Нейтронные звезды – это один из самых загадочных и необычных объектов во Вселенной. Они являются результатом коллапса ядра сверхмассивных звезд. Считается, что образование нейтронной звезды это результат вспышки сверхновой. То есть то, что остаётся от тела после взрыва.
Между прочим, если такой остаток больше солнечного в три раза, то его эволюция продолжается. В результате коллапса формируется чёрная дыра.
По данным учёных, любой представитель главной последовательности, при условии массы больше Солнца в 8 раз, может эволюционировать в нейтронное светило.
Нейтронные звезды имеют диаметр всего около 20 километров, но при этом они содержат массу, сравнимую с массой Солнца. Это делает их одними из самых плотных объектов во Вселенной. К примеру, маленькая ложка вещества звезды на Земле будет весить около ста миллионов тонн. В ней протоны и электроны объединяются в нейтроны – этот процесс называется нейтронизацией.
Нейтронные звезды были предсказаны теоретически еще в 1930-х годах, но первое подтверждение их существования было получено только в 1967 году благодаря обнаружению пульсара. Пульсар – это нейтронная звезда, которая излучает интенсивные радиоволны и другие виды излучения в регулярном ритме, как будто она мигает.
Образование нейтронных звезд
Звезды главной последовательности с начальной массой более чем в восемь раз превышающей массу Солнца могут эволюционировать в нейтронные звезды. В процессе эволюции звезды весь водород в ее недрах выгорает, и звезда покидает главную последовательность. Некоторое время выделение энергии в звезде обеспечивается синтезом более тяжёлых ядер из ядер гелия, но этот синтез заканчивается после того, как все более лёгкие ядра превратятся в ядра с атомным номером, близким к атомному номеру железа – элементам с наибольшей энергией связи ядер.
Когда все ядерное топливо в активной зоне израсходовано, активная зона поддерживается от гравитационного сжатия только давлением вырожденного электронного газа.
Вырожденный электронный газ – это газ, свойства которого существенно отличаются от свойств классического идеального газа вследствие неразличимости одинаковых частиц в квантовой механике.
По мере дальнейшего сжатия внешних слоев звезды, где еще продолжается реакция термоядерного синтеза, сжатие звездного ядра увеличивается по мере выгорания легких ядер, и масса звездного ядра начинает превышать предел Чандрасекара. Давление вырожденного электронного газа становится недостаточным для поддержания гидростатического равновесия, и ядро начинает быстро сжиматься, что приводит к повышению температуры выше 5⋅109 К.
Предел Чандрасекара – верхний предел массы, при котором звезда может существовать как белый карлик. Если масса звезды превышает этот предел, то она становится нейтронной звездой.
По мере того, как ядро массивной звезды сжимается во время взрыва сверхновой и коллапсирует в нейтронную звезду, она приобретает очень высокую угловую скорость вращения, которая постепенно уменьшается в течение очень длительного времени.
Стоит отметить, что свою энергию после взрыва светило начинает переносить не равномерно, а потоками. Что, собственно, и вызывает его нестабильность.
Получается, что само ядро остается, но его свойства (масса, плотность, температура и т.д.) меняются.
Строение нейтронных звезд
Атмосфера представляет собой тонкий (менее 100 см) слой ионизированного газа, т.е. плазмы. В этом слое сосредоточено тепловое излучение тела.
Внешняя оболочка содержит ядра и электроны и может иметь толщину несколько сотен метров. Кроме того, она содержит газы различного состава. Например, самая верхняя часть состоит из невырожденного газа, а центральная часть уже вырожденный. Чем глубже, тем больше его состояние меняется в сторону релятивистского и ультрарелятивистского вырождения.
Внутренняя кора содержит электроны, свободные нейтроны и ядра с большим количеством нейтронов. Более того, число нейтронных частиц увеличивается с глубиной. Длина этого слоя может достигать до нескольких километров.
Внешнее ядро выделяют в маломассивных объектов. Это связано с тем, что оно может занимать все пространство вплоть до центра звезды. Кроме того, оно состоит в основном из нейтронов. Хотя присутствуют также протоны и электроны.
Внутреннее ядро встречается только у массивных звезд. Оно чрезвычайно плотное. Его радиус составляет не менее нескольких километров. К сожалению, точный состав внутреннего вещества пока не известен. Однако несомненно, что в нем присутствуют нейтроны, барионы и кварки. Разумеется, дальнейшие исследования и изыскания продолжаются. И когда-нибудь все тайны нейтронных звезд станут известны.
Классификация нейтронных звезд
- Радиопульсары, иначе говоря, эжекторы, обладают высокими скоростями вращения и сильными магнитными полями. Они испускают, так сказать, заряженные релятивистские частицы, которые излучаются в радиодиапазоне. Кстати, первой звездой такого типа был открыт радиопульсар PSR B1919+21.
- Пропеллеры не излучают заряженных частиц. Однако за счет высокой скорости вращения и напряженности магнитного поля они удерживаются над поверхностью. На самом деле этот тип излучателей трудно обнаружить, и он мало изучен.
- Рентгеновский пульсар или аккретор отличается тем, что в нём вещество попадает на поверхность. Потому как небольшой темп оборотов позволяет ему спускаться, но уже в состоянии плазмы. В свою очередь, она нагревается благодаря магнитному полю. Как следствие, это вещество ярко светится в рентгеновском диапазоне.
- Георотатор имеет малую вращательную скорость, что вызывает приращение массы тела с помощью силы гравитации вещества (газа) из окружающего пространства. Такой процесс, между прочим, называется аккрецией.
- Теоретически возможным типом являются эргозвезды. По мнению ученых, такие объекты могут образовываться при слиянии или столкновении нейтронных звезд. Эргосфера - это область пространства-времени, расположенная вблизи черной дыры. Считается, что она находится где-то между горизонтом событий и пределом статичности. Проще говоря, такой объект существует, но это не точно.
Особенности и свойства нейтронных звезд
Нейтронные звезды имеют множество уникальных свойств, которые делают их интересными для исследования. Они являются источниками интенсивного излучения, включая радиоволны, рентгеновские лучи и гамма-излучение. Они также могут быть источниками гравитационных волн, которые были обнаружены в 2015 году.
Нейтронные звезды также имеют очень сильное магнитное поле, которое может быть миллионы раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Это создает условия для возникновения ярких вспышек излучения и других необычных явлений.
Одна из самых интересных особенностей нейтронных звезд - это их поверхность. Она состоит из экзотических материалов, таких как нейтрино и кварки, которые не встречаются на Земле. Из-за своей высокой плотности, поверхность нейтронной звезды может быть твердой, но также может быть жидкой или газообразной.
К тому же, к отличительным характеристикам нейтронных звезд относится их вращение вокруг своей оси. Стоит отметить, высокую скорость такого движения. Если говорить точнее, она составляет несколько сотен оборотов в секунду.
Нейтронные звезды также могут быть источниками новых элементов во Вселенной. Из-за их интенсивного излучения и высокой плотности, они могут создавать новые элементы путем ядерных реакций.
Нейтронные звезды являются одними из самых загадочных объектов во Вселенной, и их исследование может помочь нам лучше понять физические процессы, которые происходят в экстремальных условиях. Надеемся, что будущие миссии исследования помогут расширить наши знания о нейтронных звездах и других объектах во Вселенной.
Если понравилась статья, то поддержите лайком👍, а еще лучше подпиской на канал😋. Буду очень рад😊
