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:
- формирование базовых знаний в области физики сверхновых звезд как дисциплины, интегрирующей общефизическую и общетеоретическую подготовку физиков и обеспечивающей технологические основы современных инновационных сфер деятельности;
- формирование основополагающих знаний по гидродинамике, переносу излучения, радиационной гидродинамике, моделированию кривых блеска и спектров сверхновых звезд, по сложным физическим процессам, протекающим при взрывах сверхновых;
- формирование подходов к выполнению исследований студентами в области физики сверхновых звезд в рамках выпускных работ на степень магистра.
Программа
Часть I
- 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.
- 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.
- Основы термодинамики звёзд Основные характеристики вещества и излучения. Давление плазмы и фотонного газа
- Гидростатическое равновесие звезды Уравнение равновесия невращающейся немагнитной звезды .
- Вариационный принцип. Теорема вириала Экстремум полной энергии звезды в равновесии. Первая и вторая вариации энергии. Различные выводы теоремы вириала.
- Аналитическая теория политропных шаров Теория Лейна-Риттера-Эмдена. Уравнение Эмдена. Основные параметры политропы.Частные случаи политропных моделей.
- Теория холодных белых карликов Фермиевское давление электронного газа. Кулоновские поправки. Кристаллизация холодной плазмы. Чандрасекаровский предел.
- Горячие и очень массивные звёзды Преобладание лучистого давления в массивных звёздах. Рождение электрон-позитронных пар в звёздных недрах.
- 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.
- 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.
-
Рассеяние. Критическая эддингтоновская светимость Тормозное излучение зарядов. Рассеяние излучения на свободных электронах. Перенос излучения при рассеянии.
Часть II
- Устойчивость теплового потока. Конвекция Конвекция. Условие конвективной неустойчивости. Критерий Шварцшильда и критерий Леду.
- Ядерные реакции в звёздах Свойства ядерных сил. Простейшие примеры. Учет электромагнитного взаимодействия частиц. Слабое взаимодействие. Ядерные реакции в звездах. Поиски солнечных нейтрино.
- Строение и устойчивость звезд Качественная картина эволюции звезды. Основные уравненяия строения.
- Связь масса-светимость и главная последовательность Теория подобия и порядковые оценки в физике звёзд. Зависимости масса-радиус и масса-светимость на главной последовательности.
- Тепловая устойчивость звёзд, термоядерные сверхновые Загорание гелия и углерода в вырожденных условиях. Формирование пламени и его неустойчивости. Взрывы сверхновых типа Ia.
- 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.
- 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.
- Роль нейтрино, нейтронизация вещества Процессы электронного захвата в холодных и горячих звёздах. Плазменные нейтрино. Нейтрино от аннигиляции пар.
- Эффекты релятивистской гравитации в устойчивости Поправки на эффекты общей теории относительности и её роль в эволюции звёзд. Гравитационное красное смещение. Замедление времени
- Сильные гравитационные поля и строение звёзд Решение Шварцшильда. Движение частиц в поле Шварцшильда. Сферически-симметричное поле внутри звезды. Общие свойства равновесия релятивистских звёзд.
- Устойчивость релятивистских звезд, предел масс нейтронных звёзд Уравнение Оппенгеймера-Волкова и предел массы холодной звезды. Статический критерий устойчивости.
Литература
- Я.Б. Зельдович, С.И. Блинников, Н.И. Шакура "Физические основы строения и эволюция звезд", издательство МГУ, Москва, 1981
- П.И. Бакулин, Э.В. Кононович, В.И. Мороз "Курс общей астрономии", Наука, Москва, 1977.
- Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков "Теория тяготения и эволюция звезд", Наука, Москва, 1971.
- Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшиц "Гидродинамика", Наука, Москва, 1986.
- А.В. Засов и К.А. Постнов "Общая астрофизика" , Москва 2-е издание, 2011 год.
- В.В. Соболев "Курс теоретической астрофизики", Наука, Москва, 1975.
- Я.Б. Зельдович и Ю.П.Райзер "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений", Наука, Москва, 1966.
- Г.С. Бисноватый-Коган "Физические вопросы теории звездной эволюции", Наука, Москва, 1989.