Как устроены звезды нейтронного типа

НЕЙТРОННАЯ ЗВЕЗДА,
звезда, в основном состоящая из нейтронов. Нейтрон – это нейтральная субатомная частица, одна из главных составляющих вещества.
Также по теме:
ПУЛЬСАР

Гипотезу о существовании нейтронных звезд выдвинули астрономы В.Бааде и Ф.Цвикки сразу после открытия нейтрона в 1932. Но подтвердить эту гипотезу наблюдениями удалось лишь после открытия пульсаров в 1967.

Нейтронные звезды образуются в результате гравитационного коллапса нормальных звезд с массами в несколько раз больше солнечной. Плотность нейтронной звезды близка к плотности атомного ядра, т.е. в 100 млн. раз выше плотности обычного вещества. Поэтому при своей огромной массе нейтронная звезда имеет радиус всего ок. 10 км.

Также по теме:

ЗВЕЗДЫ

Из-за малого радиуса нейтронной звезды сила тяжести на ее поверхности чрезвычайно велика: примерно в 100 млрд. раз выше, чем на Земле. От коллапса эту звезду удерживает «давление вырождения» плотного нейтронного вещества, не зависящее от его температуры. Однако если масса нейтронной звезды станет выше примерно 2 солнечных, то сила тяжести превысит это давление и звезда не сможет противостоять коллапсу.

У нейтронных звезд очень сильное магнитное поле, достигающее на поверхности 1012–1013 Гс (для сравнения: у Земли ок. 1 Гс). С нейтронными звездами связывают небесные объекты двух разных типов.

Рентгеновские двойные.

С нейтронными звездами, входящими 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 огромной скорости. При ударе о поверхность нейтронной звезды газ выделяет 10–30% своей энергии покоя, тогда как при ядерных реакциях этот показатель не достигает и 1%. Нагретая до высокой температуры поверхность нейтронной звезды становится источником рентгеновского излучения. Однако 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. Поэтому сильно нагреваются только районы полюсов, которые на вращающейся звезде становятся источниками рентгеновских импульсов. Радиоимпульсы от такой звезды уже не поступают, поскольку радиоволны поглощаются в окружающем ее газе.

Обнаружена самая массивная нейтронная звезда из известных науке

Используя радиотелескоп «Green Bank Telescope», астрономы обнаружили самую массивную нейтронную звезду из известных науке. Она располагается на расстоянии около 4,6 тысячи световых лет от Земли и при диаметре примерно 30 километров обладает массой в 2,17 солнечной. Исследование, описывающее открытие, представлено в журнале Nature Astronomy.

«Нейтронные звезды очаровывают не меньше, чем озадачивают. Эти объекты размером с город по своей сути являются гигантскими атомными ядрами. Они настолько массивны, что материя в их недрах приобретает странные свойства. Здесь, на Земле, всего одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы порядка 100 миллионов тонн, или примерно столько же, сколько все население нашей планеты. И, хотя астрономы и физики изучают эти объекты уже на протяжении нескольких десятилетий, многие вопросы о них остаются открытыми, важнейший из которых: каков переломный момент, при котором гравитация «побеждает» материю и образует черную дыру?» – рассказывают авторы исследования.

Нейтронные звезды представляют собой сжатые остатки массивных звезд, вспыхнувших сверхновыми. Они являются самыми плотными «нормальными» объектами в известной Вселенной. Технически, черные дыры более плотные, но к нормальным их никак не отнесешь.

Обнаружить самую массивную нейтронную звезду, получившую обозначение J0740+6620, астрономам удалось в ходе наблюдения за двойной системой, состоящей из миллисекундного пульсара и белого карлика. Пульсары являются частным случаем этих экзотических плотных объектов и выделяются тем, что испускаемые из их намагниченных полюсов лучи достигают наших телескопов.

«Поскольку пульсары вращаются с феноменальной скоростью и периодичностью, мы можем использовать их в качестве космического эквивалента атомных часов. Столь точный хронометраж помогает нам изучать природу пространства-времени, измерять массы объектов и тестировать Общую теорию относительности Альберта Эйнштейна», – отмечают авторы исследования.

В данном случае удачная ориентация двойной системы по отношению к Земле и космическая точность пульсаров позволила астрономам довольно точно вычислить массу обоих компонентов системы. Результат был достигнут благодаря «эффекту Шапиро», при котором в момент нахождения нейтронной звезды позади белого карлика сигнал от него приходит с задержкой, составляющей порядка 10 миллионных долей секунды.

По сути, гравитация белого карлика слегка искривляет окружающее ее пространство, поэтому импульс преодолевает немного большее расстояние. В итоге величина задержки раскрыла его массу, а затем и массу нейтронной звезды.

«Расположение этой двойной системы сделало из нее великолепную космическую лабораторию. Считается, что у нейтронных звезд есть «переломный момент», при котором их внутренние плотности становятся настолько экстремальными, что гравитация подавляет способность нейтронов сопротивляться дальнейшему коллапсу. Поэтому каждая новая «самая массивная» нейтронная звезда приближает нас к определению этой точки и помогает понять физику столь невероятно плотно упакованной материи», – заключают авторы исследования.

Состав.

Плотность нейтронной звезды растет с глубиной. Под слоем атмосферы толщиной всего несколько сантиметров находится жидкая металлическая оболочка толщиной несколько метров, а ниже – твердая кора километровой толщины. Вещество коры напоминает обычный металл, но гораздо плотнее. В наружной части коры это в основном железо; с глубиной в его составе увеличивается доля нейтронов. Там, где плотность достигает ок. 4Ч1011 г/см3, доля нейтронов увеличивается настолько, 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. 2Ч1014 г/см3 (плотность атомного ядра) вообще исчезают отдельные ядра и остается сплошная нейтронная «жидкость» с примесью протонов и электронов. Вероятно, 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 нейтронной звезде образуются наиболее необычные формы вещества. Может быть, нейтроны и протоны распадаются на еще более мелкие частицы – кварки; возможно также, что рождается много пи-мезонов, которые образуют так называемый пионный конденсат. См

.
также
ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ; СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ; СВЕРХТЕКУЧЕСТЬ.

Войти на сайт

Космос как предчувствие 2 дня назад

Когда звезда массой от 8 до 20 масс солнц полностью заканчивает свой жизненный цикл, происходит взрыв сверхновой звезды. Внешняя оболочка разлетается в межзвёздное пространство. Внутреннее ядро сжимается.

Если масса ядра больше массы Солнца в 1.4 раза (предел Чандрасекара), то электроны сливаются с протонами, превращаясь в нейтроны. В результате образуется ядро-звезда, названная нейтронной. Состоит в основном из плотноупакованных нейтронов. Дальнейший коллапс останавливается, если масса ядра не превышает массу Солнца в 2.8 раза, иначе образуется чёрная дыра.

Коллапс останавливается из-за нейтронного вырождения, где нейтронам необходимо пространство. Средний размер нейтронной звезды около 10 км. Плотность настолько высока, что масса 1 чайной ложки равна триллиону кг.
Строение нейтронной звезды
У нейтронной звезды присутствует атмосфера, состоящая из энергетической плазмы. Толщина её достигает несколько см. В тонкой атмосфере выделяется излучение.

За атмосферой следует корка из электронов и протонов, толщиной 100 метров. Глубже уже присутствуют практически только нейтроны. Обычно нейтроны живут мало — 880 секунд.

Однако из-за гравитации нейтроны не могут распадаться. По этой причине нейтронные звёзды являются одними из самых стабильных объектов во Вселенной.

Несмотря на то, что советский физик-теоретик Ландау предсказал существование нейтронных звёзд ещё в 30-х годах, открыли их только в 60-х. По причине невозможности обнаружения 10 — километровые объекты на расстоянии несколько 100 световых лет с помощью оптических телескопов.

Для обнаружения уже нужны приборы в рентгеновском диапазоне.
Особенности нейтронных звёзд
Нейтронным звёздам свойственны высокое магнитное поле и быстрая скорость вращения. Звезда может совершать несколько сотен оборотов в секунду. Происходит из-за закона сохранения углового момента. Когда изначально ядро было больше, оно вращалось с незначительной скоростью.

Когда стало сжиматься, подобно фигуристам, вращение только увеличилось. Из-за отсутствия трения в Космосе, угловой момент остается неизменным. Магнитные силовые линии тоже никуда не деваются, только возрастает концентрация на маленьком 10-км участке.

Для сравнения, магнитное поле нейтронной звезды больше земного в миллион раз.

Нейтронные звёзды могут быть в паре с другими звёздами. Обнаружены и планеты, вращающиеся вокруг нейтронных звёзд. Только жизнь там невозможна. Мощная радиация непрерывно выплёскивается в космическое пространство.

Тем не менее нейтронные звёзды очень полезны для человечества. Объекты с быстрым вращением магнитных полей создают периодическое излучение в виде пучков света. Издалека кажется, что звезда пульсирует.

Причём точность пульсации выше точности любых часов на Земле. Своего рода, нейтронные звёзды, в отличие от обычных, являются отличными путеводителями в просторах Вселенной. С помощью их можно легко определить местоположение в Космосе.

Полное поведение нейтронных звёзд до конца учёными не выяснено. Однако за последние 60 лет человечество далеко продвинулось в понимании этих космических объектов. Учёные продолжают исследовать их и по сей день.

https://zen.yandex.ru/media/kosmo/chto-iz-sebia-predstavliaiut-neitronnye-zvezdy-5ca71b9c616b5500b222e8a0

История открытия

Гравитационное отклонение света в поле гравитации нейтронной звезды. Из-за гравитационного отклонения света видно более половины поверхности.
Нейтронные звёзды — один из немногих классов космических объектов, которые были теоретически предсказаны до открытия наблюдателями.

Впервые мысль о существовании звёзд с увеличенной плотностью ещё до открытия нейтрона, сделанного Чедвиком в начале февраля 1932 года, высказал известный советский учёный Лев Ландау. Так, в своей статье «О теории звёзд», написанной в феврале 1931 года, но по неизвестным причинам запоздало опубликованной только 29 февраля 1932 года — более чем через год, он пишет: «Мы ожидаем, что всё это [нарушение законов квантовой механики] должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро».

В декабре 1933 года на съезде Американского физического общества (15—16 декабря 1933 года) астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки сделали первое строгое предсказание существования нейтронных звёзд. В частности, они обоснованно предположили, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. Теоретические расчёты показали, что излучение нейтронной звезды в оптическом диапазоне слишком слабое, чтобы её можно было обнаружить при помощи оптических астрономических инструментов того времени.

Интерес к нейтронным звёздам усилился в 1960-х годах, когда начала развиваться рентгеновская астрономия, так как теория предсказывала, что максимум их теплового излучения приходится на область мягкого рентгена. Однако неожиданно они были открыты в радионаблюдениях. В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Э. Хьюиша, открыла объекты, излучающие регулярные радиоимпульсы. Это явление было объяснено узкой направленностью радиолуча от быстро вращающегося космического объекта — своеобразный «космический радиомаяк». Но любая обычная звезда разрушилась бы от центробежных сил при столь высокой скорости вращения. На роль таких «космических маяков» были пригодны только нейтронные звёзды. Пульсар PSR B1919+21 считается первой открытой нейтронной звездой.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: