Od narození vesmíru uplynulo více než deset miliard let, během nichž dochází k hvězdné evolventě, ke změnám ve složení vesmíru. Některé vesmírné objekty zmizí a jiné se objeví na jejich místě. Tento proces se děje po celou dobu, avšak vzhledem k obrovským časovým intervalům jsme schopni sledovat pouze jeden rámec kolosální a fascinující multisession.
Vesmír vidíme v celé jeho slávě, pozorujeme život hvězd, vývojové stupně a okamžik smrti smrti. Smrt hvězdy je vždy velká a živá událost. Čím větší a masivnější je hvězda, tím větší kataklyzmus.
Neutronová hvězda je živým příkladem takové evoluce, živoucí památkou bývalé hvězdné moci. To je celý paradox. Místo masivní hvězdy, jejíž rozměry a hmotnost jsou desítky a stokrát vyšší než naše Slunce, vzniká drobné nebeské tělo o průměru několika desítek kilometrů. Taková transformace se nenastává v jediné chvíli. Tvorba neutronových hvězd je výsledkem dlouhé evoluční cesty vývoje kosmického monsteru, který se táhne v prostoru a v čase.
Fyzika neutronových hvězd
Takové objekty jsou ve vesmíru málo, jak se to může zdát na první pohled. Zpravidla může být neutronová hvězda jedna na tisíc hvězd. Tajemství tak malého počtu spočívá v jedinečnosti evolučních procesů, které předcházejí vzniku neutronových hvězd. Všechny hvězdy žijí svým životem jinak. Hvězdný dramatický finále vypadá jinak. Rozsah akce je určen hmotností hvězdy. Čím větší je hmotu kosmického těla, tím větší je hvězda, tím větší je pravděpodobnost, že jeho smrt bude rychlá a jasná.
Stále rostoucí gravitační síly vedou k transformaci hvězdné hmoty na tepelnou energii. Tento proces je nevědomky doprovázen kolosálním vydáním - výbuchem Supernovy. Výsledkem takového kataklyzmu je nový prostorový objekt - neutronová hvězda.
Jednoduše řečeno, hvězdná hmota přestává být palivem, termonukleární reakce ztrácejí svou intenzitu a nejsou schopné udržovat potřebné teploty v hlubinách masivního těla. Kolaps se stává výstupem z vytvořeného stavu - zhroucení hvězdného plynu na střední části hvězdy.
To všechno vede k okamžitému uvolnění energie a rozptýlení vnějších vrstev hvězdné hmoty ve všech směrech. Místo hvězdy se objeví rozšiřující se mlhovina. Taková transformace může nastat u jakékoliv hvězdy, ale výsledky kolapsu mohou být různé.
Je-li například hmotnost vesmírného objektu malá, jedná se například o žlutého trpaslíka jako Slunce, bílé trpaslíka zůstává na místě záblesku. V případě, že hmotnost kosmického příšeru převyšuje desítky časů sluneční hmoty, v důsledku kolapsu pozorujeme výbuch supernovy. Místo bývalé hvězdné majestátnosti vzniká neutronová hvězda. Nadměrné hvězdy, jejichž hmotnost je stokrát větší než hmotnost Slunce, dokončují svůj životní cyklus, neutronová hvězda je mezilehlá. Pokračující gravitační komprese vede k tomu, že životnost neutronové hvězdy končí výskytem černé díry.
V důsledku kolapsu hvězdy zůstává pouze jádro, které se nadále zmenšuje. V tomto ohledu je charakteristickým znakem neutronových hvězd vysoká hustota a obrovská hmotnost s malými rozměry. Hmotnost neutronové hvězdy o průměru 20 km. 1,5-3 násobek hmotnosti naší hvězdy. Zhutněním nebo neutronizací elektronů a protonů do neutronů dochází. Proto s poklesem objemu a velikosti se hustota a hmotnost hvězdné hmoty rychle zvyšují.
Složení neutronových hvězd
Přesné informace o složení neutronových hvězd nejsou k dispozici. Dnes používají astrofyziky pracovní model navržený jadernými fyziky ke studiu takových objektů.
Předpokládá se, že hvězdná látka je v důsledku kolapsu přeměněna na neutronovou, superfluidní kapalinu. To je usnadněno obrovskou gravitační přitažlivostí, která vyvíjí neustálý tlak na látku. Taková "jaderná kapalná látka" se nazývá degenerovaný plyn a 1000 krát hustší než voda. Atomy degenerovaného plynu se skládají z jádra a elektronů, které se kolem něj otáčejí. Při neutronizaci zmizí vnitřní prostor atomů pod vlivem gravitačních sil. Elektrony se spojují s jádrem a tvoří neutrony. Stabilita superdenzní látky dává vnitřní gravitaci. Jinak by řetězová reakce nevyhnutelně začala, doprovázená jaderným výbuchem.
Čím blíže k vnějšímu okraji hvězdy, tím nižší je teplota a tlak. V důsledku složitých procesů dochází k "ochlazení" neutronové látky, ze které jsou intenzivně uvolňovány železné jádra. Kolaps a následný výbuch je továrna planetárního železa, která je distribuována ve vesmíru a stává se stavebním materiálem při formování planet.
Je to vypuknutí supernov, které Zem dluží skutečnosti, že kosmické částice železa jsou v její struktuře a struktuře.
Podmíněně vzhledem k struktuře neutronové hvězdy v mikroskopu můžeme rozlišit v konstrukci objektu pět vrstev:
- atmosféra objektu;
- vnější kůra;
- vnitřní vrstvy;
- vnější jádro;
- vnitřní jádro neutronové hvězdy.
Atmosféra neutronové hvězdy má tloušťku jen několik centimetrů a je nejtenčí vrstvou. Podle svého složení je plazmovou vrstvou odpovědnou za tepelné ozařování hvězdy. Dále přichází vnější kůra, která je hustá několik set metrů. Mezi vnější kůrou a vnitřními vrstvami je oblast degenerovaného elektronového plynu. Čím hlouběji do středu hvězdy, tím rychleji se tento plyn stává relativistickým. Jinými slovy, procesy vyskytující se uvnitř hvězdy jsou spojeny se snížením frakce atomových jader. Počet volných neutronů se zvyšuje. Vnitřní oblasti neutronové hvězdy představují vnější jádro, kde neutrony nadále koexistují s elektrony a protony. Tloušťka této vrstvy látky je několik kilometrů, zatímco hustota hmoty je desetkrát vyšší než hustota atomového jádra.
Celá tato atomová polévka existuje kvůli kolosálním teplotám. V době výbuchu Supernovy je teplota neutronové hvězdy 1011K. Během tohoto období má nový nebeský objekt maximální svítivost. Ihned po výbuchu, dojde-li k rychlému chlazení, teplota během několika minut klesne na úroveň 109K. Následně se proces chlazení zpomaluje. Přestože je teplota hvězdy stále vysoká, světelnost objektu se snižuje. Hvězda stále svítí pouze díky tepelnému a infračervenému záření.
Klasifikace neutronových hvězd
Takovéto specifické složení hvězdné jaderné látky způsobuje vysokou jadernou hustotu neutronové hvězdy 1014 - 1015 g / cm3, zatímco průměrná velikost výsledného objektu je nejméně 10 a nejvýše 20 km. Další zvýšení hustoty je stabilizováno neutrinkovými interakčními silami. Jinými slovy, degenerovaný hvězdný plyn je ve stavu rovnováhy a vede hvězdu od dalšího kolapsu.
Poměrně složitá povaha takových prostorových objektů jako neutronových hvězd se stala důvodem následné klasifikace, která vysvětluje jejich chování a existenci v obrovském vesmíru. Hlavní parametry, na jejichž základě se klasifikace provádí, jsou perioda rotace hvězdy a měřítka magnetického pole. Během své existence ztrácí neutronová hvězda svou rotační energii a magnetické pole objektu se snižuje. Proto nebeské tělo prochází z jednoho státu do druhého, mezi něž jsou nejcharakterističtější tyto typy:
- Rádiové pulsy (ejektory) jsou předměty, které mají krátkou dobu otáčení, ale intenzita magnetického pole zůstává poměrně velká. Nabíjené částice, pohybující se po silových polích, opouštějí hvězdnou skořápku v útesu. Nebeské tělo tohoto typu se vysune, pravidelně plní vesmír s rádiovými impulsy fixovanými v rádiovém kmitočtu;
- Neutronová hvězda - vrtule. V tomto případě objekt má extrémně nízkou rychlost otáčení, magnetické pole však nemá dostatečnou sílu k přitahování prvků hmoty z okolního prostoru. Hvězda nevyzařuje impulsy, v tomto případě se nenastává nárůst (pád kosmické hmoty);
- Rentgenový pulsar (akretor). Takové předměty mají nízkou rychlost otáčení, ale díky silnému magnetickému poli hvězda intenzivně absorbuje materiál z vnějšího prostoru. Výsledkem je, že na místech, kde hvězdná hmota spadne na povrch neutronové hvězdy, se akumuluje plazma a ohřívá se na milióny stupňů. Tyto body na povrchu nebeského těla se stávají zdroji pulzujícího tepelného rentgenového záření. S nástupem výkonných rádiových dalekohledů, které umožňují nahlédnout do hloubky prostoru v infračerveném a rentgenovém rozsahu, bylo možné rychle detekovat spoustu konvenčních rentgenových pulsarů;
- Geotor je objekt, který má nízkou rychlost otáčení, zatímco hvězdná hmota se hromadí na povrchu hvězdy v důsledku nárůstu. Silné magnetické pole zabraňuje tvorbě plazmatu v povrchové vrstvě a hvězda postupně získává svou hmotnost.
Jak je vidět z existující klasifikace, každá neutronová hvězda se chová jinak. Z tohoto se řídí různými způsoby jejich objevu a je možné, že osud těchto nebeských těles bude v budoucnu jiný.
Paradoxy narození neutronových hvězd
První verze, že neutronové hvězdy jsou produkty výbuchu Supernova, dnes není postulát. Existuje teorie, že zde může být použit jiný mechanismus. V systémech s dvojitými hvězdami se bílí trpaslíci stanou potravou pro nové hvězdy. Hvězdná hmota postupně proudí z jednoho vesmírného objektu do druhého a zvyšuje jeho hmotnost do kritického stavu. Jinými slovy, v budoucnu jeden z bílých trpaslíků je neutronová hvězda.
Často se jediná neutronová hvězda, nacházející se v blízkém okolí hvězdných klastrů, zaměřuje na nejbližšího souseda. Společníci neutronových hvězd mohou být libovolnými hvězdami. Tyto páry se vyskytují poměrně často. Důsledky takového přátelství závisí na hmotnosti společníka. Pokud je hmotnost nového společníka malá, pak se ukradená hvězdná hmota hromadí v podobě akrečního disku. Tento proces, doprovázený rozsáhlou dobou rotace, povede k tomu, že hvězdný plyn se zahřeje na teplotu o milión stupňů. Neutronová hvězda se rozptýlí rentgenovým tokem a stává se rentgenovým pulsar. Tento proces má dva způsoby:
- hvězda zůstává ve vesmíru jako matné nebeské tělo;
- tělo začne vydávat krátké rentgenové záblesky.
Během záblesků rentgenového záření rychle roste jas jasné hvězdy, což činí takový objekt 100 tisíckrát jasnější než slunce.
Historie studia neutronových hvězd
Neutronové hvězdy se staly objevem druhé poloviny 20. století. Dříve bylo technicky nemožné detekovat takové objekty v naší galaxii a ve vesmíru. Šedé světlo a malá velikost takových nebeských těles jim nedovolila detekovat pomocí optických dalekohledů. Přes nedostatek vizuálního kontaktu byla existence takových objektů ve vesmíru teoreticky předikována. První verze existence hvězd s obrovskou hustotou se objevila při podání sovětského vědce L. Landaua v roce 1932.
O rok později, již v roce 1933, již přes oceán, bylo učiněno vážné prohlášení o existenci hvězd s neobvyklou strukturou. Astronomové Fritz Zwicky a Walter Baade uvedli, že neutronová hvězda stále zůstává na místě výbuchu Supernovy.
V šedesátých letech se objevil průlom v astronomických pozorováních. To bylo usnadněno objevením rentgenových dalekohledů schopných detekovat zdroje měkkého rentgenového záření v prostoru. S využitím teorie o existenci zdrojů silného tepelného záření ve vesmíru dospěli astronomové k závěru, že se jedná o nový typ hvězd. Významným přírůstkem teorie existence neutronových hvězd byl objev pulzarů v roce 1967. Americký Jocelyn Bell, pomocí svých rádiových zařízení, detekoval rádiové signály pocházející z vesmíru. Zdroj rádiových vln byl rychle rotujícím objektem, který se choval jako rádiový maják a vysílal signály ve všech směrech.
Takový objekt má určitě vysokou rychlost otáčení, což by bylo pro obyčejnou hvězdu smrtelné. První pulsar, který objevili astronomové, je PSR В1919 + 21, umístěný ve vzdálenosti 2283.12 sv. let od naší planety. Podle vědců je nejbližší neutronová hvězda na Zemi vesmírný objekt RX J1856.5-3754 umístěný v souhvězdí South Corona, která byla otevřena v roce 1992 v observatoři Chandra. Vzdálenost od Země k nejbližší neutronové hvězdě je 400 světelných let.