Što su i kako nastaju neutronske zvijezde?

Neutronske zvijezde su raspadnute jezgre nekada masivnih zvijezda koje su sabijene do ekstremne gustoće eksplozijama supernove. Neutronska zvijezda nije gusta kao crna rupa, ali je gušća od bilo koje druge poznate vrste zvijezda.

AUTOR: EarthSky
OBJAVLJENO: 12.02.20 u 18:02
http://bit.ly/2uxcrwK
Kada na kraju svog života masivna zvijezda eksplodira kao supernova, njeno jezgro može se raspasti i završiti kao sićušan i superzgusnut objekt s masom neznatno većom od mase našeg Sunca. Ove male, nevjerojatno guste jezgre zvijezda koje su eksplodirale su neutronske zvijezde. One su neki od najčudnijih tijela u svemiru.

Tipična neutronska zvijezda ima masu oko 1,4 puta veću od mase našeg Sunca, no mogu imati i do dva puta veću masu. Uzmite u obzir da naše Sunce ima promjer oko 100 puta veći od Zemljinog. Čitava ogromna masa neutronske zvijezde – dakle gotovo dvostruko veća od Sunčeve – zgusne se u zvijezdu promjera svega 15 kilometara.

Dakle, neutronske zvijezde su jako, jako guste! Samo žlica materijala neutronske zvijezde imala bi masu veću od 900 milijardi kilograma. To je teže od Mount Everesta, najviše planine na Zemlji.

Kako nastaju neutronske zvijezde?

Kroz veći dio svog života, zvijezde vrše osjetljivu radnju uravnoteženja. Gravitacija pokušava sabiti zvijezdu, dok unutarnji pritisak iz zvijezde vrši pritisak u vanjskom smjeru. Taj pritisak uzrokuje nuklearna fuzija koja se događa u njenoj jezgri i koja je razlog zašto zvijezde sjaje.

Tijekom supernove, gravitacija iznenada dobiva nadmoć u "ratu" koji vodi milijunima ili čak milijardama godina s unutarnjim pritiskom zvijezde. Budući da je zvijezda iscrpila nuklearno gorivo i više nema pritiska, gravitacija iznenadno sabija zvijezdu prema unutra. Val šoka putuje do jezgre i oporavlja se raznoseći zvijezdu. Cijeli ovaj događaj traje svega nekoliko sekundi.

No, pobjeda gravitacije još uvijek nije gotovo. Budući da većina zvijezde nakon eksplozije odlazi u svemir, ostaje samo jezgra, koja ima masu nekoliko puta veću od našeg Sunca. Gravitacija nastavlja sabijati tu masu do točke u kojoj su atomi toliko zbijeni da elektroni žestoko ulaze u jezgru atoma, kombinirajući se s protonima kako bi stvorili neutrone.

Tako su neutronske zvijezde i dobile ime. Ono što gravitacija stvara je vrlo zgusnut materijal bogat neutronima – neutronij – u nebeskom tijelu veličine grada.

Što jesu, a što nisu neutronske zvijezde?

Ako nakon supernove jezgra ima dovoljnu masu, onda će se – prema trenutnom znanju – gravitacijski kolaps nastaviti. Umjesto neutronske zvijezde nastat će crna rupa. U pogledu mase, linija razgraničenja između neutronskih zvijezda i crnih rupa je predmet brojnih rasprava. Astrofizičari govore o nekoj vrsti "nedostatne mase", koja se događa na razini od otprilike dvije solarne mase (teoretska maksimalna masa neutronske zvijezde) i pet solarnih masa (teoretska minimalna masa crne rupe). Neki znanstvenici očekuju da će se s vremenom pokazati da taj raspon mase čine neke ultra lake crne rupe, no nijedna takva zasad nije pronađena.

Točna unutarnja struktura neutronskih zvijezda također je predmet rasprava. Trenutačno razmišljanje je da ove zvijezde posjeduju tanku željeznu koru debljine otprilike oko 1,5 kilometara. Pod tom korom nalaze se pretežno neutroni, koji poprimaju sve različitije oblike što se nalaze dublje u zvijezdi.

Nakon svog nastanka, neutronska zvijezda ne stvara ni svjetlost ni toplinu. Tijekom više milijuna godina njena latentna toplina postepeno se smanjuje s inicijalnih 600.000 kelvina, završavajući svoj život kao hladni, mrtvi ostatak nekada blještave zvijezde.

Budući da su neutronske zvijezde tako guste, one imaju intenzivna gravitacijska i magnetska polja. Gravitacija neutronske zvijezde je oko tisuću milijardi puta jača od Zemljine. Zato je njena površina izuzetno glatka; gravitacija ne dopušta da na njoj postoji išta visoko. Vjeruje se da neutronske zvijezde imaju "planine", no one su visoke svega nekoliko centimetara.

Pulsari – kako smo saznali za neutronske zvijezde?

Iako se postojanje neutronskih zvijezda već dugo predviđa u astrofizičkoj teoriji, prvu je tek 1867. godine otkrila Dame Jocelyn Bell Burnell. Otada je otkriveno još stotine njih, uključujući poznati pulsar u središtu Maglice Rakovice, ostatak supernove kojem su svjedočili Kinezi 1054. godine.

Intenzivna magnetska polja na neutronskoj zvijezdi fokusiraju radio valove u dvije zrake koje pucaju u svemir iz svojih magnetskih polova, slično kao snopovi svjetla sa svjetionika. Ako je objekt usmjeren pravo prema Zemlji – tako da ove zrake postanu vidljive s našeg planeta – vidimo bljeskove radio svjetla u pravilnim i krajnje preciznim intervalima. Neutronske su zvijezde zapravo mjeritelji vremena u svemiru, a njihova točnost može se mjeriti s točnošću atomskih satova.

Neutronske zvijezde se rotiraju izuzetno brzo, a ta se brzina može mjeriti pomoću radio zraka pulsara. Neutronska zvijezda s najbržom rotacijom koja je otkrivena dosad rotira se 716 puta u sekundi, što je otprilike četvrtina brzine svjetlosti.

Druge manifestacije neutronskih zvijezda u našoj galaksiji

Procjenjuje se da u našoj galaksiji postoji više od 100 milijuna neutronskih zvijezda. Međutim, mnoge od njih su stare i hladne pa ih je zato teško pronaći. Vjeruje se da su siloviti sudari neutronskih zvijezda mjesto gdje nastaju teški elementi poput zlata i platine, jer se smatra da normalne supernove ne generiraju toliki pritisak i temperature.

Neutronska zvijezda koja ima nenormalno jako magnetsko polje naziva se magnetar. Još uvijek se ne zna mnogo o porijeklu magnetara.

Smatra se da su neutronske zvijezde, uključujući magnetare i pulsare, odgovorne za nekoliko slabo razumljivih pojava, poput tajanstvenih brzih radio-impulsa (FRB) i provale tvrdih X-zraka i mekih gama-zraka energije do 100 keV (Soft Gamma Repeaters – SRG).


- Izvor: EarthSky
Prevela: Ružica Ereš