Neutroninė žvaigždė – apibrėžimas, savybės ir tipai

Neutroninė žvaigždė: kas tai, savybės ir tipai — sužinokite apie ekstremalų tankį, milžiniškus magnetinius laukus, pulsarus, magnetarus ir jų kilmę.

Fizinės savybės

Neutroninių žvaigždžių tipiniai parametrai yra labai specifiniai:

• Mažas spindulys: spindulys yra maždaug 11–12 km, priklausomai nuo masės ir tenkinamos branduolio būsenos (lygties).
• Masė paprastai svyruoja nuo apie 1,1 iki maždaug 2 kartų Saulės masę, o didžiausia galimai egzistuojanti masė priklauso nuo neaiškios branduolio lygties (EoS) ir dažnai minima ~2–2,3 Saulės masės.
• Tankis jų centre gali viršyti atomo branduolio tankį — mažytis tūris sutalpina labai didelę masę.
• Paviršiaus sluoksniai formuoja kietą plutą (krustą) iš atominių branduolių ir elektronų; giliau yra laisvųjų neutronų sluoksnis, o gilus branduolys gali būti superfluido neutrinio tipo medžiagos arba net egzotiškesnis (hiperonai, dekonfekuoti kvarkai).
• Magnetinis laukas gali būti labai stiprus — tipinės reikšmės svyruoja nuo maždaug 10⁸ iki 10¹⁵ kartų stipresnio už Žemės magnetinį lauką.
• Gravitacinis laukas neutroninės žvaigždės paviršiuje yra milžiniškas — apytikriai 2×10¹¹ kartų stipresnis nei Žemėje, o pabėgimo greitis siekia reikšmingą dalį šviesos greičio, todėl stebimas ir gravitacinis raudonėjimas.
• Temperatūra: jaunos neutroninės žvaigždės būna labai karštos; stebima paviršiaus temperatūra paprastai siekia apie 600 000 K ir gali būti didesnė jauname amžiuje.

Kaip įsivaizduoti tankį

Norėdami įsivaizduoti, kokio tankio yra neutroninė žvaigždė, paimkite visą mūsų Saulės (kurios skersmuo 1 392 000 km (865 000 mylių)) masę ir suplokite ją į 19 km (12 mylių) skersmens rutulį. Kitas palyginimas: vienas arbatinis šaukštelis medžiagos iš neutroninės žvaigždės svertų apie 6 mlrd. tonų — tai vaizduoja, kokia kompaktiška ir sunki tokia medžiaga.

Sukimosi greitis ir rotacija

Neutroninės žvaigždės gali suktis labai greitai: stebimi periodai nuo maždaug 0,001 sekundės iki kelių dešimčių sekundžių. Greičiausi „milisekundiniai“ pulsarai sukasi per kelias milisekundes, o lėčiau besisukančios neutroninės žvaigždės — dešimtis sekundžių.

Tipai ir klasifikacija

Neutroninės žvaigždės pasirodo įvairiomis formomis, priklausomai nuo jų evoliucijos ir aplinkos:

• Pulsarai — spinduliuoja reguliarius radijo, optinius, rentgeno ar gama impulsus dėl greitos rotacijos ir stipraus magnetinio lauko. Daug jų atrandami radijo teleskopais.
• Magnetarai — ypatingai stipraus magnetinio lauko neutroninės žvaigždės, kurių aktyvumas (galingi gama ir rentgeno protrūkiai) susijęs su magnetinio lauko energijos išlaisvinimu.
• Dvinariai pulsarai ir kiti akrecijos atvejai — kai neutroninė žvaigždė yra dvejetainėje sistemoje ir sugeria medžiagą iš kompaniono, ji gali tapti ryškiu rentgeno šaltiniu; tokie objektai duoda impulsus, termines išsiveržimus (X-ray bursts) ir leidžia regeneruoti rotacijos greitį (spin-up) iki milisekundžių.
• Centrai kompaktiški objektai (CCO), izoliuotos aušinančios neutroninės žvaigždės ir kt. — egzistuoja keli pavieniai potipiai pagal stebimus spektrus ir raiškos būdus.

Susidarymas ir evoliucija

Neutroninės žvaigždės dažnai susidaro kai masyvi žvaigždė (daugiau nei ~8 Saulės masių) išeikvoja kurą ir branduolys kolapsuoja. Branduolio kolapso metu protonai ir elektronai susilieja į neutronus (elektronų pagrobimas), o likęs išorinis sluoksnis išmetamas kaip supernova. Kai kuriais atvejais gali formuotis juodosios skylės vietoje neutroninės žvaigždės, jei kolapsuojančio branduolio masė viršija kritinę ribą.

Sudėtis ir neaiškumai

Neutroninės žvaigždžių viduje vyksta ekstremalios branduolinės fizikos procesai. Tolimesnis medžiagos pobūdis branduolyje (ar yra egzotinių dalelių, ar atsiranda laisvi kvarkai) tebėra aktyvi tyrimų sritis. Stebėjimai (rentgeno spektrai, radijo pulsai, gravitacinės bangos iš susijungimų) padeda riboti galimas branduolio lygtis ir suprasti supertankios materijos savybes.

Stebėjimai ir reikšmė

Neutroninės žvaigždės tyrinėjamos daugiakanaliai: radijo teleskopai aptinka pulsarus, orbitinės rentgeno observatorijos fiksuoja akrecijos ir terminius signalus, o detektoriai gravitacinėms bangoms (LIGO/Virgo) užfiksavo signalus iš dviejų susijungusių neutroninių žvaigždžių (pvz., GW170817), patvirtindami jų reikšmę astrofizikoje ir branduolinei fizikai. Tokie stebėjimai leidžia tirti medžiagos elgseną ekstremaliomis sąlygomis, elementų sintezę ir kvantinius procesus supertankioje medžiagoje.

Pavyzdžiai ir įdomybės

• Keli žinomi pulsarai ir magnetarai tarnauja kaip „kosminiai laboratorijos“ objektai, leidžiantys tikrinti gravitacijos teorijas ir branduolio lygtis.
• Neutroninės žvaigždės gali sukelti galingus rentgeno/gama protrūkius, o jų susijungimai prisideda prie sunkiųjų cheminių elementų (aukso, platinos ir kt.) sintezės Visatoje.

Apibendrinant, neutroninė žvaigždė yra itin tanki ir kompaktiška žvaigždė, sudaryta daugiausia iš neutronų, turinti mažą spindulį (~11–12 km), didelę masę (dažnai apie du kartus Saulės masę), milžinišką magnetinį lauką ir stiprų gravitacinį lauką, susidariusią po supernova. Jos stebėjimas ir tyrinėjimas yra svarbus tiek astrofizikai, tiek branduolinei fizikai visatoje.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra neutroninė žvaigždė?

K: Kokio tankio yra neutroninė žvaigždė?

Klausimas: Kaip greitai sukasi neutroninės žvaigždės?

K: Kokių tipų žvaigždžių yra?

K: Kokia paprastai būna jų temperatūra?

Paieška pagal raidę