель сможет качественно это помыслить. Но это — отдельная тема для обсуждения в третьей части. Здесь же у нас будут просто далёкие миры. Не в парсеках далёкие, но оттого не менее труднодостижимые.

Юпитер

Вот так он выглядит снаружи:

Замедлитель антипротонов в CERN

Антиматерия — очень хрупкое вещество (точнее, антивещество). Но физики настолько хорошо научились её контролировать, что сейчас впервые в истории решили рискнуть и транспортировать небольшое количество антипротонов на расстояние в несколько сотен метров.

Антиматерию добывают в Большом адронном коллайдере, собирая облака антипротонов после столкновения пучка протонов с металлической мишенью и аккуратного замедления разлетающихся частиц, чтобы их можно было использовать в последующих экспериментах. В данном случае CERN готовится к эксперименту по аннигиляции антипротонов PUMA (anti-Proton Unstable Matter Annihilation), пишет журнал Nature.