Вещество в нейтронной звезде упаковано так же плотно, как в атомном ядре.
Кусочек нейтронной звезды с булавочную головку весит более миллиона тонн. Под действием огромного давления внутри нейтронной звезды электроны вдавливаются в протоны, и звезда оказывается состоящей из одних нейтронов. Диаметр нейтронной звезды около 20 км, при том, что масса ее примерно такая же, как у Солнца.
На рисунке. Звезда (слева) становится сверхновой, если ее масса превышает восемь солнечных масс. В ходе вспышки сверхновой (рисунок в середине) звезда сбрасывает свои внешние слои, а ее ядро коллапсирует (сжимается), превращаясь в нейтронную звезда (справа).
Нейтронные звезды – это объекты размером с небольшой земной город и массой примерно в полтора раза больше солнечной. Они рождаются после смерти других, более крупных звезд, а затем продолжают развиваться самостоятельно. Давайте посмотрим на то, как они формируются и совершенствуются на протяжении своей жизни.
Звездный феникс
Когда огромные звезды, в 4-8 раз больше Солнца, взрываются сверхновой, их внешние слои сдуваются, оставляя лишь небольшой плотное ядро, продолжающее коллапсировать. Гравитация в нем настолько сильна, что даже протоны и электроны сжимаются, образуя нейтроны. Поэтому такие звезды и называются нейтронными.
Нейтронные звезды настолько плотные, что содержат всю свою огромную массу в шаре с диаметром около 20 километров. Это приводит к тому, что чайная ложка вещества такого объекта будет весить как целая гора. Гравитация этой звезды в два миллиарда раз сильнее, чем земная. Этого даже достаточно, чтобы отклонить излучение звезды в процессе гравитационного линзирования, благодаря чему астрономы могут увидеть часть обратной стороны звезды.
В результате взрыва сверхновой нейтронная звезда наделяется колоссальным количеством энергии, запускающим чрезвычайно быстрое вращение – несколько полных оборотов в секунду. Скорость вращения может доходить до 43 000 об/мин, но со временем она все же замедляется.
Также бывают двойные звездные системы, в которых одна из звезд пережила взрыв сверхновой или была позже захвачена сильной гравитацией. В таком случае все становится еще интереснее. Одна из звезд может втягивать массу другой в полость Роша – облако из звездного материала, похожее на шар, расположенное вокруг двойной системы. Таким образом, их общая масса может даже в десять раз превышать солнечную, но длятся такие переносы обычно недолго, и стабильными их не назовешь.
Такие массивные звезды переносят свое вещество в виде звездного ветра. Оно протекает вдоль магнитных полюсов, нагревается и создает рентгеновское излучение. Поэтому нейтронные звезды можно легко обнаружить, отслеживая эти пульсации или гамма-излучение. На данный момент найдено около двух тысяч таких объектов, и вокруг некоторых из них даже вращаются планеты, а в особых случаях они и сами превращаются в планеты.
Типы нейтронных звезд
Излучение таких объектов покидает их со скоростью, близкой к скорости света. Проходя мимо Земли, эти лучи вспыхивают, как лампочки. Ученые называют такие звезды пульсарами, так как они, что неудивительно, пульсируют. Стандартный пульсар может вращаться со скоростью до 60 об/с, а особо быстрые за секунду могут делать до 700 оборотов.
Захватывая вещество, выходящее из их спутников, некоторые пульсары создают мощное излучение, видимое в радио- или гамма-спектре. Так как поглощение энергии из компаньона является их основным способом питания, эти объекты называют «пульсарами, живущими за счет аккреции».
Также существуют «спиновые» пульсары, которые приводятся в движение вращением звезд из-за большого количества энергии и взаимодействия электронов с их магнитными полями. Это приводит к ускорению вещества в магнитосфере пульсара и генерации гамма-излучения в нейтронной звезде, вследствие чего ее вращение постепенно замедляется.
Пульсары настолько предсказуемы и регулярны, что некоторые ученые предполагают, что в будущем их мерцание можно будет использовать для навигации в космических перелетах. Исследователи предлагают использовать их точно так же, как атомные часы в существующем GPS.
Еще одними интереснейшими объектами являются магнитары. Магнитное поле земли составляет около 1 гаусса (единица измерения магнитной индукции), солнечное – пару сотен гаусс. Магнитное поле обычной нейтронной звезды составляет примерно триллион гаусс, что уже внушительно, но у магнитара оно еще в тысячу раз сильнее. Поэтому эти объекты могут вращаться намного дольше.
Можно с уверенностью заявить, что на данный момент магнитары – рекордсмены по силе магнитного поля. Их индукция не бесконечна и имеет конкретные цифры, но там столько нулей, что их становится трудно укладывать в голове.
Такие сильные поля наносят ущерб своей локальной среде, вызывая всплески высокоинтенсивного излучения. Вблизи магнетаров даже атомы вытягиваются в стрежни. Таким образом, если вы будете находиться хотя бы в 1000 километров от такого объекта, его излучение нарушит вашу молекулярную структуру, уничтожит ваши нервные импульсы. Проще говоря, попав под воздействие магнетара, вы просто растворитесь, будто вас никогда и не было.
Разбивающиеся звезды
Аналогично обычным двойным звездам, нейтронные могут вращаться вокруг друг друга. Если они находятся достаточно близко, они могут начать интенсивно закручиваться внутрь, образуя килонову.
Столкновение двух нейтронных звезд наблюдалось в 2017 году, и гравитационные волны от этого дошли даже до нас. Исследуя это явление, ученые обнаружили, что они являются источником большей части золота, платины и прочих тяжелых элементов во Вселенной.
Долгое время ученые не могли понять, как именно появляются самые тяжелые химические элементы, но исследование столкновения двух нейтронных звезд предоставило доказательства того, что именно это явление может быть основным источником многих элементов, тяжелее железа.
Этот процесс в 2017 году разнес гравитационные волны по огромному участку космоса, но что происходит со столкнувшимися звездами теперь, никто не знает. Они могли слиться в одну нейтронную звезду, превратиться в черную дыру или что угодно еще.
Ученые ожидают, что в будущем обнаружат больше слияний нейтронных звезд, что поможет им досконально исследовать внутреннюю структуру материи. Но пока остается лишь ждать.
