V-kosmose.com

Нейтронная звезда – «живой труп мертвой звезды»

Нейтронная звезда – «живой труп мертвой звезды»

Что такое нейтронная звезда?

Скажем так: «Это живой труп мертвой звезды»! Звучит странно, правда? Но мы сейчас объясним.

Нейтронные звезды образуются из звезд с начальной массой не менее 8 солнечных масс (M☉), которые являются звездами главной последовательности.

В течение миллиардов лет эти массивные звезды сжигают свое топливо, оставляя позади белую карликовую звезду с ядром, богатым железом. На этой стадии давление вырождения электронов в ядре пытается уравновесить внутреннее гравитационное притяжение плотной массы.

Однако некоторое количество гелия и водорода все еще продолжает плавиться во внешних слоях белого карлика, и образуется дополнительное железо, которое движется к ядру. Это происходит в течение нескольких миллиардов лет.

Строение пульсара

Строение пульсара

Поскольку отложение железа продолжает расти, давление вырождения электронов в ядре не может свести на нет внутреннее гравитационное притяжение аккрецирующей массы из-за горения оболочки. И белый карлик начинает разрушаться.

Этот коллапс повышает температуру ядра примерно до 5 × 10^9 Кельвин. При этой температуре образуются гамма-лучи высокой энергии, которые расщепляют ядра железа до так называемых альфа-частиц. Это когда температура повышается еще больше и начинает смешивать протоны и электроны атомов железа с нейтронами. При этом плотность ядра продолжает увеличиваться и достигает значения 4 х 10^17 кг / м3. На самом деле это плотность ядра, присутствующего в атоме, и называется ядерной плотностью.

Когда ядерная плотность достигнута, гравитационный коллапс прекращается, потому что теперь вместо давления вырождения электронов гравитационный буксир уравновешивается внешним давлением нейтронного вырождения.

При звездном взрыве, вещество выбрасывается в космос. И это известно, как взрыв сверхновой. После взрыва сверхновой (тип II или Ib) остается только очень плотное ядро. Это и есть нейтронная звезда.

У нейтронной звезды есть ряд необычных свойств. Наиболее заметным из них является ее чрезвычайная плотность и минимальный размер (размер с город).  В таком небольшом размере масса нейтронной звезды составляет около 1,1 M☉ до 3,0 M☉. Вы можете себе это представить?

Здесь отображены линии магнитного поля, вращающиеся вокруг пульсара. Фиолетовое свечение – гамма-лучи

Здесь отображены линии магнитного поля, вращающиеся вокруг пульсара. Фиолетовое свечение – гамма-лучи

Что ж, давайте попробуем по-другому. Если вы можете сжать звезду, которая в 1,1 - 3 раза больше нашего Солнца, и поместить эту массу в размер города, как вы думаете, какой плотности вы достигнете?

На самом деле, ученые утверждают, что такая масса упакована в диаметре от 24 до 26 километров. Если кому-то удастся заполучить спичечный коробок, наполненный материей от нейтронной звезды, вес спичечной коробки составит почти 5 триллионов тонн! С точки зрения нашей планеты, около 1000 кубических километров породы на Земле весит 5 триллионов тонн.

Нейтронные звезды вращаются с очень высокой скоростью и совершают один оборот в течение периода времени от 1,4 миллисекунд до 30 секунд.

Из-за экстремальной массы нейтронных звезд их поверхностная гравитация выше, чем у Земли, в 10^11 раз. То есть в 100 000 000 000 раз больше гравитации, чем на Земле!

При такой высокой гравитации первая космическая скорость нейтронной звезды колеблется от 100 000 до 150 000 км / с. Это где-то между 1/3 и 1/2 скорости света, которая составляет 300 000 км / с.

Снимок пульсара PSR B0531+21, сделанный рентгеновской обсерваторией Чандра. В центре вы видите белый пульсар и струи выбрасывающегося материала

Снимок пульсара PSR B0531+21, сделанный рентгеновской обсерваторией Чандра. В центре вы видите белый пульсар и струи выбрасывающегося материала

Что касается структуры нейтронной звезды, современные математические модели оценивают, что у типичной нейтронной звезды четыре слоя: внешняя кора, внутренняя кора, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро.  Внешняя кора толщиной от 0,3 до 0,5 километров и состоит из электронов и ионов. Внутренняя кора толщиной от 1 до 2 километров и состоит из ядер, нейтронов и электронов.

Внешнее ядро толщиной около 9 километров и состоит из нейтрон-протонной ферми-жидкости и нескольких процентов электронного ферми-газа.  Внутреннее ядро толщиной от 0 до 3 километров и считается, что внутреннее ядро ​​состоит из кварк-глюонной плазмы.

Существуют разные варианты нейтронных звезд. Самые распространенные из них - пульсары и магнетары.

Внутреннее строение пульсара

Внутреннее строение пульсара

Поскольку нейтронные звезды вращаются с чрезвычайно высокой скоростью и у них экстремальная гравитация, то вращение создает сильные магнитные поля. Из-за этого нейтронные звезды испускают излучение от своих осей вращения.

Нейтронные звезды вращаются несколько раз за одну секунду. Постепенно они замедляются.

На данный момент, по оценкам ученых, в нашей галактике Млечный Путь насчитывается 2000 нейтронных звезд, и большинство из них являются радиопульсарами (источник импульсивного радиоизлучения). Самая массивная из всех известных нейтронных звезд - PSR J0348 + 0432, плотность которой составляет 2,01 + 0,04 M☉ или 2,01-0,04 M☉.

Самая близкая нейтронная звезда (та, которая ближе всего к нашей Земле) - PSR J0108-1431, она находится на расстоянии 424 световых лет.