Gravitační síla v blízkosti hmotných objektů. závěrečná stádia hvězd

Gravitační síla v blízkosti hmotných objektů závěrečná stádia hvězd

O čem to bude ●

Popíšeme si závěrečná stádia hvězd a podmínky, při nichž se hvězda dostane do hoto stádia.

2/62

O čem to bude ●

Popíšeme si závěrečná stádia hvězd a podmínky, při nichž se hvězda dostane do hoto stádia.

●

Ověříme popis uvedený v knize.

●

Ukážeme si, co se stane v blízkosti černé díry.

3/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hnědý trpaslík (gigantická koule plynu) ●

počáteční hmotnost

●

odhad poloměru

●

teplota na povrchu

4/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hnědý trpaslík ●

Pokud je hmotnost hvězdy malá, nezažehne se v jádru fúze (slučování vodíku) a hvězda po svém vzniku pouze chladne a prakticky nezáří. (Slučuje sice lithium, ale to nevystačí na dlouho.)

5/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hnědý trpaslík ●

●

Pokud je hmotnost hvězdy malá, nezažehne se v jádru fúze (slučování vodíku) a hvězda po svém vzniku pouze chladne a prakticky nezáří. (Slučuje sice lithium, ale to nevystačí na dlouho.) Její poloměr se postupně zmenšuje a v okamžiku, kdy gravitace (spíše tlak) stlačí jádro natolik, že vznikne takzvaný degenerovaný elektronový plyn, její život končí a dále se již nijak zajímavě neprojevuje. 6/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hvězda hlavní posloupnosti

●


●

odhad poloměru

●

teplota na povrchu

neomezena téměř libovolný různá 7/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hvězda hlavní posloupnosti ●

Pokud je hmotnost dostatečná, zažehne se v jádru fúze (slučování vodíku) a hvězda září, dokud nespotřebuje většinu vodíku ve svém jádře. Pokud má dostatečnou hmotnost, může se zažehnout i další fúzní reakce (spalování helia, uhlíku, kyslíku atd. až po železo) 8/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Hvězda hlavní posloupnosti ●

●

Pokud je hmotnost dostatečná, zažehne se v jádru fúze (slučování vodíku) a hvězda září dokud nespotřebuje většinu vodíku ve svém jádře. Pokud má dostatečnou hmotnost, může se zažehnout i další fúzní reakce (spalování helia, uhlíku, kyslíku atd. až po železo) Její poloměr se postupně s dalšími reakcemi zvětšuje, jádro se však postupně zmenšuje. Díky gravitaci či tlaku záření se opět stlačuje jádro natolik, že uvnitř vzniká degenerovaný elektronový plyn. Život hvězdy končí 9/62 explozí (zažehnou se reakce na povrchu jádra a hvězda odhodí obal).

Teorie – závěrečná stádia hvězd Bílý trpaslík (gigantická molekula) ●


●

odhad poloměru

●

teplota na povrchu

●

hmotnost po odhození svrchní vrstvy 10/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Bílý trpaslík ●

Jádro je tvořeno degenerovaným elektronovým plynem. Elektrony se kolem jader atomů nepohybují po orbitech, ale jsou vtlačeny do blízkosti jader atomů a zde se pohybují volně.

11/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Bílý trpaslík ●

●

●

Jádro je tvořeno degenerovaným elektronovým plynem. Elektrony se kolem jader atomů nepohybují po orbitech, ale jsou vtlačeny do blízkosti jader atomů a zde se pohybují volně. Mimo silné gravitační pole tato látka nemůže existovat. Pojmem „degenerovaný elektronový plyn“ se také označuje běžná hmota za velmi nízkých teplot. 12/62

Degenerovaný elektronový plyn ●

Svými mechanickými, tepelnými a elektrickými vlastnostmi připomíná pozemské kovy, neboť se stává výborným vodičem tepla a elektřiny. Jsou zde jen dva drobné rozdíly, bod tání elektronově degenerované látky je řádově 109 K a v kovech se volné elektrony pohybují daleko od jader v takzvaném vodivostním pásu, kdežto v elektronově degenerovaném plynu se pohybují mezi jádry.

13/62

Degenerovaný elektronový plyn ●

Degenerovaný elektronový plyn je také velmi obtížně stlačitelný, neboť se zde uplatňuje kvantově mechanický efekt zvaný „Pauliho vylučovací princip“, který zakazuje dvěma různým fermionům v soustavě zaujmout tentýž kvantový stav. Tímto efektem se zamezí dalšímu přibližování elektronů k jádrům. Jestliže by se intenzita gravitačního pole dále zvyšovala, pak by došlo ke vtlačení elektronů do protonů a látka by se takzvaně neutronizovala.

14/62

Supermanův klíč

ukázka z filmu All Star Superman 15/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Neutronová hvězda (gigantický atom) ●


●

odhad poloměru

●

teplota na povrchu

●

hmotnost po odhození svrchní vrstvy 16/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Neutronová hvězda ●

Jádro je složeno pouze z neutronů (elektrony zde byly vtlačeny do protonů). Často se tento stav označuje jako degenerovaný neutronový plyn. Na povrchu se nachází degenerovaný elektronový plyn, zde intenzita gravitačního pole není tak velká. 17/62

Vězení

ukázka ze seriálu Doctor Who S06E02 18/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Černá díra (zamrzlá hvězda) ●

●

●

počáteční hmotnost odhad Schwarzschildova poloměru hmotnost po odhození svrchní vrstvy 19/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Černá díra ●

O tom v jakém stavu se nachází hmota uvnitř není nic známo. Teorie napovídá, že se vše zhroutí do jednoho bodu.

20/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd Černá díra ●

●

O tom v jakém stavu se nachází hmota uvnitř není nic známo. Teorie napovídá, že se vše zhroutí do jednoho bodu. Pro popis má význam Schwarzschildův poloměr. Pod touto hranicí není ani světlo schopno opustit gravitační působení černé díry. Těsně nad touto hranicí se světlu může podařit opustit černou díru, ale vše hmotnější a pomalejší spadne dovnitř.

21/62

Vlastnosti černé díry

ukázka ze seriálu Simpsonovi S24E02 22/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd ●

V okamžiku, kdy se začneme zabývat degenerovaným plynem, již nelze použít vztahy klasické fyziky.

23/62

Teorie – závěrečná stádia hvězd ●

●

V okamžiku, kdy se začneme zabývat degenerovaným plynem, již nelze použít vztahy klasické fyziky. Je nutno počítat se vztahy platnými pro kvantovou fyziku!

24/62

Uvedení do situace – Čílové Robert L. Forward, DRAČÍ VEJCE «Nejprve byl vyslechnut příspěvek gravitačních inženýrů, kteří popisovali nejčerstvější výsledky testů s řízenou gravitací a inerčními pohonnými jednotkami. Inerční motory představovaly pohonný mechanismus umožňující dosáhnout únikové rychlosti rovnající se třiceti devíti procentům rychlosti světla a opustit tak sféru přitažlivosti neutronové hvězdy. Nicméně nejnebezpečnější částí cestování do vesmíru zůstával i nadále problém explozivní dekomprese neutronové hmoty (tedy i hmoty cestovatele!) poté, co přestane být stlačována gravitačním působením hvězdy. I tento problém se však již inženýrům podařilo vyřešit.»

25/62

Uvedení do situace – Čílové Robert L. Forward, DRAČÍ VEJCE «Aby mohli přežít ve volném vesmíru, museli si čílové s sebou přivézt svou vlastní gravitaci. Jejich hlavní loď byla vlastně tvrdá krystalická koule o průměru přibližně čtyř centimetrů, obsahující ve svém nitru poměrně „velkou“ černou díru. Svou hmotností 11 miliard tun vytvářela na povrchu krystalové lodě gravitační pole 180 000 g. Přestože se tato hodnota ani zdaleka neblížila 67 miliardám g, ve kterých žili čílové na povrchu hvězdy, byla plně dostačující na to, aby uchovala hmotu jejich těl v degenerované podobě. Pomocné moduly představovaly jakési zmenšené verze hlavní lodi. Rozměry těchto jednoposádkových strojů a nákladových tahačů už nebyly tak velké, takže do každého stačilo umístit mnohem menší černou díru.»

26/62

Diskuse ●

Interval hmotnosti pro existenci neutronové hvězdy:

27/62

Diskuse ●

●

Interval hmotnosti pro existenci neutronové hvězdy: Hmotnost se označuje jako Chandrasekhartova mez a popisuje hranici mezi bílým trpaslíkem a neutronovou hvězdou.

28/62

Diskuse ●

●

●

Interval hmotnosti pro existenci neutronové hvězdy: Hmotnost se označuje jako Chandrasekhartova mez a popisuje hranici mezi bílým trpaslíkem a neutronovou hvězdou. Velikost číly je řádově několik milimetrů, hmotností je srovnatelný s člověkem. 29/62

Získaná data ●

povrchové zrychlení na neutronové hvězdě (Dračím vejci)

30/62

Získaná data ●

●

povrchové zrychlení na neutronové hvězdě (Dračím vejci) poloměr hvězdy

31/62

Získaná data ●


●

poloměr hvězdy

●

hmotnost hlavní lodi čílů

32/62

Získaná data ●


●

poloměr hvězdy

●


●

poloměr hlavní lodi čílů

33/62

Získaná data ●


●

poloměr hvězdy

●


●

poloměr hlavní lodi čílů

●

gravitační zrychlení na povrchu lodi (intenzita gravitačního pole)

34/62

Výpočty (hmotnost neutronové hvězdy) ●

intenzita gravitačního pole (Newton)

35/62


intenzita gravitačního pole (Newton)

36/62


intenzita gravitačního pole (degenerovaný plyn)

37/62


intenzita gravitačního pole (degenerovaný plyn)

38/62

Výpočty (intenzita gravitačního pole) Intenzita gravitačního pole pro vytvoření degenerovaného elektronového plynu ●

vyjdeme z rovnosti energie gravitačního pole a energie elektronu v atomu vodíku

39/62


●

vyjdeme z rovnosti energie gravitačního pole a energie elektronu v atomu vodíku

víme-li, že intenzita gravitačního pole je

40/62


po úpravě

41/62


po úpravě

42/62


po úpravě

●

což je

více než uvádí autor 43/62

Výpočty (energie degenerované hmoty ve vakuu) ●

rovnice β–rozpadu neutronu proton neutron

●

●

●

neutrino elektron

klidová hmotnost neutronu klidová hmotnost protonu klidová hmotnost elektronu

44/62


hmotnostní defekt v předchozí reakci

●

dosadíme do

●

uvolněná energie z jednoho neutronu 45/62


●

●

počet neutronizovaných neutronů ze kterých by se číla v jádru neutronové hvězdy skládal energie uvolněná z degenerované hmoty jeho těla ve vakuu což je asi 40 bomb dopadnuvších na Hirošimu (naštěstí většinu energie odnesou neutrina) 46/62

Výpočty (intenzita gravitačního pole a slapové síly) ●

intenzita gravitačního pole

47/62



intenzita hlavní lodi

intenzita pomocného modulu

48/62



intenzita hlavní lodi

intenzita pomocného modulu

49/62


slapové síly v případě volného pádu člověka o výšce

50/62



slapová síla hlavní lodi

slapová síla pomocného modulu 51/62



slapová síla hlavní lodi

slapová síla pomocného modulu 52/62

Závěr ●

Lidé by kontakt vnímali spíše jako útok, při kterém by výzkumníci z čílských řad postupně explodovali na orbitě své neutronové hvězdy.

53/62

Závěr ●

●

Lidé by kontakt vnímali spíše jako útok, při kterém by výzkumníci z čílských řad postupně explodovali na orbitě své neutronové hvězdy. Jeden kilogram elektronově degenerované látky by uvolnil energii srovnatelnou s energií při explozi (Trinitrotoluenu).

54/62

Závěr ●

Velmi zajímavá je úvaha o slapových silách. Jestliže by člověk volně padal (po hlavě) do černé díry, pak by nevnímal gravitační sílu, ale slapové síly, které by ho natahovaly. V blízkosti malých černých děr navíc dochází v místech blíže k černé díře ke stlačování padajícího objektu, v našem případě ke stlačování hlavy. U velkých černých děr stlačování bude zanedbatelné, natahování však velké.

55/62

Poučení ●

Při pohybu kolem miniaturních černých děr je přece jenom dobré se něčeho držet, neboť gravitační intenzita v blízkosti může být velká.

56/62

Poučení ●

●

Při pohybu kolem miniaturních černých děr je přeci jenom dobré se něčeho držet, neboť gravitační intenzita v blízkosti může být velká. Též je potřeba vyhnout se blízkému kontaktu, neboť při přiblížení se začnou uplatňovat především slapové síly, které mohou být mnohem nebezpečnější než samotná intenzita gravitačního pole.

57/62

Poučení ●

Není vhodné si hrát s neutronově degenerovanou hmotou ve stavu beztíže, neboť je poměrně dosti výbušná a při výbuchu uvolňuje neutrina. (Většinu energie naštěstí získají neutrina, která s běžnou hmotou prakticky neinteragují).

58/62

Pád do černé díry (Vsauce)

https://www.youtube.com/watch?v=3pAnRKD4raY 59/62

Pád do černé díry (stargazer)

https://www.youtube.com/watch?v=OGn_w-3pjMc (pouze v anglickém znění bez titulků)

60/62

Slapové síly poblíže černé díry

StarGate S02E16 61/62

Jak funguje červí (černá) díra

https://www.youtube.com/watch?v=YZFpIY7Z9bg 62/62

Gravitační síla v blízkosti hmotných objektů. závěrečná stádia hvězd

Recommend Documents