О звездах нейтронных замолвите слово...

Я - нейтронная звезда и сейчас немного расскажу о себе. Звезды, как и люди, рождаются, проходят стадии своего развития и, в конце концов, умирают. И если про перерождение людей как таковых данных у нас нет, то о нас, звездах, известно довольно многое.

Этапы формирования типичной звезды. Источник: http://galspace.spb.ru/indvop.file/33.html

Все звезды рождаются примерно одинаково. В самом начале будущая звезда представляет из себя облако из газа и пыли. Под действием гравитации из него начинает формироваться шар. Гравитационная энергия переходит в тепло и шар нагревается. Такой объект называется протозвездой. В таком состоянии он будет находиться пока температура в его центре не достигнет 10 миллионов градусов. При такой температуре ядра атомов настолько сближаются друг с другом, что начинают происходить термоядерные реакции и шар перестает сжиматься, ведь силе гравитации начинает противостоять сила светового давления. В этот самый момент протозвезда становится полноценной звездой. (Хотя, как часто бывает и у людей, очень многое в жизни звезды зависит от ее массы. И протозвезды с различной массой могут развиваться совсем по-разному.)

Давайте пропустим зрелые годы звезды (а также кризис среднего возраста) и перейдем к вариантам финальной стадии звездной эволюции. Это именно та стадия, в которой, спустя множество перерождений, я нахожусь сейчас (вы ведь еще не забыли, что читаете монолог звезды?). Что касается моих знакомых со всех уголков галактики, то худенькие звезды, в основном, превратились в коричневых карликов, среднячки – белыми карликами, а более упитанные и совсем пухленькие - нейтронными звездами или черными дырами.

Нейтронная звезда в представлении художника.

Кстати, когда-то и я была белым карликом и остывала миллионы лет до нынешнего состояния. И сейчас я запредельно классная. В прямом смысле этого слова. Дело в том, что существует предел, который открыл мой замечательный друг – Субраньян Чандрасекар – превратившийся из маленького мальчика, грезящего о космосе, в серьезного дядю-астрофизика. Чандрасекар работал над теорией эволюции звезд и не обошел нас, нейтронных звезд, стороной. Изучая предыдущее нам поколение – белых карликов, он понял, что мы можем рождаться, когда масса белого карлика переходит некоторый предел. Это может происходить в системе двойных звезд, где у белого карлика есть звезда-компаньон, вещество с которой постепенно перетекает на него.

Когда ядро карлика быстро сжимается под действием гравитационных сил – повышается давление. В это время ядро расходует водород и в процессе синтезируются более тяжелые элементы вплоть до железа. Из-за этого происходит коллапс ядра и звезда становится нейтронной. Электроны притягиваются с орбит к ядру, где сливаются с протонами, образуя нейтронную жидкость. Во время этого процесса излучаются нейтрино – переносчики слабого и гравитационного взаимодействий. Вот так и появляются нейтронные звезды. Но есть и другой путь.

Схематическое изображение пульсара, линий его магнитного поля, а также джетов - потоков излучения и высокоэнергетичных частиц. Источник: http://vo.astro.spbu.ru/index.php

Его придумала парочка мозговитых астрономов - Вальтер Бааде и Фриц Цвикки. Сразу после открытия нейтронов в 1932 году они задумались о звездах, полностью состоящих из нейтронов и решили, что мы можем появляться при взрыве сверхновых. И, оказалось, что такой сценарий действительно возможен - главное, чтобы масса исходной звезды и остающегося после взрыва ядра была не слишком большой (а то есть шанс превратиться в черную дыру).

Несмотря на то, что мы - одни из самых плотных объектов во Вселенной, мы очень маленькие и на первый взгляд невзрачные, потому что температура нашей поверхности ниже, чем у большинства звезд. Поэтому обнаружить нас в обычный телескоп практически невозможно. Впервые зафиксировать нейтронную звезду удалось в 1967 году аспирантке Джоселин Белл, которая в ходе упорной работы зарегистрировала регулярные всплески радиоволн от нейтронной звезды (пульсара), позже названного страшным именем PSR B1919+21.

Опыт с фигуристкой, иллюстрирующий закон сохранения момента импульса. Источник: http://osfundamentosdafisica.blogspot.ru/

Если говорить о карьерном росте, то вспоминается фраза: «Хочешь жить – умей вертеться». Когда нейтронная звезда начинает вращаться – она превращается в пульсар. Это происходит, когда у нее заканчиваются запасы топлива и она взрывается – становится сверхновой. Так как в результате этого процесса радиус звезды существенно уменьшается, то новорожденный пульсар приобретает большую скорость вращения вокруг собственной оси (во всем виноват закон сохранения момента импульса - смотрите картинку с фигуристкой). Как и у всех нас, у пульсаров тоже есть свои стадии жизни. Они сменяются по мере замедления вращения и расходования энергии.

Работы у пульсаров немерено. И какие у них вакансии интересные! Можно быть источником и  рентгеновского излучения, и оптического, и радиоизлучения и даже гамма-излучения! Ладно, главное не статус, а богатый внутренний мир. Давайте поговорим о нем, рассмотрев структуру нейтронных звезд. Она чем-то напоминает конфеты с жидкой начинкой внутри. Только вместо сладкой сердцевины – нейтронная жидкость, а вместо леденцовой оболочки – кора из электронов и атомных ядер. У нейтронной звезды есть пять слоев:  атмосфера, внешняя кора, внутренняя кора, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Качественный состав нейтронной звезды.

Состав слоев примерно следующий:

  • Атмосфера – тонкий слой плазмы
  • Внешняя кора – ионы и электроны
  • Внутренняя кора - электроны, свободные нейтроны и нейтронно-избыточные атомные ядра
  • Внешнее ядро – нейтроны с примесью протонов и электронов.
  • Внутреннее ядро (у массивных нейтронных звезд) – его состав пока не известен, однако существует несколько гипотез, которые пока довольно сложно подтвердить или опровергнуть.

Надеюсь, что моя автобиография вам понравилась и помогла понять насколько мы, нейтронные звезды, потрясающие! А, если есть желание узнать о нас больше - милости просим по ссылкам ниже:

Анастасия Белых, специально для MakeItQuantum

Комментарии: