|
Как связать воедино все объекты во Вселенной
|
|
|
|
Если вы когда-либо проходили вводный курс астрономии, вы, вероятно, видели диаграмму Герцшпрунга-Рассела (ГГР). Этот график отображает жизненный цикл звезд, показывая их температуру в зависимости от светимости, и более века служит «шпаргалкой» для звездной астрофизики. Но Вселенная полна не только звезд, и новая статья в журнале Publications of the Astronomical Society of the Pacific, написанная Габриэлем Стюардом и Мэтью Хедманом из Университета Айдахо, пытается сделать для плотности и массы всех объектов то же, что диаграмма ГГР сделала для жизненного цикла звезд — предоставить связную, визуальную карту для их представления.
|
|
|
|
Их работа, которую они называют «Последовательность целостных объектов», основана на графике плотности более 2000 астрономических объектов в зависимости от их массы. Размеры объектов варьируются от Итокавы, одного из небольших астероидов, до голубых сверхгигантских звезд, и карта охватывает поразительные 12 порядков величины. Но, что важно, они отобразили только «когезивные объекты», которые они определяют как любое астрономическое тело, имеющее относительно четко определенную поверхность, являющуюся результатом прямого физического взаимодействия его компонентов.
|
|
|
|
Это исключает такие объекты, как туманности и галактики, но, что интересно, включает черные дыры, поскольку авторы утверждают, что горизонт событий действует как единая, четко определенная физическая граница, даже несмотря на то, что он не состоит из традиционной материи. Используя данные по 2157 объектам, команда убедилась, что их график прочно основан на реальности, и сам график показывает некоторые интересные связи и точки перегиба, которые не очевидны при астрономических наблюдениях.
|
|
|
|
|
|
|
Начиная с нижнего предела, плотность астероидов и комет довольно линейно возрастает с их массой, поскольку гравитация сжимает их обычно пористую структуру. Однако график также показывает наличие очень небольшой переходной точки, где объект начинает выглядеть менее похожим на картофелину (то есть «неправильной формы») и начинает приобретать более сферическую форму. Эта переходная точка находится между Вестой, крупнейшим из известных неправильных объектов (4,3*10^-5 массы Земли), и спутником Сатурна Мимасом, самым маленьким из известных сферических объектов (6,3*10^-6 массы Земли).
|
|
|
|
Расхождение между их размерами и ожидаемыми формами объясняется их материальным составом — Мимас почти полностью состоит из водяного льда, который относительно податлив и легко округляется, тогда как Веста, «королева пояса астероидов», каменистая и плотная, но не обладает достаточной гравитационной силой, чтобы сжать этот камень в сферу.
|
|
|
|
Если рассматривать массы планет, то можно выделить три различных региона: земные миры, такие как Земля, миры, богатые летучими веществами, такие как ледяные гиганты нашей Солнечной системы (Уран и Нептун), и газовые гиганты, такие как Сатурн и Юпитер. График масс планет демонстрирует интересную закономерность. Для планет земной группы наблюдается типичное линейное увеличение массы в зависимости от веса. Однако для планет, богатых летучими веществами, чем больше масса, тем ниже плотность, что меняет тенденцию на графике до этого момента. Затем, примерно при массе 100 земных масс, последовательность возвращается к положительной корреляции для газовых гигантов.
|
|
|
|
Одной из интересных особенностей графика является отсутствие четкого различия между сверхбольшими газовыми гигантами и самой маленькой формой «звезды» — коричневыми карликами. Несмотря на то, что астрономы классифицируют их по-разному (поскольку коричневые карлики могут синтезировать дейтерий, по крайней мере, некоторое время), на графике масса/плотность коричневые карлики практически неотличимы от сверхмассивных газовых гигантов.
|
|
|
|
Линейная тенденция к увеличению массы продолжается до тех пор, пока не достигнет массы, необходимой для запуска термоядерного синтеза водорода и рождения настоящей звезды. Это коррелирует с «переломом Крафта», поворотным моментом в физике звёзд, когда звёзды переходят от «конвективного» режима, при котором плазма отводит тепло из ядра, к «радиационному», при котором тепло от их внутренних двигателей излучается в виде света. После этой точки кривая плотности/массы резко падает.
|
|
|
|
Хотя график в основном выглядит согласованным, есть несколько заметных выбросов. Белые карлики имеют гораздо большую плотность, чем традиционные звезды, и фактически демонстрируют положительную зависимость между плотностью и массой. Нейтронные звёзды, как и следовало ожидать, находятся очень высоко на оси плотности, имея при этом примерно такую же массу, как и более традиционные звёзды. Чёрные дыры имеют гораздо большую массу, чем всё остальное, но не обязательно более плотные — возможно, потому что горизонт событий на самом деле не является физическим полем, и сам объект, вероятно, намного меньше.
|
|
|
|
В данных, использованных для построения графика, есть некоторые пробелы — авторы признают, что все объекты с меньшей массой были основаны на данных из нашей Солнечной системы. Таким образом, хотя и разумно ожидать, что в других солнечных системах будут существовать подобные маломассивные объекты, и что они будут схожи по соотношению плотности и массы, на данный момент это лишь предположение, поскольку мы еще ничего подобного не обнаружили.
|
|
|
|
Но, пожалуй, наибольший вклад этой работы заключается в разрушении барьеров, которые астрономы иногда случайно создают в своей дисциплине. Соединение астероидов вплоть до черных дыр на едином, согласованном графике помогает визуализировать реальные связи между всеми этими объектами. И это служит мощным напоминанием о том, что всё во Вселенной относительно.
|
|
|
|
Источник
|
