Από τη γέννηση του σύμπαντος, έχουν περάσει περισσότερα από δέκα δισεκατομμύρια χρόνια, κατά τη διάρκεια των οποίων λαμβάνει χώρα αστρική εξέλιξη, πραγματοποιούνται αλλαγές στη σύνθεση του εξωτερικού χώρου. Ορισμένα διαστημικά αντικείμενα εξαφανίζονται και άλλα εμφανίζονται στη θέση τους. Αυτή η διαδικασία συμβαίνει όλη την ώρα, ωστόσο, λόγω των τεράστιων χρονικών διαστημάτων, είμαστε σε θέση να παρακολουθήσουμε μόνο ένα ενιαίο πλαίσιο της κολοσσιαίας και συναρπαστικής πολυ-έδρας.
Βλέπουμε το Σύμπαν σε όλη του τη δόξα, παρατηρώντας τη ζωή των αστεριών, τα στάδια της εξέλιξης και τη στιγμή της αγωνίας του θανάτου. Ο θάνατος ενός αστεριού είναι πάντα ένα μεγάλο και ζωντανό γεγονός. Όσο μεγαλύτερο και πιο μαζικό είναι το αστέρι, τόσο μεγαλύτερο είναι ο κατακλυσμός.
Το αστέρι νετρονίων είναι ένα ζωντανό παράδειγμα μιας τέτοιας εξέλιξης, ένα ζωντανό μνημείο της πρώην αστρικής δύναμης. Αυτό είναι το όλο παράδοξο. Αντί για ένα τεράστιο αστέρι, των οποίων οι διαστάσεις και η μάζα είναι δεκάδες και εκατοντάδες φορές υψηλότερες από αυτές του Ήλιου μας, αναδύεται ένα μικροσκοπικό ουράνιο σώμα με διάμετρο λίγων δεκάδων χιλιομέτρων. Μια τέτοια μεταμόρφωση δεν συμβαίνει σε μια στιγμή. Ο σχηματισμός των άστρων νετρονίων είναι το αποτέλεσμα μιας μακράς εξελικτικής πορείας ανάπτυξης ενός κοσμικού τέρατος που τεντώνεται στο διάστημα και στο χρόνο.
Φυσική αστρικών ουδετέρων
Τέτοια αντικείμενα είναι λίγα στο Σύμπαν, όπως μπορεί να φανεί με την πρώτη ματιά. Κατά κανόνα, ένα αστέρι νετρονίων μπορεί να είναι ένα στα χίλια αστέρια. Το μυστικό ενός τόσο μικρού αριθμού έγκειται στη μοναδικότητα των εξελικτικών διαδικασιών που προηγούνται της γέννησης των αστερωνίων νετρονίων. Όλα τα αστέρια ζουν τη ζωή τους διαφορετικά. Το τελικό του δράματος αστέρι μοιάζει πολύ διαφορετικό. Η κλίμακα της δράσης καθορίζεται από τη μάζα του αστέρα. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του κοσμικού σώματος, τόσο πιο ογκώδης είναι το αστέρι, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα ο θάνατός του να είναι γρήγορος και φωτεινός.
Οι συνεχώς αυξανόμενες βαρυτικές δυνάμεις οδηγούν στον μετασχηματισμό της αστρικής ύλης σε θερμική ενέργεια. Αυτή η διαδικασία συνοδεύεται άθελα από μια κολοσσιαία απελευθέρωση - την έκρηξη του Supernova. Το αποτέλεσμα ενός τέτοιου κατακλυσμού είναι ένα νέο διαστημικό αντικείμενο - ένα αστέρι νετρονίων.
Με απλά λόγια, η αστρική ύλη παύει να είναι καύσιμο, οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις χάνουν την έντασή τους και δεν είναι σε θέση να διατηρούν τις απαραίτητες θερμοκρασίες στα βάθη ενός μαζικού σώματος. Η κατάρρευση γίνεται η έξοδος από τη δημιουργηθείσα κατάσταση - η κατάρρευση του αστρικού αερίου στο κεντρικό τμήμα του αστέρα.
Όλα αυτά οδηγούν σε στιγμιαία απελευθέρωση ενέργειας, διασκορπίζοντας τα εξωτερικά στρώματα της αστρικής ύλης προς όλες τις κατευθύνσεις. Αντί για ένα αστέρι, εμφανίζεται ένα διασταυρούμενο νεφέλωμα. Ένας τέτοιος μετασχηματισμός μπορεί να συμβεί με οποιοδήποτε αστέρι, αλλά τα αποτελέσματα της κατάρρευσης μπορεί να είναι διαφορετικά.
Εάν η μάζα ενός διαστημικού αντικειμένου είναι μικρή, για παράδειγμα, έχουμε να κάνουμε με έναν κίτρινο νάνο όπως τον Ήλιο, ένας λευκός νάνος παραμένει στη θέση του φλας. Σε περίπτωση που η μάζα του κοσμικού τέρατος υπερβαίνει τις δεκάδες φορές την ηλιακή μάζα, ως αποτέλεσμα της κατάρρευσης παρατηρούμε μια έκρηξη του Supernova. Στη θέση της πρώην αστρικής μεγαλειότητας σχηματίζεται ένα αστέρι νετρονίων. Τα υπερμεγέθια αστέρια, των οποίων η μάζα είναι εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου, ολοκληρώνουν τον κύκλο ζωής τους, το αστέρι νετρονίων είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο. Η συνεχιζόμενη βαρυτική συμπίεση οδηγεί στο γεγονός ότι η ζωή ενός άστρου νετρονίων τελειώνει με την εμφάνιση μιας μαύρης τρύπας.
Ως αποτέλεσμα της κατάρρευσης του αστέρα, μόνο ο πυρήνας παραμένει, συνεχίζοντας να συρρικνώνεται. Από αυτή την άποψη, ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των αστερων νετρονίων είναι η υψηλή πυκνότητα και η τεράστια μάζα με πενιχρά μεγέθη. Έτσι, η μάζα ενός αστέρα νετρονίων με διάμετρο 20 χιλιομέτρων. 1,5-3 φορές τη μάζα του αστεριού μας. Η συμπίεση ή ουδετεροποίηση ηλεκτρονίων και πρωτονίων σε νετρόνια συμβαίνει. Συνεπώς, με μείωση του όγκου και του μεγέθους, η πυκνότητα και η μάζα της αστρικής ύλης αυξάνονται ταχέως.
Σύνθεση αστρίων νετρονίων
Δεν υπάρχουν ακριβείς πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση των αστέρων νετρονίων. Σήμερα, οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν το μοντέλο εργασίας που προτείνουν οι πυρηνικοί φυσικοί για να μελετήσουν τέτοια αντικείμενα.
Πιθανώς, η αστρική ουσία μετασχηματίζεται σε ένα νετρόνιο, υπερρευστό υγρό ως αποτέλεσμα της κατάρρευσης. Αυτό διευκολύνεται από μια τεράστια βαρυτική έλξη, η οποία ασκεί σταθερή πίεση στην ουσία. Μια τέτοια "πυρηνική υγρή ουσία" ονομάζεται εκφυλισμένο αέριο και 1000 φορές πυκνότερη από το νερό. Τα άτομα ενός εκφυλισμένου αερίου αποτελούνται από έναν πυρήνα και τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από αυτό. Με το νετρόνιο, ο εσωτερικός χώρος των ατόμων εξαφανίζεται υπό την επίδραση των βαρυτικών δυνάμεων. Τα ηλεκτρόνια συγχωνεύονται με τον πυρήνα, σχηματίζοντας νετρόνια. Η σταθερότητα της superdense ουσίας δίνει την εσωτερική βαρύτητα. Διαφορετικά, μια αλυσιδωτή αντίδραση θα αρχίσει αναπόφευκτα, συνοδευόμενη από μια πυρηνική έκρηξη.
Όσο πιο κοντά βρίσκεται η εξωτερική άκρη του αστέρα, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία και η πίεση. Ως αποτέλεσμα πολύπλοκων διαδικασιών, συμβαίνει η "ψύξη" της ουσίας νετρονίων, από την οποία απελευθερώνονται εντατικά οι πυρήνες του σιδήρου. Η κατάρρευση και η επακόλουθη έκρηξη είναι εργοστάσιο πλανητικού σιδήρου, το οποίο διανέμεται στον εξωτερικό χώρο, καθιστώντας το δομικό υλικό κατά τη διάρκεια του σχηματισμού των πλανητών.
Είναι το ξέσπασμα των υπερκαινοφανών που η Γη οφείλει στο γεγονός ότι τα κοσμικά σωματίδια σιδήρου είναι παρόντα στη δομή και τη δομή της.
Υποστηρικώς, λαμβάνοντας υπόψη τη δομή ενός αστέρα νετρονίων σε ένα μικροσκόπιο, μπορούμε να διακρίνουμε πέντε στρώματα στη δομή ενός αντικειμένου:
- την ατμόσφαιρα του αντικειμένου.
- εξωτερικό φλοιό ·
- εσωτερικά στρώματα.
- εξωτερικό πυρήνα.
- εσωτερικός πυρήνας ενός αστέρα νετρονίων.
Η ατμόσφαιρα ενός αστεριού νετρονίων έχει πάχος μόνο μερικών εκατοστών και είναι το λεπτότερο στρώμα. Σύμφωνα με τη σύνθεσή του, είναι ένα στρώμα πλάσματος υπεύθυνο για τη θερμική ακτινοβολία ενός αστέρα. Ακολουθεί ο εξωτερικός φλοιός, ο οποίος έχει πάχος αρκετών εκατοντάδων μέτρων. Μεταξύ της εξωτερικής κρούστας και των εσωτερικών στρωμάτων είναι το βασίλειο ενός εκφυλισμένου αερίου ηλεκτρονίων. Όσο πιο βαθιά γίνεται στο κέντρο του αστέρα, τόσο πιο γρήγορα το αέριο γίνεται σχετικιστικό. Με άλλα λόγια, οι διαδικασίες που συμβαίνουν μέσα σε ένα αστέρι σχετίζονται με μια μείωση στο κλάσμα των ατομικών πυρήνων. Ο αριθμός των ελεύθερων νετρονίων αυξάνεται. Οι εσωτερικές περιοχές ενός αστέρα νετρονίων αντιπροσωπεύουν τον εξωτερικό πυρήνα, όπου τα νετρόνια συνεχίζουν να συνυπάρχουν με ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Το πάχος αυτού του στρώματος ουσίας είναι αρκετά χιλιόμετρα, ενώ η πυκνότητα της ύλης είναι δέκα φορές υψηλότερη από την πυκνότητα του ατομικού πυρήνα.
Όλη αυτή η ατομική σούπα υπάρχει λόγω των κολοσσιαίων θερμοκρασιών. Την εποχή της έκρηξης του Supernova, η θερμοκρασία του αστέρα νετρονίων είναι 1011K. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ένα νέο ουράνιο αντικείμενο έχει τη μέγιστη φωτεινότητα. Αμέσως μετά την έκρηξη, σε ένα στάδιο γρήγορης ψύξης, η θερμοκρασία πέφτει σε επίπεδο 109Κ μέσα σε λίγα λεπτά. Στη συνέχεια, η διαδικασία ψύξης επιβραδύνεται. Παρόλο που η θερμοκρασία του αστέρα εξακολουθεί να είναι υψηλή, η φωτεινότητα του αντικειμένου μειώνεται. Το άστρο συνεχίζει να αναβοσβήνει μόνο λόγω θερμικής και υπέρυθρης ακτινοβολίας.
Ταξινόμηση Star Neutron
Μια τέτοια ειδική σύνθεση της αστεροειδούς πυρηνικής ουσίας προκαλεί υψηλή πυρηνική πυκνότητα ενός αστέρα νετρονίων 1014-1015 g / cm3, ενώ το μέσο μέγεθος του προκύπτοντος αντικειμένου δεν είναι μικρότερο από 10 και όχι μεγαλύτερο από 20 km. Μία περαιτέρω αύξηση της πυκνότητας σταθεροποιείται με δυνάμεις αλληλεπίδρασης νετρονίων. Με άλλα λόγια, το εκφυλισμένο αστρικό αέριο βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας, κρατώντας το αστέρι από την επόμενη κατάρρευση.
Η μάλλον περίπλοκη φύση τέτοιων διαστημικών αντικειμένων όπως τα αστέρια νετρονίων έγινε ο λόγος για την επακόλουθη ταξινόμηση, που εξηγεί τη συμπεριφορά και την ύπαρξή τους στο απέραντο Σύμπαν. Οι κύριες παράμετροι βάσει των οποίων γίνεται η ταξινόμηση είναι η περίοδος περιστροφής του αστέρα και της κλίμακας του μαγνητικού πεδίου. Κατά τη διάρκεια της ύπαρξής του, το αστέρι νετρονίων χάνει την περιστροφική του ενέργεια και το μαγνητικό πεδίο του αντικειμένου μειώνεται. Κατά συνέπεια, το ουράνιο σώμα περνάει από το ένα κράτος στο άλλο, μεταξύ των οποίων οι πιο χαρακτηριστικοί είναι οι ακόλουθοι τύποι:
- Οι ραδιοφωνικοί παλμογράφοι (ejectors) είναι αντικείμενα που έχουν σύντομη περιστροφή, αλλά η ένταση του μαγνητικού πεδίου παραμένει αρκετά μεγάλη. Τα φορτισμένα σωματίδια, κάνοντας μια κίνηση στα πεδία των δυνάμεων, αφήνουν το κέλυφος του αστέρα στους βράχους. Το ουράνιο σώμα αυτού του τύπου εκπέμπει, γεμίζοντας περιοδικά το Σύμπαν με ραδιοφωνικούς παλμούς σταθεροποιημένους στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων.
- Neutron αστέρων - έλικα. Σε αυτή την περίπτωση, το αντικείμενο έχει εξαιρετικά χαμηλή ταχύτητα περιστροφής, ωστόσο, το μαγνητικό πεδίο δεν έχει αρκετή δύναμη για να προσελκύσει στοιχεία της ύλης από τον περιβάλλοντα χώρο. Το αστέρι δεν ακτινοβολεί παλμούς, η συσσώρευση δεν συμβαίνει στην περίπτωση αυτή (πτώση της κοσμικής ύλης).
- Παλσάρος ακτίνων Χ (συσσωρευτής). Τέτοια αντικείμενα έχουν χαμηλή ταχύτητα περιστροφής, αλλά λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου, το αστέρι απορροφά εντατικά το υλικό από το εξωτερικό χώρο. Ως αποτέλεσμα, σε μέρη όπου η αστρική ύλη πέφτει στην επιφάνεια ενός αστέρα νετρονίων, το πλάσμα συσσωρεύεται, θερμαίνεται σε εκατομμύρια βαθμούς. Αυτά τα σημεία στην επιφάνεια ενός ουράνιου σώματος γίνονται πηγές παλμικής θερμικής ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Με την εμφάνιση ισχυρών ραδιοτηλεσκοπίων ικανών να κοιτάξουν στα βάθη του χώρου στην περιοχή υπερύθρων και ακτίνων Χ, κατέστη δυνατή η ταχεία ανίχνευση πολλών συμβατικών παλμών ακτίνων Χ.
- Ένας γεωτρητής είναι ένα αντικείμενο που έχει χαμηλή περιστροφική ταχύτητα, ενώ η αστρική ύλη συσσωρεύεται στην επιφάνεια του αστεριού ως αποτέλεσμα της προσρόφησης. Ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο εμποδίζει το σχηματισμό πλάσματος στο επιφανειακό στρώμα και το αστέρι αποκτά σταδιακά τη μάζα του.
Όπως μπορεί να φανεί από την υπάρχουσα ταξινόμηση, κάθε ένα από τα αστέρια νετρονίων συμπεριφέρεται διαφορετικά. Από αυτές ακολουθούν διάφορες μέθοδοι της ανακάλυψής τους και είναι πιθανό η τύχη αυτών των ουράνιων σωμάτων να είναι διαφορετική στο μέλλον.
Παραδείγματα γέννησης αστέρος νετρονίων
Η πρώτη εκδοχή ότι τα αστέρια νετρονίων είναι τα προϊόντα της έκρηξης του Supernova δεν αποτελεί σήμερα αξίωμα. Υπάρχει μια θεωρία ότι ένας άλλος μηχανισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί εδώ. Σε συστήματα διπλών αστέρων, οι λευκοί νάνοι γίνονται τρόφιμα για νέα αστέρια. Η αστρική ύλη βαθμιαία ρέει από ένα αντικείμενο διαστήματος σε άλλο, αυξάνοντας τη μάζα του σε μια κρίσιμη κατάσταση. Με άλλα λόγια, στο μέλλον, ένα από τα λευκά ζεύγη νάνος είναι ένα αστέρι νετρονίων.
Συχνά, ένα αστέρι νετρονίων, που βρίσκεται στο κοντινό περιβάλλον των συστάδων αστέρων, στρέφει την προσοχή του στον πλησιέστερο γείτονα. Οι σύντροφοι των άστρων νετρονίων μπορούν να είναι οποιαδήποτε αστέρια. Αυτά τα ζεύγη συμβαίνουν αρκετά συχνά. Οι συνέπειες μιας τέτοιας φιλίας εξαρτώνται από τη μάζα του συντρόφου. Εάν η μάζα του νέου συνοδού είναι μικρή, τότε η κλεμμένη αστρική ύλη θα συσσωρευτεί γύρω με τη μορφή δίσκου προσαύξησης. Αυτή η διαδικασία, συνοδευόμενη από μια μεγάλη περίοδο περιστροφής, θα οδηγήσει στο γεγονός ότι το αστρικό αέριο θα ζεσταθεί σε θερμοκρασία ενός εκατομμυρίου βαθμών. Το αστέρι νετρονίων θα αναβοσβήνει με μια ροή ακτίνων Χ και θα γίνει ένας παλμός ακτίνων Χ. Αυτή η διαδικασία έχει δύο τρόπους:
- το αστέρι παραμένει στο διάστημα ένα θαμπό ουράνιο σώμα.
- το σώμα αρχίζει να εκπέμπει σύντομες ακτίνες ακτίνων Χ (αναλαμπές).
Κατά τη διάρκεια των αναβοσβήσεων ακτίνων Χ, η φωτεινότητα του αστέρα αυξάνεται ταχέως, καθιστώντας ένα τέτοιο αντικείμενο 100 χιλιάδες φορές φωτεινότερο από τον Ήλιο.
Η ιστορία της μελέτης των άστρων νετρονίων
Τα αστέρια των νετρονίων έγιναν η ανακάλυψη του δεύτερου μισού του 20ού αιώνα. Προηγουμένως, ήταν τεχνικά αδύνατο να εντοπιστούν τέτοια αντικείμενα στον γαλαξία μας και στο σύμπαν. Το αχνό φως και το μικρό μέγεθος τέτοιων ουράνιων σωμάτων δεν επέτρεψαν την ανίχνευσή τους χρησιμοποιώντας οπτικά τηλεσκόπια. Παρά την έλλειψη οπτικής επαφής, η ύπαρξη τέτοιων αντικειμένων στο διάστημα προβλεπόταν θεωρητικά. Η πρώτη έκδοση της ύπαρξης αστέγων με τεράστια πυκνότητα εμφανίστηκε με την κατάθεση του σοβιετικού επιστήμονα L. Landau το 1932.
Ένα χρόνο αργότερα, το 1933, ήδη πάνω από τον ωκεανό, έγινε μια σοβαρή δήλωση σχετικά με την ύπαρξη αστέρι με ασυνήθιστη δομή. Οι αστρονόμοι Fritz Zwicky και Walter Baade κατέθεσαν μια καλά τεκμηριωμένη θεωρία ότι ένα αστέρι νετρονίων παραμένει πάντα στη θέση της έκρηξης του Supernova.
Στη δεκαετία του 1960 έγινε εμφανής μια ανακάλυψη στις αστρονομικές παρατηρήσεις. Αυτό διευκολύνθηκε από την εμφάνιση τηλεσκοπίων ακτίνων Χ ικανά να ανιχνεύσουν πηγές μαλακής ακτινοβολίας ακτίνων Χ στο διάστημα. Χρησιμοποιώντας τη θεωρία της ύπαρξης στο χώρο πηγών ισχυρής θερμικής ακτινοβολίας, οι αστρονόμοι κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι έχουμε να κάνουμε με ένα νέο είδος αστεριών. Μια σημαντική προσθήκη στη θεωρία της ύπαρξης των αστέρων νετρονίων ήταν η ανακάλυψη του 1967 των παλμών. Ο Αμερικανός Jocelyn Bell, χρησιμοποιώντας τον ραδιοεξοπλισμό του, ανίχνευσε ραδιοσήματα που προέρχονται από το διάστημα. Η πηγή των ραδιοκυμάτων ήταν ένα ταχέως περιστρεφόμενο αντικείμενο που λειτουργούσε σαν ραδιοφωνικός φάρος, στέλνοντας σήματα προς όλες τις κατευθύνσεις.
Ένα τέτοιο αντικείμενο έχει σίγουρα μια υψηλή ταχύτητα περιστροφής, η οποία θα ήταν θανατηφόρα για ένα συνηθισμένο αστέρι. Ο πρώτος πάλσαρ, ο οποίος ανακαλύφθηκε από τους αστρονόμους, είναι ο PSR В1919 + 21, που βρίσκεται σε απόσταση 2283.12 μ.Χ. χρόνια από τον πλανήτη μας. Σύμφωνα με επιστήμονες, το πλησιέστερο αστέρι νετρονίων στη Γη είναι το διαστημικό αντικείμενο RX J1856.5-3754, που βρίσκεται στον αστερισμό South Corona, το οποίο άνοιξε το 1992 στο παρατηρητήριο Chandra. Η απόσταση από τη Γη έως το πλησιέστερο αστέρι νετρονίων είναι 400 έτη φωτός.
