Нейтронные звезды

Нейтронные звезды

Нейтронная звезда — малая звезда с большой плотностью, которая состоит из нейтронов. Это последняя стадия эволюции многих звезд. Нейтронная звезда образуется, когда массивная звезда вспыхивает в качестве Сверхновой звезды, взрывая свои внешние оболочки и сжимая ядро так, что содержащиеся в нем протоны и электроны превращаются в нейтроны. Эти звезды наблюдают как пульсары.

Плотность нейтронных звезд близка к плотности атомного ядра, т. е. в 100 млн. раз больше плотности обычного вещества. Масса этих звезд может быть сравнимой с массой Солнца, но, диаметр в среднем равен только лишь 10-20 км, а средняя плотность равняется 1015 г/см3. Максимальная масса нейтронных звезд составляет примерно три солнечных массы. При большей массе звезда превращается в Черную дыру. Обнаруживаются по импульсному радиоизлучению.


Образование нейтронной звезды

Звезда, масса которой в полтора, три раза больше, чем у Солнца не сможет в конце жизни остановить свое сжатие на стадии белого карлика. В результате гравитационного коллапса звезда сжимается до до такой плотности, при которой произойдет “нейтрализация” вещества: взаимодействие электронов с протонами приводит к тому, что почти вся звездная масса будет заключена в нейтронах. Образуются нейтронные звезды.

Самые большие и массивные звезды сгорают быстро и взрываются сверхновыми. После взрыва сверхновой остается нейтронная звезда или черная дыра, а вокруг них — материя, выброшенная колоссальной энергией взрыва, которая в последствии становится материалом для новых звезд.

Нейтронные звезды-1

Первые предположения

Концепция нейтронных звезд не является новой: впервые предположение о возможном их существования сделано талантливыми астрономами Фрицем Цвикки и Вальтером Баарде из Калифорнии в 1934 году (несколько ранее в 1932 году возможность существования нейтронных звезд была предсказана знаменитым советским ученым Л.Д. Ландау.) В конце 1930-х годов она стала предметом исследований других американских ученых Оппенгеймера и Волкова. Интерес физиков к этой проблеме был вызван стремлением определить конечную стадию эволюции массивной сжимающейся звезды. Так как роль и значение сверхновых вскрылись приблизительно в то же время, было предположено, что нейтронные звезды могут оказаться остатком взрыва сверхновых.

С нейтронной звездой связывают небесные объекты двух разных типов:

Пульсар (радиопульсар)

Этот объект строго регулярно излучает импульсы радиоволн. Механизмы излучений до конца не ясены, но считается, что вращающаяся нейтронная звезда излучает радиолуч в направлении, связанном с ее магнитным полем, ось симметрии которого не совпадает с осью вращения звезды. Потому вращение вызывает поворот радиолуча, периодически направляющегося на Землю.

Нейтронные звезды-2

Отличие пульсаров от нейтронных звезд

По сути пульсары – это быстро вращающиеся нейтронные звезды. Нейтронная звезда – это сильноуплотненное ядро мертвой звезды, которое осталось после взрыва сверхновой. У этой нейтронной звезды очень мощное магнитное поле. Пульсар, который излучает мощные гамма-лучи, известен как пульсар гамма-лучей.

Рентгеновские двойные

С нейтронными звездами, которые входят в двойную систему с массивной нормальной звездой, связаны также пульсирующие рентгеновские источники. В таких системах газ с поверхности нормальной звезды падает на нейтронную звезду, разгоняясь до огромных скоростей. Во время удара о поверхность нейтронной звезды газ выделяет 10-30 % своей энергии покоя, тогда как при ядерных реакциях этот показатель не доходит и до 1%. Нагретая до высоких температур поверхность нейтронной звезды становится источником рентгеновского излучения. Но падение газа не происходит равномерно по всей поверхности: сильное магнитное поле нейтронной звезды захватывает падающий ионизованный газ и направляет его к магнитным полюсам, куда он и падает, как в воронку. Потому сильно нагреваются лишь районы полюсов, которые на вращающейся звезде становятся источниками рентгеновских импульсов. Радиоимпульсы от такой звезды уже не поступают, потому как радиоволны поглощаются в окружающем ее газе.

Нейтронные звезды-3

Состав

Плотность нейтронной звезды возрастает с глубиной. Под слоем атмосферы толщиной лишь в несколько сантиметров находится жидкая металлическая оболочка толщиной в несколько метров, а ниже — твердая кора километровой толщины. Вещество коры напоминает обыкновенный металл, но значительно плотнее. В наружной части коры это в основном железо; с глубиной в его составе растет доля нейтронов. Там, где плотность достигает ок. 4*10 11 г/см3, доля нейтронов увеличивается до такой степени, что некоторые из них уже не входят в состав ядер, а образуют сплошную среду. Там вещество похоже на «море» из нейтронов и электронов, в которое вкраплены ядра атомов. А при плотности ок. 2*10 14 г/см3 (плотность атомного ядра) вообще исчезают отдельные ядра и остается сплошная нейтронная «жидкость» с примесью протонов и электронов. Может быть, нейтроны и протоны ведут себя при этом как сверхтекучая жидкость, подобная жидкому гелию и сверхпроводящим металлам в земных лабораториях.

При еще более высоких плотностях в нейтронных звездах образуются наиболее необычные формы вещества. Возможно, нейтроны и протоны распадаются на еще более мелкие частицы — кварки; вероятно также, что рождается много пи-мезонов, образующих так называемый пионный конденсат.

 

 


 

ред. shtorm777.ru