#55 Magnetar, czyli Gwiazda Przytulasek

0. Wstępniak.

Magnetar.

Uuuuu, już to słyszę - znowu gwiazdy neutronowe (bo magnetar nią jest). Odczep się Pan! Wiadomo, Fizyk-Laik-Tłuk najbardziej lubi gwiazdy neutronowe (to tak na marginesie, jakbyście się zastanawiali, co bym chciał pod choinkę ;)), ale - ileż można! Panie, mi by się to znudziło po 3 dniach, a ten walczy już lat 5.

Chami się uprze i mu daj. Jak mu dam, jak nie mam? Pińcet złotych. Pińcet złotych dla mnie nie ma, a sam forsą sra! Gwiazda neutronowa. Pod choinkę, na choinkę, wszystko jedneo - exclusiv!

Magnetar. Czai się, żeby nam wyczyścić karty płatnicze. Żeby nam żelazo z żył i krwi wyssać (poważnie, tak by było, gdyby człowiek zetknął się z magnetarem). Już jest za rogiem. A Ty - drepczesz pełen nadziei, że to...

6 rano. Pobudka. A tu - nowy temat na @diesphys. Święta, czy jak?

1. Pochodzenie i efekty końcowe.

Pozostałości po supermasywnych gwiazdach, toto są te magnetary. Nie wiadomo za bardzo, a właściwie było wiadomo, ale już nie jest, a to oznacza, że było wiadomo błędnie - skąd pochodzi olbrzymie pole magnetyczne magnetarów. Jest nim pozostałość gwiazdy, w postaci neutronowej, także gwiazdy. Jak wiadomo, grawitacja powoduje kolaps, światło i energia promieniująca to jej przeciwstawna siła, i, voila! Mamy pewnego rodzaju stan równowagi, który pozwala gwieździe nie zapadać się dłużej i pozostać sobą ;)

Trochę liczb. Magnetar to pewien rodzaj gwiazdy neutronowej. Jego pole magnetyczne jest tak silne, że przewyższa kwadryliony razy ziemskie pole magnetyczne. A przecież - pasy Van Allena, czyli to, co otacza Ziemię, nie jest błahostką, którą można pominąć w tym równaniu - chroni nas przed wiatrem słonecznym, a to już coś.

Ale liczby, co? ;)

Tymczasem, pińcet tysięcy lat świetlnych od Ziemi...

Magnetar powstaje, gdy mniej więcej 8 razy cięższa od Słońca gwiazda zakańcza swe życie w wybuchu supernowej. Coś tam rypnęło, i mamy jądro zapadniętej gwiazdy, odarte z warstw bardziej zewnętrznych. A to już gwiazda neutronowa.

Magnetar - rąbie to nieźle po oczach. Nie, żebym widział, ale wypuszcza to promienie gamma i promienie rentgenowskie. Kiedy formuje się gwiazda neutronowa, zaczyna wirować. Mi już wiruje w głowie, ale jedźmy dalej, co nam zależy?

Przecież, i tak, wszyscy umrzemy.

1000 obrotów na sekundę. A to nic więcej, jak efekt dynama. Jak ono działa - obracające się pole magnetyczne wytwarza siłę elektromotoryczną, której efekt obserwujemy gdy żarówka, lampka w rowerze się świeci. I, tak samo, w magnetarze - ruchy wewnątrz-gwiezdne powodują powstanie dodatkowego pola magnetycznego.

Magnetary mogą także być końcowym stadium gwiazd, które posiadają bardzo silne pola magnetyczne. Być może, obok dynama, inny, drugi model jest poprawny. Otóż - pole magnetyczne gwiazdy przed wybuchem supernowej zachowało się postaci kosmicznej skamieliny, i towarzyszy gwieździe neutronowej!

2. Trochę konkretów.

Dokładnie nie wiadomo, co powoduje powstanie niezwykle silnego pola magnetycznego u magnetarów. Być może to wspomniany efekt dynama? Albo resztek wybuchu supernowej? 

Mniej więcej, znamy już pochodzenie magnetarów. Teraz dowiemy się, czym się charakteryzują. Te gwiazdy, oczywiście ;)

Pole magnetycze, indukcję magnetyczneą, mierzymy w gausach. To taka jednostka, nazwana na cześć fizyka z XIX wieku. Niemniej, jądro Ziemi to wielkość rzędu 25 gausów. Na powierzchni odczuwamy mniej niż pół gausa. Zwykły magnes to już 100 gausów. A gwiazda neutronowa? Miliard gausów Magnetar - 1000 razy więcej

Magnetary są tak potężne, że z odległości 1000 kilometrów pomerdałyby Twoimi elektronami, w atomach Twojej osoby. I nie byłoby nikomu do śmiechu, na pewno nie pozostałym miliardom ludzi na Ziemi, którzy doświadczyliby podobnego... zajścia. Rozejść się! ;). Zostałbyś rozerwany na poziomie subatomowym!

Co gorsza, mamy zimę. A co się robi w zimie? Siedzi w domu, je, trawi. Jednak gdyby ten magnetar pozostał na odległości 1000 kilometrów od naszej planety, atomy w twoim organizmie zmieniłyby kształt, chemicznie Twój organizm także zostałby unicestwiony, a co za tym idzie, cała gospodarka ciała poszłaby precz.

3. Wybuchowa informacja na zakończenie.

Pomyślcie sobie, że magnetar potrafi uwięzić cząsteczki promieniotwórcze w swoim polu magnetycznym. Oraz - potrafi nieźle zapodać po łbie. W tej żelaznej skorupie znajduje się materia zdegenerowana. Kiedy skorupa pęka, a zdarza się to, bo zdarza się nawet najlepszym - dochodzi do uwolnienia takiej energii, jaką Słońce wypromieniowuje przez 100000 lat. Hmmm, od razu przychodzi mi na myśl, że gdyby móc być w stanie uwięzić takiego energetycznego wała wycelowanego prosto w Ziemię, moglibyśmy zapomnieć o kłopotach z prądem. Jednak - przeczytałem ten artykuł, bo oczywiście niezbędna jest korekta. I wiecie co? Odeszła mi ochota na kombinowanie.

Udanego - wieczoru, poranka, dnia ;)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys

#54 Materia Zdegenerowana, czyli Zniszczony Fortepian

 

0. Wstęp.

Witajcie w naszej bajce. Tu słoń gra na fujarce, ale niestety, na tym podobieństwa z Akademią Pana Kleksa się kończą. Słoń gra na fujarce, bo takie mamy czasy, że lepiej niż Jan Brzechwa nikt by tego nie ujął - to bajka, nieco abstrakcyjna. I dopiero, gdy osnowę rzeczywistości opowiada bajkopisarz, jestem w stanie w ów scenariusz uwierzyć. Albo - potrzeba by aż Pana Jana Brzechwy, i pojęcia bajki, aby jakaś część naszych czasów mogłaby zostać opisana.

Ten wstęp napisałem po to, żeby uniknąć konfrontacji ze śpiewającym Pinokiem ;)

Materia zdegenerowana, językowo można by ugryźć to w sposób: 'zniszczona', 'dekadencka', 'spróchniała'.

Oczywiście, wielu z Was, gdy tylko napisałem zdegenerowana, pomyślała o bezdomnych. I pijakach. Nie ma odwrotu! Na pewno, jestem przekonany, że tak było. Bez dwóch zdań - jestem jednym z Was. 

Otóż poboczna historia, bo moja to ta ze zniszczonym fortepianem, wygląda tak:

'Heniek, widzisz tego, tam z boku? -Pewnie. O kurde, on się prawie budzi! -Szybko, jest coś jeszcze na dnie? -Czekaj, coś tam pisze... Degenerat, degrengolad, a, denaturat! - Hehe, nawet mi to przypasowało, to pierwsze, to o nim. - No, bo przecież nie o nas!'

Coby było zadość żartom o materii zdegenerowanej, i o tym, jak niektórzy się prowadzą. Ostro, mianowicie! ;)

U mnie zaś stoi fortepian, lekko prześwitujący, nie wiem, czy istnieje, podchodzę i sprawdzam, waży miliardy ton, koniec bajki. Śpiewał Pinokio ;)

1. Zaczynamy.

Co to takiego, ta materia zdegenerowaną? Jest to materia, która została pozbawiona elektronów na swoich orbitalach. Nukleony są bardzo gęsto upakowane. Właściwości takiej materii opierają się na zasadach mechaniki kwantowej. Potrzeba do tego (wytworzenia materii zdegenerowanej) olbrzymich ciśnień, jakie panują we wnętrzach gwiazd wymarłych. Podczas kolapsu gwiazdy elektrony zostają wybite z orbitali swoich nukleonów. Gęstość wzrasta. W momencie, gdy materia zostaje zgnieciona do ciśnienia degenerowania (coraz więcej elektronów na jednostkę objętości), odpychanie elektronów przeważa, a właściwie całkowicie odpiera atak grawitacyjnego kolapsu i nie pozwala na dalszy jego postęp. Dlatego biały karzeł to nic innego, jak gaz zdegenerowanych elektronów.

Acha. Powyżej pewnej masy (ograniczenie - reguła Chandrasekhara) stan równowagi nie może zostać utrzymany. Ten wspaniały balans między grawitacją a ciśnieniem wywieranym przez elektrony zostaje utracony. Powstaje gwiazda neutronowa lub czarna dziura. W 1 przypadku neutrony wyrównują ciśnienie związane z kolapsem grawitacyjnym. Ufff ;)

2.a) Od przedszkola do materii zdegenerowanej – musimy coś wiedzieć, żeby brać się za bary z tematem.

Istnieją sobie trzy rodzaje gwiazd. Powiedzmy, że dość małych, aby nie psuć efektu, bo małe jest piękne – pewnie jest trochę więcej niż trzy, albo osiem, blogowanie nie idzie w parze z dobrym liczeniem, bo gdy łapię słowa, uciekają mi cyfry (zasada nieoznaczoności Heisenberga się kłania ;))

A nie mówiłem – jesteśmy w przedszkolu, a już się możemy pomylić. I potem tłumaczyć pani nauczycielce, że jak było ‘h’ na lekcji, to byłem chory, dlatego piszę Cheisenberga ;)

Przedszkole fizyczne (ufff, bałem się, że jednak każą mi powtarzać klasę) rządzi się swoimi prawami. Te gwiazdy to, w dużym uproszczeniu – czarne dziury, gwiazdy neutronowe i białe karły. Są to istne laboratoria kosmiczne, takie odpowiedniki LHC, VIRGO czy LIGO w wydaniu naturalnym. Jako, że zawierają materię tak gęstą jak nic innego w Kosmosie, są wspaniałymi obszarami testowania także dla nas. Od procesów nuklearnych na powierzchni gwiazdy, przez elektronową materię zdegenerowaną na poziomie subnuklearnym, do kondensatów bozonowych, po inne stany materii barionowej.

2.b) Materia barionowa. Nie barowa ;)

Materią barionową nazywamy materię i jej cząstki, które mają niezerową liczbę kwantową. Razem z z typowymi przedstawicielami barionów, takimi jak nukleony – protonami i neutronami – tworzą hadrony. Barion to hadron o liczbie kwantowej 1, bo składa się z 3 kwarków. A hadrony się zderzają w LHC, jak można się szybko domyślić. I jesteśmy na Ziemi ;) To po prostu zwykła materia, nie ciemna, trochę jasna, bo materia barionowa występuje we Wszechświecie głównie w postaci plazmy.

2.c) I, rozumiesz, on powiedział, że jego kolega powiedział, że ja powiedziałem to jego koledze ;)

Dlaczego się cieszymy, że mamy naturalne gwiezdne laboratoria? Ponieważ w Kosmosie jest zimno, a w LHC już nie. Ciężkie jony zderzające się przy prędkościach relatywistycznych generują dużo rozpraszanej energii – cieplnej, oczywiście.

Dwie fantastyczne sprawy: jeśli hipoteza o materii zdegenerowanej, jako materii istniejącej we wnętrzu gwiazd kompaktowych jest prawdziwa, możemy wtedy ogłosić pewne fakty, np. - istnieje inna klasa, rodzaj białych karłów. Albo – materia zdegenerowana jest stabilniejsza niż materia złożona z nukleonów i elektronów.

I tak dalej.

Tymczasem, nas interesuje…

3.a) ...Elektronowa materia zdegenerowana, na słowo ‘elektronowa’ Heniek ze wstępu puściłby pawia.

Acha! Tak się narozpisywałem, że zapomniałem pododawać ekscytujące nowinki, opisy bardziej fizyczne, zaklasyfikowane jako ‘Co z tą materią zdegenerowaną?’ Czyli – o co w niej chodzi.

Ano, chodzi o to, że materia zdegenerowana to nic innego jak walka elektronów i składników jądra atomowego. Przy zapadaniu się materii i przechodzeniu w do stanu materii dziwnej funkcjonują dwie, z grubsza, zależności: Zakaz Pauliego oraz zapadanie się materii pod własnym ciężarem. Elektrony są coraz gęściej upakowywane, cała degenerująca się materia ‘spycha’ elektrony do stanu kwantowego o najniższej energii. I, elektrony nie mogą pozwolić sobie na złe traktowanie z powodu zakazu Pauliego...

3.b) Zakaz Pauliego. Na szybkiego ;)

Zakaz Pauliego stosuje się do cząstek zwanych fermionami – są jeszcze bozony, to druga forma materii. Fermiony mają to do siebie, że podporządkowują się zakazowi Pauliego, który mówi, że jeden stan kwantowy (istnieją tzw. wielkości kwantowe) może zajmować tylko jedna cząstka. Bozony olewamy, one też nas olewają, nas, czyli Was, Pauliego, mnie i zakaz, dlatego niech sobie się gromadzą w jednym stanie. Kwantowym. Bo dziś wszystko musi być kwantowe ;)

Dlatego, elektrony nie mogą się tak ścisnąć, żeby np. zajmować to samo miejsce, w jednakowym czasie. Bozony są elastyczne, fermiony nie.

4. Ciąg Dalszy Następujący :)

... i wywierają nacisk przeciwny, w kierunku nukleonowych składników materii dziwnej. Co prowadzi do… zahamowania dalszego kolapsu. Tak przebiega niesamowity proces – materia zapada się pod własnym ciężarem, jednak odpychane elektrony nie pozostają dłużne i odpowiadają pięknym za nadobne, ale nie tak złośliwie, po prostu Pauli im zakazał ;)

Gdyby nie powyższy fakt, nie mielibyśmy stabilnej materii dziwnej. Nie było by co badać. A ja nie miałbym oczywiście o czym pisać.

Także…

5. ...The End. Game Over…

Wyszedłbym na rower, ale jest ciemno, zimno, zupełnie jak obok gwiezdnych laboratoriów zjawisk fizycznych samej Natury.

Wszystko w porządku, a co z fortepianem? Muzyka klasyczna nie podlega degeneracji, ani żadnym naciskom ze strony materii... dziwne, prawda?  

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys