Neutrónové hviezdy: Definícia a fakty

Tvorba neutrónových hviezd

Neutrónové hviezdy vznikajú, keď obrie hviezdy zomrú v supernovách a zrútia sa ich jadrá, pričom protóny a elektróny sa v podstate navzájom topia a vytvárajú neutróny. (Obrazový kredit: NASA / Dana Berry)





Neutrónové hviezdy sú hviezdne objekty veľkosti mesta s hmotnosťou asi 1,4-násobkom hmotnosti Slnka. Tieto malé predmety, ktoré sa narodili z explozívnej smrti ďalších väčších hviezd, majú poriadny úder. Pozrime sa, čo sú zač, ako vznikajú a ako sa líšia.

Hviezdny fénix

Keď hviezdy štyri až osemkrát hmotnejšie ako slnko explodujú v násilnej supernove, ich vonkajšie vrstvy môžu odfúknuť na často veľkolepom displeji a zanechať za sebou malé husté jadro, ktoré sa stále zrúti. Gravitácia tlačí materiál na seba tak pevne, že sa protóny a elektróny spoja a vytvoria neutróny, čím sa získa názov „neutrónová hviezda“. [Fotografie Supernovy: Skvelé obrázky hviezdnych výbuchov]

Neutrónové hviezdy balia svoju hmotnosť do priemeru 20 kilometrov. Sú takí hustý že jedna čajová lyžička by vážila miliardu ton - za predpokladu, že sa vám nejakým spôsobom podarilo zachytiť vzorku bez toho, aby vás zachytila ​​silná gravitačná sila tela. V priemere je gravitácia na neutrónovej hviezde 2 miliardy krát silnejšia ako gravitácia na Zemi. V skutočnosti je dostatočne silný na to, aby výrazne ohnul žiarenie z hviezdy v procese známom ako gravitačné šošovky, čo astronómom umožňuje vidieť časť zo zadnej strany hviezdy.



Sila supernovy, ktorá ju zrodila, dáva hviezde extrémne rýchlu rotáciu, vďaka ktorej sa niekoľkokrát za sekundu otočí. Neutrónové hviezdy sa môžu otáčať až 43 000 krát za minútu, pričom sa v priebehu času postupne spomaľujú.

Otvorená hviezdokopa Messier 50

Ak je neutrónová hviezda súčasťou binárnej sústavy, ktorá prežila smrtiaci výbuch zo svojej supernovy (alebo ak zachytila ​​okoloidúceho spoločníka), veci môžu byť ešte zaujímavejšie. Ak je druhá hviezda menej hmotná ako slnko, ťahá hmotu od svojho spoločníka do Rocheho laloku, balónovitého oblaku materiálu, ktorý obieha okolo neutrónovej hviezdy. Sprievodné hviezdy až 10 -násobok hmotnosti Slnka vytvárajú podobné prenosy hmoty, ktoré sú nestabilnejšie a nevydržia tak dlho.



Hviezdy sú viac ako 10 -krát hmotnejšie ako materiál prenášajúci slnko vo forme hviezdneho vetra. Materiál prúdi pozdĺž magnetických pólov neutrónovej hviezdy a pri zahrievaní vytvára röntgenové pulzácie.

Do roku 2010 bolo pomocou rádiovej detekcie identifikovaných približne 1 800 pulzarov, pričom ďalších 70 bolo nájdených pomocou gama lúčov. Niektoré pulzary dokonca majú planéty obiehajúce okolo nich - a niektoré sa môžu zmeniť na planéty.

Druhy neutrónových hviezd

Niektoré neutrónové hviezdy majú výtrysky materiálov, ktoré z nich prúdia takmer rýchlosťou svetla. Keď sa tieto lúče pohybujú okolo Zeme, blikajú ako žiarovka majáka. Vedci ich podľa pulzujúceho vzhľadu nazývali pulzary . Normálne pulzary sa točia 0,1 až 60 -krát za sekundu, zatiaľ čo milisekundové pulzary môžu dosahovať až 700 -krát za sekundu.



Keď röntgenové pulzary zachytia materiál prúdiaci z masívnejších spoločníkov, tento materiál interaguje s magnetickým poľom a vytvára vysoko výkonné lúče, ktoré je možné vidieť v rádiovom, optickom, röntgenovom alebo gama spektre. Pretože ich hlavný zdroj energie pochádza z materiálu od ich spoločníka, často sa im hovorí „pulzary poháňané akreciou“. „Pulzary poháňané točením“ sú poháňané rotáciou hviezd, pretože elektróny s vysokou energiou interagujú s magnetickým poľom pulzaru nad svojimi pólmi. Mladé neutrónové hviezdy skôr, ako sa ochladia, môžu tiež vytvárať impulzy röntgenového žiarenia, keď sú niektoré časti teplejšie ako ostatné.

Keď sa materiál v pulzare zrýchľuje v magnetosfére pulzaru, neutrónová hviezda produkuje emisiu gama žiarenia. Prenos energie v týchto pulzaroch gama žiarenia spomaľuje otáčanie hviezdy.

Blikanie pulzarov je tak predvídateľné, že vedci zvažujú jeho použitie na navigáciu vo vesmíre.

'Niektoré z týchto milisekundových pulzarov sú extrémne pravidelné, pravidelné ako hodiny,' povedal Keith Gendreau z Goddardovho vesmírneho letového strediska NASA v Marylande v roku 2018.

'Tieto pulzary používame rovnako ako atómové hodiny v navigačnom systéme GPS,' povedal Gendreau.

Priemerná neutrónová hviezda sa môže pochváliť silným magnetickým poľom. Podľa astrofyzika Paula Suttera je magnetické pole Zeme okolo 1 gaussa a slnko asi niekoľko stoviek gaussov. Neutrónová hviezda má však magnetické pole bilióna gaussov.

Magnetary majú magnetické polia tisíckrát silnejšie ako priemerná neutrónová hviezda. Výsledný odpor spôsobuje, že otáčanie hviezdy trvá dlhšie.

'To dáva magnetary na prvé miesto, úradujúcich šampiónov v univerzálnej súťaži' najsilnejšie magnetické pole ', povedal Sutter. 'Čísla tam sú, ale je ťažké omotať okolo nich mozog.'

Tieto polia spôsobujú chaos vo svojom miestnom prostredí, pričom atómy sa tiahnu do tyčiniek tenkých ceruziek v blízkosti magnetarov. Husté hviezdy môžu tiež spôsobovať výbuchy žiarenia s vysokou intenzitou.

'Dostaňte sa príliš blízko k jednému (povedzme do 1 000 kilometrov alebo asi 600 míľ) a magnetické polia sú dostatočne silné na to, aby narušili nielen vašu bioelektricitu - a vaše nervové impulzy sa tak stanú veselo nepoužiteľnými - ale aj vašou veľmi molekulárnou štruktúrou,' Povedal Sutter . 'V magnetarovom poli sa jednoducho ... rozpustíš.'

S najvyššou hustotou zo všetkých známych vesmírnych objektov môžu neutrónové hviezdy vyžarovať žiarenie po celej galaxii.

S najvyššou hustotou zo všetkých známych vesmírnych objektov môžu neutrónové hviezdy vyžarovať žiarenie po celej galaxii.(Obrazový kredit: Karl Tate, infografický umelec)

Padajúce hviezdy

Rovnako ako normálne hviezdy, dve neutrónové hviezdy môžu navzájom obiehať. Ak sú dostatočne blízko, môžu sa dokonca špirálovito dostať dovnútra svojho záhuby v intenzívnych javoch známych ako „ kilonova . '

Zrážka dvoch neutrónových hviezd spôsobila, že vlny boli počuť po celom svete v roku 2017, keď vedci zistili gravitačné vlny a svetlo pochádzajúce z rovnakého kozmického výbuchu. Výskum tiež poskytol prvý solídny dôkaz, že zrážky neutrónových hviezd sú zdrojom veľkej časti zlata, platiny a ďalších ťažkých prvkov vesmíru.

'Pôvod skutočne najťažších chemických prvkov vo vesmíre už dlhší čas mätie vedeckú komunitu,' povedal Hans-Thomas Janka, vedúci vedec z MPA. vyhlásenie . 'Teraz máme prvý pozorovací dôkaz pre fúzie neutrónových hviezd ako zdroje;' v skutočnosti by mohli byť hlavným zdrojom prvkov r-procesu, čo sú prvky ťažšie ako železo, ako je zlato a platina.

Silná zrážka uvoľnila obrovské množstvo svetla a vytvorila gravitačné vlny, ktoré sa vlnili vesmírom. Čo sa však stalo s týmito dvoma objektmi po ich rozbití, zostáva záhadou.

'V skutočnosti nevieme, čo sa s predmetmi na konci stalo,' povedal David Shoemaker, vedúci vedecký pracovník MIT a hovorca vedeckej spolupráce LIGO, na tlačovej konferencii v roku 2017. 'Nevieme, či je to čierna diera, neutrónová hviezda alebo niečo iné.'

Pozorovania sú považované za prvé z mnohých, ktoré prišli.

'Očakávame, že čoskoro bude pozorovaných viac fúzií neutrónových hviezd a že pozorovacie údaje z týchto udalostí odhalia viac o vnútornej štruktúre hmoty,' uviedol vedúci štúdie Andreas Bauswein z Heidelbergského inštitútu pre teoretické štúdie v Nemecku. v vyhlásenie .

Sledujte Nola Taylor Redd na @NolaTRedd , Facebook , alebo Google+ . Sledujte nás na @Spacedotcom , Facebook alebo Google+ .