Что такое нейтронные звезды и почему они такие особенные?
Нейтронные звезды — это самые причудливые и уникальные объекты во Вселенной. Однако об этих мощнейших остатках мертвых звезд известно не так много.
В 1967 году легендарный астрофизик Джослин Белл, в то время студентка-исследователь Кембриджского университета, изучала вариации радиосигналов в данных, полученных ею с помощью детектора. Детектор был сконструирован ее руководителем, Энтони Хьюишем, доктором наук в Кембриджском университете и радиоастрономом, лауреатом Нобелевской премии.
Когда она заметила резкие, быстрые и регулярные радиоимпульсы, исходящие от источника в созвездии Лисичка, некоторые астрономы решили, что эти сигналы имеют внеземное происхождение.
Этот радиоисточник был назван «маленькими зелеными человечками», или сокращенно LGM.
Позже они поняли, что наткнулись на особый тип нейтронных звезд. Этот класс нейтронных звезд вращается очень быстро и называется пульсарами. Это также было первое в истории наблюдение нейтронных звезд (или пульсаров).
С годами, благодаря все более совершенным методам наблюдения, было обнаружено больше видов нейтронных звезд. В настоящее время число обнаруженных нами нейтронных звезд составляет более 2500.
Так что же это за объекты? И почему они называются «нейтронными» звездами?
В 1934 году немецкий астроном Вальтер Бааде и швейцарский астроном Фриц Цвикки впервые предсказали существование нейтронных звезд. Однако существуют противоречивые сведения о том, что советский физик Лев Ландау фактически предсказал их ранее в 1932 году, в том же году, когда были открыты нейтронные частицы.
Бааде и Цвикки предположили, что когда умирающая звезда взрывается в виде сверхновой, оставшееся железное ядро разрушается и превращается в нейтронную звезду. Чтобы это произошло, масса ядра звезды должна превысить предел Чандрасекара, который в 1,4 раза превышает массу Солнца, или около 2.765*1030 кг.
Когда ядро коллапсирует, энергия, высвобождаемая при этом коллапсе, вызывает выброс вещества, окружающего ядро.
Как только все это окружающее вещество сдувается, единственным остатком становится ядро, которое становится нейтронной звездой.
Как уже упоминалось, было обнаружено более 2500 нейтронных звезд. Та, которую наблюдали Белл и Хьюиш, обозначена как PSR B1919+21. Другие известные из них включают Крабовидный пульсар, расположенный в Крабовидной туманности, и Пульсар в Парусах, обнаруженный в остатке сверхновой звезды.
Это изображение Пульсар в Парусах, полученное с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра». Струя обусловлена быстро движущимися частицами, порожденными нейтронной звездой.Название нейтронная звезда происходит от того, что они почти полностью состоят из нейтронов. В них также присутствуют следы равного количества электронов и протонов, что придает всему объекту нейтральный заряд.
Радиус нейтронных звезд обычно составляет всего около 12 км. С массой, превышающей массу Солнца в 1,4 раза, это одни из самых плотных объектов во Вселенной. Столовая ложка материала нейтронной звезды может весить столько же, сколько гора Эверест.
Нейтронные звезды также создают одни из самых мощных магнитных полей во Вселенной. Магнитные поля могут быть в миллион миллиардов (или один квадриллион) раз сильнее, чем у Земли. Так, в 2004 году нейтронная звезда, расположенная на расстоянии около 50 000 световых лет от нас, претерпела вспышку. Ее магнитное поле было настолько сильным, что даже повлияло на ионосферу Земли, несмотря на колоссальное расстояние!
В таких экстремальных условиях материя внутри нейтронных звезд, вероятно, проявляет свойства, сильно отличающиеся от тех, которые мы обычно видим. Такое состояние материи называется экзотической кварковой материей. Этот материал может проявлять такие свойства, как сверхпроводимость и сверхтекучесть (сверхтекучие жидкости — это жидкости, текущие с нулевой вязкостью).
Чтобы понять, как нейтронные звезды стали такими, нам нужно больше узнать об их формировании, в то время, когда звезды только собираются умирать.
Формирование нейтронных звезд
Это диаграмма эволюции звезд, масса которых превышает предел Чандрасекара.
Если масса ядра звезды находится между пределом Чандрасекара и пределом Толмена-Оппенгеймера-Волкофа, она становится нейтронной звездой. Если масса ядра звезды превышает предел Толмана-Оппенгеймера-Волкофа, она становится черной дырой.В течение своей жизни звезды проходят ряд этапов.
После рождения звезда вступает в стадию, называемую стадией главной последовательности. На этом этапе в ядре звезды происходит обычный процесс ядерного синтеза. Большинство звезд, которые мы наблюдаем (включая наше Солнце), в настоящее время находятся на этой стадии «главной последовательности». Фактически, звезды живут большую часть своей жизни на стадии главной последовательности.
Во время главной последовательности звезда достигает стабильности благодаря равновесию между двумя процессами. Один процесс — это гравитационная сила, которая заставляет звезду разрушаться. Второй процесс — тепловое давление, обусловленное ядерным синтезом, происходящим в ее ядре и движущимся наружу.
Поскольку сила гравитации внутри звезды равна и противоположна тепловому давлению снаружи, создается равновесие, и звезда главной последовательности остается стабильной.
Это равновесие называется гидростатическим равновесием.
К концу главной последовательности звезды в ее ядре заканчивается топливо, необходимое для поддержания процесса ядерного синтеза. Поскольку больше не происходит производства тепловой энергии, противодействующей силе гравитации, ядро разрушается само по себе. При этом плотность и давление увеличиваются, и звезда превращается в сверхгиганта.
В конце концов, высокое давление приводит к тому, что ядра железа и всех других элементов начинают распадаться на более мелкие частицы. Достаточно массивное ядро (выше предела Чандрасекара) приводит к высоким значениям плотности и давления. В этом случае происходит ядерный процесс, в котором протоны и электроны в ядре объединяются, образуя нейтроны. Это приводит к выделению большого количества энергии, что мы наблюдаем как сверхновую звезду.
Большая часть этой энергии высвобождается в виде кинетической энергии. Мы видим это в расширяющейся выброшенной материи, особенно в случае частиц, называемых нейтрино и антинейтрино.
Эти частицы переносят большую часть энергии и излучаются во всех направлениях почти в равных пропорциях. При этом электромагнитное излучение занимает лишь небольшую часть.
После взрыва сверхновой оставшееся ядро богато нейтронами и становится нейтронной звездой.
Как уже говорилось, для образования нейтронной звезды масса ядра звезды должна превышать предел Чандрасекара. Однако иногда масса ядра звезды настолько велика (выше другого, более высокого предела массы, называемого пределом Толмана-Оппенгеймера-Волкофа), что под действием гравитации оно коллапсирует в точку с бесконечной плотностью. В этом случае она становится черной дырой. Предел Толмена-Оппенгеймера-Волкофа — это теоретическая величина, которая служит верхним пределом для массы нейтронной звезды.
Таким образом, если масса ядра звезды находится между пределом Чандрасекара и пределом Толмена-Оппенгеймера-Волкофа, то она образует нейтронную звезду. Если масса ядра звезды превышает предел Толмана-Оппенгеймера-Волкофа, то образуется черная дыра.
Внутри нейтронной звезды
Внутреннее пространство нейтронных звезд состоит из пяти основных областей — атмосферы, оболочки, коры, внутреннего и внешнего ядра.
Это схема сечения внутренней части нейтронных звезд, за исключением атмосферы и оболочки. Число на каждом слое указывает на плотность этого слоя, которая постепенно увеличивается по мере того, как мы углубляемся.Теория предсказывает, что внутри нейтронных звезд наблюдается одно из самых странных явлений во Вселенной. Когда мы продвигаемся вглубь нейтронной звезды, ее плотность также увеличивается. Это увеличение плотности влияет на то, как расположены ядра внутри нейтронной звезды.
На границе кора-ядро давление уже настолько велико, что ядра почти касаются друг друга. Далее возрастающая плотность приводит к тому, что расположение атомных ядер постоянно меняется причудливым образом.
В то время как первоначальное расположение ядер имеет трехмерную конфигурацию (называемую фрикадельками), оно постепенно становится более плоским, превращаясь в двухмерные, а затем в одномерные схемы.
Этим формам даются уникальные названия — спагетти, лазанья, зити и равиоли. В конечном итоге все заканчивается однородным супом из нуклонной материи, называемым «соусом».
Ядро содержит 99% массы нейтронной звезды, но имеет очень маленький диаметр. Внешнее ядро состоит из нуклонов, которые проявляют свойства, подобные жидкости (нейтроны, в частности, должны проявлять сверхтекучесть). Однако у нас нет информации о том, что происходит во внутреннем ядре. Плотность во внутреннем ядре настолько высока, что ученые предсказывают наличие экзотических явлений и странных состояний материи.
Классификация нейтронных звезд и пульсаров
Нейтронные звезды классифицируются либо как изолированные, либо как члены бинарной системы. Изолированные нейтронные звезды — это нейтронные звезды, которые свободно парят в пространстве. Эти нейтронные звезды испускают некоторую форму излучения, например, видимое, инфракрасное, рентгеновское или гамма-излучение.
Изолированные нейтронные звезды имеют несколько подклассов.
К одному из таких подклассов относятся компактные центральные объекты (COO), обнаруженные в центре остатков сверхновых звезд. Другой подкласс — тусклые изолированные нейтронные звезды (DINS), которые относительно старше и излучают рентгеновские лучи. Однако самый распространенный подкласс состоит из пульсаров.
Пульсары — это быстро вращающиеся нейтронные звезды, которые дают периодический импульс или сигнал. Этот импульс обычно проявляется в виде радиоизлучения, но может быть рентгеновским, оптическим и гамма-излучением. Большинство пульсаров вращаются примерно раз в секунду, но самый быстрый из когда-либо наблюдавшихся пульсаров вращается около 650 раз в секунду!
Это иллюстрация того, как может выглядеть пульсар. Когда пульсар быстро вращается, излучение, испускаемое небольшой частью его поверхности, заставляет излучение распространяться по пространству, что мы видим в виде импульсов.Причина такого сильного вращения кроется в принципе, называемом сохранением углового момента.
Звезды в своей главной последовательности вращаются вокруг оси, но когда они распадаются на крошечные объекты, такие как нейтронные звезды, сохранение углового момента заставляет их вращаться еще быстрее.
Импульсы, которые мы видим, — это излучение, исходящее из небольшой области на поверхности нейтронной звезды. Когда нейтронная звезда вращается, она распространяет это излучение в пространстве. Всякий раз, когда луч направлен в сторону Земли, мы видим импульс. Это похоже на работу маяка, поэтому ее часто называют «моделью маяка».
Пульсары — одни из самых распространенных типов нейтронных звезд, которые мы наблюдаем. Как уже упоминалось, первая нейтронная звезда, которую наблюдали Джослин Белл и Антони Хьюиш, была пульсаром. В настоящее время мы наблюдаем около 1600 пульсаров.
Бинарные нейтронные звезды — это системы, содержащие нейтронную звезду, гравитационно связанную с обычной звездой. Они подразделяются в зависимости от массы звезд-компаньонов. Если компаньон в 2-3 раза массивнее нашего Солнца, то это высокомассивная рентгеновская бинарная звезда (HMXB).
Если компаньон менее массивен, чем наше Солнце, то это рентгеновский бинар низкой массы (LMXB).
Существуют также свидетельства существования бинарных систем, содержащих только нейтронные звезды. Когда обе крупные бинарные звезды переживают сверхновые, они могут превратиться в две нейтронные звезды, вращающиеся друг вокруг друга. Такая система, PSR J0737-3039, состоит из двух пульсаров, вращающихся друг вокруг друга.
Судьба нейтронных звезд
В ядрах нейтронных звезд не происходит ядерного синтеза. Поскольку энергия не вырабатывается, они со временем остывают и уменьшают количество излучения, которое они испускают. Со временем они также теряют свое вращение и магнитное поле.
Бинарные нейтронные звезды с достаточно близкой звездой-компаньоном начинают аккрецировать материю из самой звезды. Это приведет либо к превращению звезды-компаньона в белого карлика, либо в нейтронную звезду, но может привести и к разрушению звезды-компаньона.
Иногда бинарные системы, содержащие только нейтронные звезды, сливаются, что приводит к образованию «килоновой». Килоновая звезда — это тип взрыва, который длится лишь короткий период времени. Обычно это происходит при слиянии компактных объектов, таких как нейтронные звезды и черные дыры. Этот тип взрыва гораздо менее взрывоопасен, чем сверхновая.
Слияние нейтронных звезд обычно приводит к образованию новой нейтронной звезды. Однако если сливающиеся нейтронные звезды достаточно массивны, они превращаются в черные дыры. Слияния нейтронных звезд также порождают мощные гравитационные волны. Первое наблюдение гравитационных волн, вызванных слиянием нейтронных звезд, произошло 17 августа 2017 года.
Текущие и будущие перспективы нейтронных звезд
Нам еще многое предстоит узнать о нейтронных звездах. У нас есть некоторое представление об их свойствах, которое мы получили от пульсаров и гравитационных волн, в первую очередь от их слияний.
Однако нам еще предстоит получить наблюдательные данные о таких свойствах, как максимальная масса, которую они могут иметь, их радиусы и внутренний состав.
Слияния нейтронных звезд — одна из самых популярных тем в астрономии сегодня. Гравитационные волны, излучаемые этими слияниями, содержат информацию об их свойствах. Свойства включают информацию об их массах, радиусах, характере орбит и т.д. Эти волны можно наблюдать на больших расстояниях. Для наблюдения этих волн в настоящее время работают такие детекторы, как LIGO, Virgo и GEO600.
Это вид на западный туннель интерферометра Virgo. Туннель является одним из рукавов интерферометра Майкельсона, который используется для обнаружения гравитационных волн.В одном из исследований были разработаны математические основы, которые могут помочь нам понять свойства нейтронных звезд в лабораторных условиях. Исследование включает использование сверхтекучего гелия, сверхпроводящих сред и сверххолодных газов. Подобные исследования помогают понять сверхпроводящую и сверхтекучую природу экзотической материи, обнаруженной в нейтронных звездах.
Однако эти исследования также указывают на трудности воспроизведения среды нейтронных звезд в лабораторных условиях. Однако, объединив данные, полученные в результате радио- и гравитационных наблюдений за нейтронными звездами, мы сможем лучше понять, что происходит внутри этих удивительных звезд.
Изображение полезной нагрузки аппарата Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER), который был упакован и отправлен на МКС в июне 2017 года.Недавно, в июне 2017 года, на Международной космической станции была установлена программа под названием Neutron star Interior Composition ExploreR (NICER). Программа направлена на изучение экзотической материи, присутствующей в нейтронных звездах, с помощью рентгеновской спектроскопии. Она также направлена на демонстрацию навигационных возможностей космических аппаратов с помощью пульсаров.
Нейтронные звезды также могут служить средством проверки гравитации. В частности, бинарный пульсар PSR J1757-1854, как ожидается, станет реальной лабораторией для двух испытаний гравитации.
Один из тестов касается орбитальной деформации. Он должен показать нам, насколько сильное отклонение должно присутствовать на эллиптических орбитах из-за релятивистских эффектов. Второй тест заключается в обнаружении прецессии, а именно прецессии Лензе-Тирринга, которая до сих пор не наблюдалась у бинарных нейтронных звезд.
Нейтронные звезды, наряду с черными дырами, являются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной. Изучение таких объектов помогло нам открыть новые аспекты науки не только в астрономии, но и в физике высоких энергий. Оно помогло нам открыть многие вещи, включая ядерные процессы, новые состояния материи и конечную судьбу звезд.
Страница не найдена — РОО «Ассоциация победителей олимпиад»
Ваши ФИО*
Ваш email*
Ваш номер телефона*
Какой предмет вы хотели бы преподавать?*
Расскажите кратко о своих олимпиадных достижениях*
Приложите резюме*
Объём файлов не должен превышать 20 Мбайт / Доступные форматы: doc / docx / rtf / pdf / html / txt
Please leave this field empty.
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
Ваша электронная почта*
Из какого вы региона?*
Расскажите, как мы могли бы сотрудничать*
Please leave this field empty.
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО*
Ваша электронная почта*
Ваш номер телефона*
Образовательное учреждение*
Расскажите кратко, какая у вас сложилась ситуация с олимпиадным движением в школе и какого результата вы ожидаете от сотрудничества с АПО*
Please leave this field empty.
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
Ваш email
Каким предметом вы интересуетесь
Выберите наиболее подходящий статус Статус не выбранУченикРодительПредставитель школыПедагог
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО ученика
Дата рождения ученика
Класс
Образовательное учреждение
Город образовательного учреждения
ФИО родителя
Телефон родителя
Email родителя
Выберите группу Группа не выбрана
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО ученика
Дата рождения ученика
Класс
Образовательное учреждение
Город образовательного учреждения
ФИО родителя
Телефон родителя
Email родителя
Выберите группу Группа не выбрана
Мотивационное письмо Объём файла не должен превышать 2 Мбайт / Доступные форматы: doc / docx / rtf / pdf / html / txt
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО
Телефон
Город образовательного учреждения
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО
Телефон
Проект / отдел
Должность
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
ФИО ребенка
Название образовательного учреждения
Город образовательного учреждения
ФИО родителя
Телефон родителя
Email родителя
Нажимая на кнопку, вы принимаете положение и согласие на обработку персональных данных.
Войти
Родитель
Буду покупать курсы для своего ребёнка ЗарегистрироватьсяОбучающийся
Сам буду проходить курсы ЗарегистрироватьсяПредставитель школы
Буду заказывать услуги для своего образовательного учреждения и контролировать их исполнение ЗарегистрироватьсяСлушатель КПК
Буду проходить курсы повышения квалификации для учителей ЗарегистрироватьсяПредставь Вселенную!
- Расширенный
- Базовый
(Источник: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА)нейтронных звезд образуются, когда у массивной звезды заканчивается топливо и она коллапсирует. Самая центральная область звезды ядро коллапсирует, сжимая вместе каждый протон и электрон в нейтрон. Если масса ядра коллапсирующей звезды составляет примерно от 1 до 3 масс Солнца, эти вновь созданные нейтроны могут остановить коллапс, оставив после себя нейтронную звезду. (Звезды с большей массой будут продолжать коллапсировать в черные дыры звездной массы.)
Этот коллапс оставил после себя самый плотный известный объект объект с массой солнца, сжатой до размеров города. Эти звездные остатки имеют диаметр около 20 километров (12,5 миль). Один кубик сахара из материала нейтронной звезды будет весить около 1 триллиона килограммов (или 1 миллиард тонн) на Земле — примерно столько же, сколько гора.
На этой диаграмме пульсара показана нейтронная звезда с сильным магнитным полем (силовые линии показаны синим цветом) и лучом света вдоль магнитной оси.
Когда нейтронная звезда вращается, магнитное поле вращается вместе с ней, пронося этот луч сквозь пространство. Если этот луч проходит над Землей, мы видим его как обычный световой импульс. (Источник: НАСА/Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полетов имени Годдарда) С тех пор как нейтронные звезды начали свое существование как звезды, они рассеяны по галактике в тех же местах, где мы находим звезды. И, как звезды, их можно найти сами по себе или в двойных системах с компаньоном. Многие нейтронные звезды невозможно обнаружить, потому что они просто не излучают достаточного количества радиации. Однако при определенных условиях их можно легко наблюдать. Было обнаружено несколько нейтронных звезд, находящихся в центрах остатков сверхновых, тихо испускающих рентгеновские лучи. Однако чаще обнаруживаются нейтронные звезды, бешено вращающиеся с экстремальными магнитными полями, как пульсары или магнетары. В двойных системах можно обнаружить, что некоторые нейтронные звезды аккрецируют материалы со своих компаньонов, испуская электромагнитное излучение, питаемое гравитационной энергией аккрецирующего материала.
Пульсары
Большинство нейтронных звезд наблюдаются как пульсары. Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, у которых наблюдаются импульсы излучения с очень регулярными интервалами, которые обычно составляют от миллисекунд до секунд. Пульсары имеют очень сильные магнитные поля, которые направляют струи частиц вдоль двух магнитных полюсов. Эти ускоренные частицы производят очень мощные лучи света. Часто магнитное поле не выровнено с осью вращения, поэтому эти лучи частиц и света разносятся по мере вращения звезды. Когда луч пересекает нашу линию обзора, мы видим импульс — другими словами, мы видим, как пульсары включаются и выключаются, когда луч проходит над Землей.
Пульсар можно представить как маяк. Ночью маяк испускает луч света, который проносится по небу. Несмотря на то, что свет светит постоянно, вы видите луч только тогда, когда он направлен прямо в вашу сторону.
Ваш браузер не поддерживает видео тег. Скачать фильм.
Эта анимация переносит нас во вращающийся пульсар, вместе с которым вращается его сильное магнитное поле. Облака заряженных частиц движутся вдоль силовых линий, и их гамма-лучи излучаются, как маяк, магнитными полями. По мере того, как наш луч зрения приближается к лучу, мы видим пульсацию один раз за каждый оборот нейтронной звезды.
Авторы и права: NASA/Goddard/ CI Lab
Магнетары
Другой тип нейтронных звезд называется магнетарами. В типичной нейтронной звезде магнитное поле в триллионы раз больше магнитного поля Земли; однако в магнитаре магнитное поле еще в 1000 раз сильнее .
Во всех нейтронных звездах кора звезды связана с магнитным полем, так что любое изменение одного влияет на другое.
Кора находится под огромным напряжением, и небольшое движение коры может привести к взрыву. Но поскольку кора и магнитное поле связаны, этот взрыв рябит через магнитное поле. В магнетаре с его огромным магнитным полем движения в земной коре заставляют нейтронную звезду выделять огромное количество энергии в виде электромагнитного излучения. Магнитар под названием SGR 1806-20 произвел всплеск, при котором за одну десятую секунды он высвободил больше энергии, чем Солнце излучало за последние 100 000 лет!
Текст обновлен: март 2017 г.
Дополнительные ссылки
- Интересный факт по этой теме!
- Часто задаваемые вопросы о нейтронных звездах, пульсарах и магнетарах.
- Дайте мне дополнительные ресурсы!
Похожие темы
- Сверхновые
- Двойные рентгеновские аппараты
Для преподавателей
- Стандарты NCTM и NSES
- Буклет «Жизненный цикл звезд»
- Покажите мне похожие планы уроков
Нейтронные звезды: определение и факты
Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию.
Вот как это работает.
Нейтронные звезды — это звездные объекты размером с город с массой примерно в 1,4 раза больше солнечной. Рожденные в результате взрывной смерти других, более крупных звезд, эти крошечные объекты наносят значительный удар. Давайте посмотрим, что они из себя представляют, как формируются и как изменяются.
Звездный феникс
Когда звезды, в четыре-восемь раз массивнее Солнца, взрываются мощной сверхновой, их внешние слои могут сдуться, что может привести к впечатляющему результату, оставив маленькое плотное ядро, которое продолжает разрушаться. Гравитация прижимает материал к себе так сильно, что протоны и электроны объединяются, образуя нейтроны, что дает название «нейтронная звезда». [Фотографии сверхновых звезд: великолепные изображения звездных взрывов]
Нейтронные звезды упаковывают свою массу внутри 20-километрового (12,4 мили) диаметра.
Они настолько плотные, что одна чайная ложка будет весить миллиард тонн — если вам каким-то образом удалось поймать образец, не будучи захваченным сильным гравитационным притяжением тела. В среднем гравитация нейтронной звезды в 2 миллиарда раз сильнее, чем гравитация на Земле. Фактически, он достаточно силен, чтобы значительно отклонить излучение звезды в процессе, известном как гравитационное линзирование, что позволяет астрономам увидеть часть обратной стороны звезды.
Энергия породившей ее сверхновой придает звезде чрезвычайно быстрое вращение, заставляя ее вращаться несколько раз в секунду. Нейтронные звезды могут вращаться со скоростью 43 000 раз в минуту, постепенно замедляясь со временем.
Если нейтронная звезда является частью двойной системы, которая пережила смертельный взрыв своей сверхновой (или если она захватила пролетающего компаньона), все может стать еще интереснее. Если вторая звезда менее массивна, чем Солнце, она втягивает массу своего компаньона в полость Роша, похожее на воздушный шар облако материала, которое вращается вокруг нейтронной звезды.
Звезды-компаньоны, масса которых до 10 раз превышает массу Солнца, создают аналогичные переносы массы, которые более нестабильны и длятся не так долго.
Звезды более чем в 10 раз массивнее солнечного переносящего материала в виде звездного ветра. Вещество течет вдоль магнитных полюсов нейтронной звезды, создавая при нагревании рентгеновские пульсации.
К 2010 году около 1800 пульсаров было идентифицировано с помощью радиообнаружения, а еще 70 — с помощью гамма-излучения. У некоторых пульсаров даже есть планеты, вращающиеся вокруг них, а некоторые могут превращаться в планеты.
Типы нейтронных звезд
Некоторые нейтронные звезды имеют струи вещества, вылетающие из них почти со скоростью света. Когда эти лучи проходят мимо Земли, они вспыхивают, как лампочка маяка. Ученые назвали их пульсарами из-за их пульсирующего вида . Обычные пульсары вращаются со скоростью от 0,1 до 60 раз в секунду, в то время как миллисекундные пульсары могут вращаться со скоростью до 700 раз в секунду.
Когда рентгеновские пульсары захватывают материал, вытекающий из более массивных спутников, этот материал взаимодействует с магнитным полем, создавая мощные лучи, которые можно увидеть в радио-, оптическом, рентгеновском или гамма-спектре. Поскольку их основным источником энергии является материал их компаньона, их часто называют «пульсарами, работающими за счет аккреции». «Спиновые пульсары» приводятся в движение вращением звезд, поскольку высокоэнергетические электроны взаимодействуют с магнитным полем пульсара над их полюсами. Молодые нейтронные звезды до того, как они остынут, также могут генерировать импульсы рентгеновского излучения, когда некоторые их части горячее других.
Когда вещество внутри пульсара ускоряется в магнитосфере пульсара, нейтронная звезда испускает гамма-излучение. Передача энергии в этих гамма-пульсарах замедляет вращение звезды.
Мерцание пульсаров настолько предсказуемо, что исследователи рассматривают возможность их использования для навигации в космическом полете.
«Некоторые из этих миллисекундных пульсаров чрезвычайно регулярны, подобны часам», — сказал представителям прессы в 2018 году Кит Джендро из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде.0009
«Мы используем эти пульсары так же, как мы используем атомные часы в навигационной системе GPS», — сказал Жендро.
Средняя нейтронная звезда может похвастаться мощным магнитным полем. По словам астрофизика Пола Саттера, магнитное поле Земли составляет около 1 гаусса, а солнечного — около нескольких сотен гаусс. Но нейтронная звезда имеет магнитное поле в триллион гаусс.
Магнитар обладает магнитным полем в тысячу раз сильнее, чем у средней нейтронной звезды. В результате сопротивление заставляет звезду вращаться дольше.
«Это ставит магнетары на первое место, действующих чемпионов всемирного соревнования по «самому сильному магнитному полю», — сказал Саттер. «Цифры есть, но их трудно уложить в голове».
Эти поля наносят ущерб окружающей среде, атомы вытягиваются в тонкие стержни вблизи магнетаров.
Плотные звезды также могут вызывать всплески высокоинтенсивного излучения.
«Подойдите слишком близко к одному из них (скажем, в пределах 1000 километров или около 600 миль), и магнитные поля станут достаточно сильными, чтобы нарушить не только ваше биоэлектричество — делая ваши нервные импульсы до смешного бесполезными — но и саму вашу молекулярную структуру», — Саттер. сказал. «В поле магнетара ты просто… растворяешься».
Обладая самой высокой плотностью среди всех известных космических объектов, нейтронные звезды могут распространять радиацию по всей галактике. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом, художником по инфографике)Падающие звезды
Как и обычные звезды, две нейтронные звезды могут вращаться вокруг друг друга. Если они достаточно близко, они могут даже закрутиться внутрь к своей гибели в интенсивном феномене, известном как «килонова».
Столкновение двух нейтронных звезд вызвало волны, услышанные по всему миру в 2017 году, когда исследователи обнаружили гравитационные волны и свет, исходящие от одного и того же космического столкновения.
Исследование также предоставило первые убедительные доказательства того, что столкновения нейтронных звезд являются источником большей части золота, платины и других тяжелых элементов во Вселенной.
«Происхождение действительно самых тяжелых химических элементов во Вселенной долгое время сбивало с толку научное сообщество», — заявил в своем заявлении старший научный сотрудник MPA Ханс-Томас Янка. «Теперь у нас есть первое наблюдательное доказательство слияния нейтронных звезд в качестве источников; на самом деле, они вполне могут быть основным источником элементов r-процесса», которые являются элементами тяжелее железа, такими как золото и платина.
Мощное столкновение высвободило огромное количество света и создало гравитационные волны, прокатившиеся по Вселенной. Но что случилось с двумя объектами после их столкновения, остается загадкой.
«На самом деле мы не знаем, что случилось с объектами в конце», — сказал Дэвид Шумейкер, старший научный сотрудник Массачусетского технологического института и представитель научного сотрудничества LIGO, на пресс-конференции 2017 года.
«Мы не знаем, черная ли это дыра, нейтронная звезда или что-то еще».
Предполагается, что наблюдения станут первыми из многих будущих.
«Мы ожидаем, что вскоре будет наблюдаться больше слияний нейтронных звезд, и что данные наблюдений этих событий откроют больше информации о внутренней структуре материи», — ведущий автор исследования Андреас Баусвайн из Гейдельбергского института теоретических исследований в Германии. , — говорится в сообщении.
Следите за новостями Нолы Тейлор Редд на @NolaTRedd, в Facebook или Google+. Следуйте за нами на @Spacedotcom, Facebook или Google+.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Нола Тейлор Тиллман — автор статей для Space.com. Она любит все, что связано с космосом и астрономией, и наслаждается возможностью узнать больше.