Физика звезд: структура и эволюция - 4 курс, 7 и 8 семестры

Цели и задачи

Цель курса – освоение студентами фундаментальных знаний в области физики сверхновых звезд, методов их исследования, а также областей практического применения этих знаний. Задачами данного курса являются:

Программа

Часть I

  1. Основные наблюдательные данные о звёздах Типы звёздного населения. Массы, радиусы,светимости звёзд. Функция масс. Одиночные и двойные. Классификация звёзд. Вырожденные звёзды, нейтронные и чёрные дыры.
  2. Элементы ньютоновской теории тяготения Энергия взаимодействия, силы, ускорения, постоянная тяготения, отличие гравитационного взаимо-действия от других типов взаимо-действий. Векторное поле ускорений, теорема Гаусса, гравитационный потенциал, уравнение Пуассона. Сферически-симметричные поля тяготения, полная и текущая массы звезд, эйлеровы и лагранжевы координаты. Энергия гравитацион-ного взаимодействия.
  3. Основы термодинамики звёзд Основные характеристики вещества и излучения. Давление плазмы и фотонного газа
  4. Гидростатическое равновесие звезды Уравнение равновесия невращающейся немагнитной звезды .
  5. Вариационный принцип. Теорема вириала Экстремум полной энергии звезды в равновесии. Первая и вторая вариации энергии. Различные выводы теоремы вириала.
  6. Аналитическая теория политропных шаров Теория Лейна-Риттера-Эмдена. Уравнение Эмдена. Основные параметры политропы.Частные случаи политропных моделей.
  7. Теория холодных белых карликов Фермиевское давление электронного газа. Кулоновские поправки. Кристаллизация холодной плазмы. Чандрасекаровский предел.
  8. Горячие и очень массивные звёзды Преобладание лучистого давления в массивных звёздах. Рождение электрон-позитронных пар в звёздных недрах.
  9. Звёздное вещество и перенос излучения Процессы взаимодействия излучения и вещества. Коэффициенты поглощения, излучательной способности и рассеяния. Локальное термо-динамическое равновесие. Ионизационное и статистическое равновесие звездного вещества. Уравнение состояния звездной плазмы. Непрозрач-ность звездного вещества. Усреднение коэффициента поглощения. Росселандово среднее.
  10. Кинетика фотонов и формула Планка Вывод уравнения переноса излучения. Оптическая толщина и функция источника. Формальное решение уравнения переноса. Уравнение переноса для угловых моментов. Условие лучистого равновесия. Диффузионный предел и приближение лучистой тепло-проводности.
  11. Рассеяние. Критическая эддингтоновская светимость Тормозное излучение зарядов. Рассеяние излучения на свободных электронах. Перенос излучения при рассеянии.

    Часть II

  12. Устойчивость теплового потока. Конвекция Конвекция. Условие конвективной неустойчивости. Критерий Шварцшильда и критерий Леду.
  13. Ядерные реакции в звёздах Свойства ядерных сил. Простейшие примеры. Учет электромагнитного взаимодействия частиц. Слабое взаимодействие. Ядерные реакции в звездах. Поиски солнечных нейтрино.
  14. Строение и устойчивость звезд Качественная картина эволюции звезды. Основные уравненяия строения.
  15. Связь масса-светимость и главная последовательность Теория подобия и порядковые оценки в физике звёзд. Зависимости масса-радиус и масса-светимость на главной последовательности.
  16. Тепловая устойчивость звёзд, термоядерные сверхновые Загорание гелия и углерода в вырожденных условиях. Формирование пламени и его неустойчивости. Взрывы сверхновых типа Ia.
  17. Стадии горения водорода, гелия, углерода, кремния Общие сведения об эволюции массив-ных звезд. Причины потери устойчи-вости к гравитационному коллапсу железными ядрами звезд. Диаграмма центральная температура - центральная плотность и уравнение состояния звездной плазмы.
  18. Механическая устойчивость звёзд, коллапс Гравитационный коллапс железных ядер. Начальная стадия. Стадия ней-триносферы. Гравитационный коллапс до и после отскока. Гидродина-мический механизм взрыва сверх-новой типа II.
  19. Роль нейтрино, нейтронизация вещества Процессы электронного захвата в холодных и горячих звёздах. Плазменные нейтрино. Нейтрино от аннигиляции пар.
  20. Эффекты релятивистской гравитации в устойчивости Поправки на эффекты общей теории относительности и её роль в эволюции звёзд. Гравитационное красное смещение. Замедление времени
  21. Сильные гравитационные поля и строение звёзд Решение Шварцшильда. Движение частиц в поле Шварцшильда. Сферически-симметричное поле внутри звезды. Общие свойства равновесия релятивистских звёзд.
  22. Устойчивость релятивистских звезд, предел масс нейтронных звёзд Уравнение Оппенгеймера-Волкова и предел массы холодной звезды. Статический критерий устойчивости.

Литература